CH628994A5

CH628994A5 - Electrooptical back reflection-type locating device

Info

Publication number: CH628994A5
Application number: CH238578A
Authority: CH
Inventors: Viktor Baumgartner; Ludger Grage; Kurt Habenschaden
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-06
Publication date: 1982-03-31
Also published as: SE7803542L; DE2714412A1; NO781094L; LU79330A1; DE2714412B2; DE2714412C3; NO145490B; IT7821758A0; NL7803484A; BE865577A; FR2386052B1; IT1093954B; NO145490C; FR2386052A1; GB1600191A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches Ruckstrahl-Ortungsgerät mit einem optischen Sender mit Sendeoptik, einem optoelektrischen Empfänger mit Empfangsoptik und einer binokularen Visiereinrichtung mit Visieroptik, bei dem der senkrecht zur optischen Achse des Empfängers gerichtete Sendestrahl parallel zu dieser Achse abgelenkt und sowohl der Empfänger als auch der Sender mittels eines in der optischen Achse des Visierstrahles des einen Zweiges der binokularen Visiereinrichtung angeordneten ersten Strahlteilerelementes in diesen Zweig eingekoppelt sind, und zwar derart, dass die optische Achse dieses Zweiges und die durch das Strahlteilerelement abgelenkte optische Achse des Empfangsstrahles koaxial und die durch das Strahlteilerelement abgelenkte optische Achse des Sendestrahls hierzu nahezu koaxial sind, und bei dem eine Zielmarke in die optische Achse des Empfängers und in den einen Zweig der Visiereinrichtung eingekoppelt ist.

Die Brauchbarkeit elektrooptischer Systeme und Geräte, wie sie beispielsweise für Leitzwecke, Entfernungsmessung und Ortungszwecke zur Anwendung kommen, ist, unabhängig von ihrem jeweiligen Funktionsprinzip, in der Regel davon abhängig, ob für solche Systeme und Geräte eine praktikable Justiermöglichkeit mit der hier geforderten hohen Genauigkeit vorhanden ist oder nicht. Beispielsweise ist der für Laserentfernungsmesser über grössere Entfernungen zulässige Achsenfehlerwinkel zwischen Sende-, Empfangsund Visieroptik höchstens gleich ±0,1 mrad.

Elelctrooptische Geräte mit einem eingangs genannten Aufbau sind bereits bekannt. So zeigt die DE-OS 23 00 466 ein mit einer Laservorrichtung kombinierbares Beobachtungsperiskop mit einem derartigen Aufbau. Hierbei soll die Laservorrichtung so mit dem Periskop kombiniert sein, dass der Laserstrahl stets parallel zur optischen Ausblickachse gerichtet ist. Durch die DE-OS 23 43 596 ist eine Prüf- und Justiervorrichtung für optische Ortungs- und Nachrichtenübertragungseinrichtungen bekannt, die ebenfalls den eingangs genannten Aufbau besitzt und darüber hinaus noch eine Zielmarke in Form eines Fadenkreuzes aufweist,

welches an einem Strahlteilerelement vorgesehen und in die optische Achse des Empfängers und in den Visierzweig eingekoppelt ist. Schliesslich ist aus der CH-PS 468 623 noch ein elektrooptischer Entfernungsmesser mit dem eingangs genannten Aufbau bekannt, bei dem in der optischen Achse des Empfängers eine Zielmarke vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, die bei einem elelctrooptischen Gerät der eingangs genannten Art eine einfache und genaue Einkoppe-lung einer Zielmarke gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem elelctrooptischen Gerät der eingangs genannten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Zielmarke an der Seitenfläche eines dem Empfänger zugeordneten zweiten Strahlteilerelements angebracht ist und die Einspiegelung der Zielmarke in den einen Zweig der Visiereinrichtung durch das erste Strahlteilerelement und eine an dessen dem Empfänger abgekehrter Seite aufgesetzte, in der optischen Achse des Empfängers ausgerichtete Tripeloptik erfolgt.

Bei einem Gerät nach der Erfindung ist die Zielmarke in einem Zweig der binokularen Visiereinrichtung vorgesehen. Dabei wird die Zielmarke in einfacher Weise über das zweite Strahlteilerelement in die optische Achse des Empfängers

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reflektiert und durch das erste Strahlteilerelement, welches gleichzeitig auch den Sender und den Empfänger in den Strahlengang dieses einen Zweiges der binokularen Visiereinrichtung einkoppelt, sowie durch die entsprechend an dem ersten Strahlteilerelement angeordnete, für Planoptik gut geeignete Tripeloptik in den Visierstrahlengang eingespiegelt. Bei einer derartigen Anordnung sind alle optischen Achsen räumlich vereint angeordnet, wobei der eine Zweig der binokularen Visiereinrichtung mit der Empfängerachse so verknüpft ist, dass diese mit der Visierachse identisch sein muss. Eine Justierung der optischen Achse bei hoher Genauigkeit und Richtungsstabilität ist auf diese Weise sicher gewährleistet. Aufgrund der vorteilhaften Anordnung der Zielmarke ergibt sich ausserdem die Möglichkeit, die Zielmarke und eine Empfängergesichtsfeldblende räumlich nahe beieinander anzuordnen. So ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform die Gesichtsfeldblende ebenfalls an dem zweiten Strahlteilerelement vorgesehen und an dessen dem Empfänger zugewandten Seite angeordnet.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Strahlteilerelemente als Strahlteilerwürfel ausgebildet. Derartige Elemente werden auch als Strahlkombinationswürfel bezeichnet. Die Strahlteilerwürfel haben die Eigenschaft, dass die optischen Achsen von Visiereinrichtung und Empfänger unabhängig von der räumlichen Lage der Würfel immer identisch sind, d.h., diese optischen Achsen sind z.B. auch dann identisch, wenn sich die strahlenteilende Spiegelebene des ersten Strahlteilerelementes in ihrer Lage verändern sollte, z.B. durch eine Veränderung desjenigen Winkels, welchen diese Spiegelebene mit der optischen Achse des Empfängers oder der Visiereinrichtung einschliesst.

Zur Einkopplung des Sendestrahls in die Visiereinrichtung besteht das erste Strahlteilerelement zweckmässigerweise aus zwei 90°-Prismen, von denen das dem Empfänger abgewandte Prisma länger ist als das dem Empfänger zugekehrte Prisma. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das längere Prisma mindestens um den Durchmesser der Austrittspupille der Sendeoptik länger ist und maximal die doppelte Länge des kürzeren Prismas aufweist.

Ferner ist es zweckmässig, wenn die Strahlteilerelemente eine jeweils inverse Durchlasscharakteristik aufweisen,

derart, dass das erste Strahlteilerelement von aussen einfallendes Licht im infraroten Bereich reflektiert und im sichtbaren Bereich durchlässt und das zweite Strahlteilerelement Licht im infraroten Bereich durchlässt und im sichtbaren Bereich reflektiert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Sendestrahl mit einem optoelektronischen Bildwandler betrachtet wird, derart, dass der Sendestrahl im Fernfeld und die Zielmarke gleichzeitig im zweiten Okular der Visiereinrichtung eigespiegelt werden.

Eine Ausführungsform eines Gerätes nach der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

In der Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein elektrooptisches Gerät angegeben, welches einen optischen Sender mit Sendeoptik, einen optoelektrischen Empfänger mit Empfangsoptik und eine binokulare Visiereinrichtung mit Visieroptik aufweist. Bei einem derartigen Gerät bildet z.B. ein binokulares Fernrohr die Visiereinrichtung, in die ein Laserentfernungsmesser integriert ist. Das Fernrohr weist zwei Okulare 1 und 2 sowie zwei Objektive 3 und 4 auf, wobei der Visierstrahlengang in beiden Fernrohrzweigen in ununterbrochenen Linien eingezeichnet ist. Ausserdem besitzt das Gerät einen optischen Sender 5 mit Sendeoptik 6 sowie einen Empfänger 7 mit Empfangsoptik 22 und Mittel zur Strahlaufteilung bzw. -ablenkung, die von einem ersten Strahlteilerelement 9, einem zweiten Strahlteilerelement 11, einem Ablenkprisma 12 sowie einem dritten Strahlteilerelement 13 gebildet sind. Das erste Strahlteilerelement ist dem Empfängerobjektiv 8 und dem Fernrohrobjektiv 3 vorgeschaltet und besteht aus zwei 90C-Prismen, die zu einem Strahlteilerwürfel zusammengefügt sind, welcher in der optischen Achse des Visierstrahles angeordnet und auf die optische Achse des Empfängers ausgerichtet ist. Hierbei besteht das erste Strahlteilerelement 9 aus zwei 90°-Prismen 9a und 9b, von denen das dem Empfänger 7 abgewandte Prisma 9a mindestens um den Durchmesser der Austrittspupille 6a der Sendeoptik 6 länger ist als das dem Empfänger zugewandte Prisma 9b und maximal die doppelte Länge des kürzeren Prismas aufweist. Der Strahlteilerwürfel 9 ist an der dem Empfänger 7 abgewandten Seite 14 des längeren Prismas 9a mit einem in der optischen Achse des Empfängers ausgerichteten Tripel-prisma 10 versehen und weist eine solche Durchlasscharakteristik auf, dass von aussen einfallendes Licht im infraroten Bereich reflektiert und als Empfangsstrahl zum Laserempfänger hingelenkt wird, während er für von aussen einfallendes Licht im sichtbaren Bereich durchlässig ist, so dass diese Strahlung zum Fernrohrokular 1 gelangt. Das dem Empfänger 7 zugeordnete, in dessen optischer Achse angeordnete zweite Strahlteilerelement 11 bildet mit dem Empfängerobjektiv 8 eine für sich einsetzbare und auswechselbare Baueinheit und besteht wie das erste Strahlteilerelement 9 ebenfalls aus zwei zusammengefügten, gleichlangen 90°-Prismen, weist jedoch - wie aus Fig. 2 hervorgeht - eine zum ersten Strahlteilerelement 9 inverse Durchlasscharakteristik auf, d.h. es ist für Licht im infraroten Bereich durchlässig und reflektiert Licht im sichtbaren Bereich. Zur Erzielung inverser Durchlasscharakteristiken der beiden Strahlteilerelemente 9 und 11 kann jeweils im Bereich der gemeinsamen Verbindungsfläche der beiden den jeweiligen Strahlteilerwürfel bildenden Prismen bzw. an der Spiegelfläche des längeren Prismas 9a ein dichroitisches Filter vorgesehen sein, dessen frequenzselektive Eigenschaften entsprechend bemessen sind. Der zweite Strahlteilerwürfel 11 ist an der dem Empfänger 7 zugewandten Seite 15 mit einer Gesichtsfeldblende 16 und an der hierzu benachbarten Seite 17 mit einer Zielmarke 18, z.B. einem Fadenkreuz, versehen, für welche eine Zielmarkenbeleuchtung 19 vorgesehen ist. Der Zielmarkenprojektor ist realisiert durch Abbildung der Zielmarke über die Zielmarkenbeleuchtung 19, den zweiten Strahlteilerwürfel 11, der die Zielmarke in die optische Achse des Empfängers reflektiert, das Empfängerobjektiv 8 und den ersten Strahlteilerwürfel 9, von dessen Tripelprisma 10 die Zielmarke zurückstrahlt und nach Reflexion an dem ersten Strahteilerwürfel und Durchtritt durch das Fernrohrobjektiv 3 über das dritte Strahlteilerelement 13 in das Okular 1 der Visiereinrichtung einstrahlt. Auch der Visierstrahl gelangt über das dritte Strahlteilerelement in das Okular. Das dritte Strahlteilerelement 13 kann auch mit einem weiteren Prisma 20 ausgebildet sein, so dass der Lasersendestrahl mit einem optoelektronischen Bildwandler 21 betrachtet werden kann, derart, dass der Sendestrahl im Fernfeld und die Zielmarke gleichzeitig in das zweite Okular 2 eingespiegelt werden. Hierbei ist die strahlteilende Ebene des Prismas 20 so ausgebildet, dass sie für den infraroten Bereich des Sendestrahls und einen Teil des Zielmarkenpro-jektionsstrahls durchlässig ist.

Zur Integration des Laserentfernungsmessers in das binokulare Fernrohr ist sowohl der Empfänger als auch der Sender mittels des in dem einen Zweig des Fernrohrs angeordneten ersten Strahlteilerelementes weitgehend koaxial in diesen Zweig eingekoppelt. Der zunächst senkrecht zur optischen Achse des Empfängers gerichtete, in strichpunktierten Linien eingezeichnete Sendestrahl ist durch das

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aussermittig zur optischen Achse des Empfängers 7 zwischen dem Empfängerobjektiv 8 und dem zweiten Strahlteilerelement 11 angeordneten 90°-Ablenkprisma 12 parallel zu der optischen Achse des Empfängers abgelenkt und durch das erste Strahlteilerelement 9, d.h. durch den über das kürzere Prisma 9b vorstehenden Bereich des längeren Prismas 9a parallel, jedoch aussermittig zur Achse des Visierstrahles reflektiert. Dagegen ist der dem Empfänger zuzuleitende gestrichelt eingezeichnete Empfangsstrahl koaxial in den einen Fernrohrzweig eingekoppelt, so dass die Empfängerachse identisch mit der Visierachse ist. Auf diese Weise ist eine stabile Justierung der drei optischen Achsen, Sendestrahl-Empfangsstrahl-Visierstrahl, sicher gewährleistet, und zwar in bezug auf die Integration des Laserentfernungsmessers in das Fernrohr, aber auch im Hinblick auf mechanische und thermische Umwelteinflüsse. Dabei sind infolge der vorteilhaften s Eigenschaften der Strahlteilerwürfel 9 und 1 die optischen Achsen der Visiereinrichtung und des Empfängers unabhängig von der räumlichen Lage des Strahlteilerwürfels 9 immer identisch, d.h. unabhängig von dem Winkel, welchen die strahlteilende Ebene des Würfels 9 mit der optischen io Achse des Empfängers bzw. der Visiereinrichtung ein-schliesst.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

628994 PATENTANSPRÜCHE

1 ung der Zielmarke ( 18) in den einen Zweig der Visiereinrichtung durch das erste Strahlteilerelement (9) und eine an dessen dem Empfänger (7) abgekehrter Seite (14) aufgesetzte, in der optischen Achse des Empfängers ausgerichtete Tripel-optik(lO) erfolgt.

1. Elektrooptisches Rückstrahl-Ortungsgerät mit einem optischen Sender mit Sendeoptik, einem optoelektrischen Empfänger mit Empfangsoptik und einer binokularen Visiereinrichtung mit Visieroptik, bei dem der senkrecht zur optischen Achse des Empfängers gerichtete Sendestrahl parallel zu dieser Achse abgelenkt und sowohl der Empfänger als auch der Sender mittels eines in der optischen Achse des Visierstrahles des einen Zweiges der binokularen Visiereinrichtung angeordneten ersten Strahlteilerelementes in diesen Zweig eingekoppelt sind, und zwar derart, dass die optische Achse dieses Zweiges und die durch das Strahlteilerelement abgelenkte optische Achse des Empfangsstrahls koaxial und die durch das Strahlteilerelement abgelenkte optische Achse des Sendestrahls hierzu nahezu koaxial sind, und bei dem eine Zielmarke in die optische Achse des Empfängers und in den einen Zweig der Visiereinrichtung eingekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke (18) an der Seitenfläche ( 17) eines dem Empfänger (7) zugeordneten zweiten Strahlteilerelements (11) angebracht ist und die Einspiege-

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilerelemente (9,11) als Teilerwürfel ausgebildet sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlteilerelement (9) aus zwei 90°-Prismen (9a, 9b) besteht, von denen das dem Empfänger (7) abgewandte Prisma (9a) länger ist als das dem Empfänger zugekehrte Prisma (9b).

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das längere Prisma (9a) mindestens um den Durchmesser der Austrittspupille (6a) der Sendeoptik (6) länger ist und maximal die doppelte Länge des kürzeren Prismas (9b) aufweist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Strahlteilerelement (11) an der dem Empfänger zugewandten Seite(15) mit einer Gesichtsfeldblende (16) versehen ist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlteilerelement (9) dem Empfängerobjektiv (8) und dem Objektiv (3) der Visiereinrichtung vorgeschaltet ist.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilerelemente (9,11) eine jeweils inverse Durchlasscharakteristik aufweisen, derart, dass das erste Strahlteilerelement (9) von aussen einfallendes Licht im infraroten Bereich reflektiert und im sichtbaren Bereich durchlässt und das zweite Strahlteilerelement (11) Licht im infraroten Bereich durchlässt und im sichtbaren Bereich reflektiert.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ablenkung des Sendestrahls parallel zu der optischen Achse des Empfängers (7) ein Ablenkprisma (12) vorgesehen ist, das zwischen dem Empfängerobjektiv (8) und dem zweiten Strahlteilerelement (11) aussermittig zur optischen Achse des Empfängers (7) angeordnet ist.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Visierstrahl und der Ziel-markenprojektionsstrahl mittels eines dritten Strahlteilerelementes ( 13) in das Okular ( 1 ) des einen Zweiges der Visiereinrichtung eingespiegelt sind.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendestrahl im Fernfeld und die Zielmarke (18) gleichzeitig über das dritte Strahlteilerelement (13) und einen optoelektronischen Bildwandler (21) in das Okular (2) des anderen Zweiges der Visiereinrichtung eingespiegelt sind.