CH628994A5 - Electrooptical back reflection-type locating device - Google Patents
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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. The invention relates to an electro-optical retroreflection locating device with an optical transmitter with transmission optics, an optoelectric receiver with reception optics and a binocular sighting device with sighting optics, in which the transmission beam directed perpendicular to the optical axis of the receiver is deflected parallel to this axis and both the receiver and the transmitter is also coupled into this branch by means of a first beam splitter element arranged in the optical axis of the sighting beam of the one branch of the binocular sighting device, in such a way that the optical axis of this branch and the optical axis of the received beam deflected by the beam splitter element are coaxial and those through the beam splitter element deflected optical axis of the transmission beam are almost coaxial for this purpose, and in which a target mark is coupled into the optical axis of the receiver and into one branch of the sighting device.
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. The usability of electro-optical systems and devices, such as those used for guidance purposes, distance measurement and location purposes, is, regardless of their respective functional principle, generally dependent on whether there is a practicable adjustment option for such systems and devices with the high accuracy required here is or not. For example, the allowable axis error angle between the transmitting, receiving and sighting optics for laser rangefinders over longer distances is at most ± 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, Electro-optical devices with a structure mentioned at the outset are already known. DE-OS 23 00 466 shows an observation periscope that can be combined with a laser device and has such a structure. Here, the laser device should be combined with the periscope so that the laser beam is always directed parallel to the optical outlook axis. From DE-OS 23 43 596 a test and adjustment device for optical location and message transmission devices is known, which also has the structure mentioned above and also has a target mark in the form of a crosshair,
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. which is provided on a beam splitter element and is coupled into the optical axis of the receiver and into the sighting branch. Finally, CH-PS 468 623 also discloses an electro-optical range finder with the structure mentioned at the beginning, in which a target mark is provided in the optical axis of the receiver.
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. The invention is based on the object of specifying a solution which ensures simple and precise coupling of a target mark in an electro-optical device of the type mentioned at the beginning.
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. This object is achieved in an electro-optical device of the type mentioned at the outset according to the invention in that the target is attached to the side face of a second beam splitter element assigned to the receiver and the target mark is reflected in one branch of the sighting device by the first beam splitter element and one on the latter Triple optics placed on the side facing away from the receiver and aligned in the optical axis of the receiver.
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 In a device according to the invention, the target mark is provided in a branch of the binocular sighting device. The target mark is in a simple manner via the second beam splitter element in the optical axis of the receiver
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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. reflected and reflected by the first beam splitter element, which at the same time also couples the transmitter and the receiver into the beam path of this one branch of the binocular sighting device, and by the triple optics which are arranged on the first beam splitter element and are suitable for plan optics. With such an arrangement, all optical axes are arranged spatially combined, one branch of the binocular sighting device being linked to the receiver axis in such a way that it must be identical to the sighting axis. An adjustment of the optical axis with high accuracy and directional stability is guaranteed in this way. Because of the advantageous arrangement of the target, there is also the possibility of arranging the target and a receiver visual field diaphragm spatially close to one another. In an advantageous embodiment, the field of view diaphragm is also provided on the second beam splitter element and is arranged on its side facing the receiver.
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. In a particularly preferred embodiment, the beam splitter elements are designed as beam splitter cubes. Such elements are also referred to as beam combination cubes. The beam splitter cubes have the property that the optical axes of the sighting device and receiver are always identical regardless of the spatial position of the cubes, i.e. these optical axes are e.g. also identical if the position of the beam-splitting mirror plane of the first beam splitter element should change, e.g. by changing the angle that this mirror plane includes with the optical axis of the receiver or the sighting device.
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. To couple the transmission beam into the sighting device, the first beam splitter element expediently consists of two 90 ° prisms, of which the prism facing away from the receiver is longer than the prism facing towards the receiver. It has proven to be particularly advantageous if the longer prism is at least longer by the diameter of the exit pupil of the transmission optics and has a maximum of twice the length of the shorter prism.
Ferner ist es zweckmässig, wenn die Strahlteilerelemente eine jeweils inverse Durchlasscharakteristik aufweisen, Furthermore, it is expedient if the beam splitter elements each have an inverse transmission characteristic,
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. such that the first beam splitter element reflects incident light from the outside in the infrared region and transmits it in the visible region and the second beam splitter element transmits light in the infrared region and reflects it in the visible region.
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. An advantageous further development consists in that the transmission beam is viewed with an optoelectronic image converter, such that the transmission beam in the far field and the target are simultaneously reflected in the second eyepiece of the sighting device.
Eine Ausführungsform eines Gerätes nach der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben. An embodiment of a device according to the invention is described below with reference to drawings.
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. 1 shows a schematic illustration of an electro-optical device which has an optical transmitter with transmitting optics, an opto-electric receiver with receiving optics and a binocular sighting device with sighting optics. In such a device, e.g. a binocular telescope the sighting device, in which a laser range finder is integrated. The telescope has two eyepieces 1 and 2 and two objectives 3 and 4, the sighting beam path being drawn in uninterrupted lines in both branches of the telescope. In addition, the device has an optical transmitter 5 with transmitting optics 6 and a receiver 7 with receiving optics 22 and means for beam splitting or deflection, which are formed by a first beam splitter element 9, a second beam splitter element 11, a deflection prism 12 and a third beam splitter element 13. The first beam splitter element is connected upstream of the receiver lens 8 and the telescope lens 3 and consists of two 90C prisms which are combined to form a beam splitter cube which is arranged in the optical axis of the sighting beam and is aligned with the optical axis of the receiver. Here, the first beam splitter element 9 consists of two 90 ° prisms 9a and 9b, of which the prism 9a facing away from the receiver 7 is at least by the diameter of the exit pupil 6a of the transmission optics 6 longer than the prism 9b facing the receiver and a maximum of twice the length of the has shorter prisms. The beam splitter cube 9 is provided on the side 14 of the longer prism 9a facing away from the receiver 7 with a triple prism 10 aligned in the optical axis of the receiver and has a transmission characteristic such that light incident from outside is reflected in the infrared region and as a receiving beam Laser receiver is directed towards it, while it is transparent to light incident from outside in the visible range, so that this radiation reaches telescope eyepiece 1. The second beam splitter element 11 assigned to the receiver 7 and arranged in its optical axis forms with the receiver lens 8 a unit that can be used and exchanged and, like the first beam splitter element 9, also consists of two joined, 90 ° prisms of equal length, but has - as shown in Fig 2 emerges - a transmission characteristic inverse to the first beam splitter element 9, ie it is transparent to light in the infrared range and reflects light in the visible range. To achieve inverse transmission characteristics of the two beam splitter elements 9 and 11, a dichroic filter can be provided in the area of the common connecting surface of the two prisms forming the respective beam splitter cube or on the mirror surface of the longer prism 9a, the frequency-selective properties of which are dimensioned accordingly. The second beam splitter cube 11 is provided on the side 15 facing the receiver 7 with a field of view diaphragm 16 and on the side 17 adjacent thereto with a target mark 18, e.g. a crosshair, for which target marker illumination 19 is provided. The target projector is realized by imaging the target via the target illumination 19, the second beam splitter cube 11, which reflects the target in the optical axis of the receiver, the receiver objective 8 and the first beam splitter cube 9, from whose triple prism 10 the target marks are reflected back and after reflection on the the first beam splitter cube and passage through the telescope objective 3 via the third beam splitter element 13 into the eyepiece 1 of the sighting device. The sighting beam also enters the eyepiece via the third beam splitter element. The third beam splitter element 13 can also be formed with a further prism 20, so that the laser transmission beam can be viewed with an optoelectronic image converter 21 in such a way that the transmission beam in the far field and the target mark are simultaneously reflected into the second eyepiece 2. Here, the beam-splitting plane of the prism 20 is designed such that it is transparent to the infrared region of the transmission beam and part of the target projection beam.
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 To integrate the laser range finder into the binocular telescope, both the receiver and the transmitter are largely coaxially coupled into this branch by means of the first beam splitter element arranged in one branch of the telescope. The transmission beam, which is initially directed perpendicular to the optical axis of the receiver and is shown in dash-dotted lines, is indicated by
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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. 90 ° deflection prism 12 arranged eccentrically to the optical axis of the receiver 7 between the receiver objective 8 and the second beam splitter element 11 and deflected parallel to the optical axis of the receiver and by the first beam splitter element 9, i.e. reflected by the area of the longer prism 9a projecting beyond the shorter prism 9b parallel, but eccentrically to the axis of the sighting beam. On the other hand, the reception beam shown in dashed lines to be fed to the receiver is coupled coaxially into one telescope branch, so that the receiver axis is identical to the sighting axis. In this way, a stable adjustment of the three optical axes, the transmission beam-reception beam-sighting beam, is reliably ensured, with regard to the integration of the laser range finder into the telescope, but also with regard to mechanical and thermal environmental influences. As a result of the advantageous properties of the beam splitter cubes 9 and 1, the optical axes of the sighting device and of the receiver are always identical, regardless of the spatial position of the beam splitter cube 9, i.e. regardless of the angle which the beam-dividing plane of the cube 9 forms with the optical io axis of the receiver or the sighting device.
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