CH640355A5 - Panoramic periscope with a laser rangefinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rundsicht-Periskop mit einem in einem Gehäuse aufgenommenen Periskop-Objektiv, einem dem Objektiv vorgesetzten, in Azimut und Elévation gegen die Objektivachse dreh- bzw. kippbaren Kopfprisma, einem Okular, einem Umlenkprisma und einem Wendeprisma, einem dem Gehäuse zugeordneten, aus Sender und Empfänger bestehenden Laser-Entfernungsmesser sowie mit Mitteln zur optischen Einkopplung des Entfernungsmessers.

Ein Rundsicht-Periskop dieser Art ist aus der DE-OS 2300466 bekannt. Bei diesem Periskop sind das Objektivgehäuse und das Kopfprisma drehbar miteinander verbunden und drehbar in einem Träger gelagert. Das Kopfprisma ist somit zusammen mit dem Objektivgehäuse um die optische Achse des Objektivs drehbar und ausserdem um eine Horizontalachse verschwenkbar. Unter dem Objektiv sind die übrigen Periskop-Elemente, wie Umkehr- und Vergrösse-rungslinsensysteme, Aufrichteprisma, Spiegelprisma und Okular fest mit dem Träger verbunden, angeordnet. Am Träger selbst ist ein Lasersender angeordnet, während der Laserempfänger innerhalb des Trägers in dem Gehäuse des Objektivs um dieses herum angeordnet ist und sich somit mit dem Objektiv und dem Objektivgehäuse dreht. Bei dem bekannten Periskop wird ein zur optischen Achse des Objektivs paralleler Laserstrahl durch einen am Träger drehbar angeordneten ersten Prismenspiegel auf einen exzentrisch zur optischen Achse des Objektivs und drehbar an dessen sich selbst drehenden Gehäuse angeordneten zweiten Prismenspiegel abgelenkt. Von diesem Prismenspiegel wird der Laserstrahl seitlich und parallel zur optischen Achse des Objektivs dem Kopfprisma des Periskops zugeführt. Bei diesem Aufbau des bekannten Periskops sind somit Periskop-Optik, Einkoppelelemente des Lasersenders und Laserempfänger drehbar angeordnet. Ausserdem ist hierbei eine Vorrichtung zur zwangsläufigen Ausrichtung der beiden Einkoppelelemente zueinander vorgesehen.

Bei der Kombination von Laserentfernungsmessern mit optischen Visiereinrichtungen, wie z.B. einem Rundsicht-Periskop, können sich Anzahl und Anordnung von beweglichen Elementen jedoch sehr nachteilig auswirken. Die Integration eines Laserentfernungsmessers in ein Rundsicht-Periskop ist insbesondere im Hinblick auf die Justierung der optischen Achsen zueinander und damit bezüglich der Systemgenauigkeit schwierig und birgt erhebliche Probleme in sich. Art und Anordnung der einzelnen Systemkomponenten gehen entscheidend auf die Lateralgenauigkeit des Gerätes ein. Die optischen Achsen des Laserentfernungsmessers und der Visiereinrichtung müssen über einen grossen Temperaturbereich für den gesamten Sichtbereich (Rundumsicht) sehr exakt parallel gehalten werden. Die Justiertoleranzen, d.h. die maximal zulässigen Achsabweichungen, liegen dabei z.B. bei 0,1 mrad, d.h. die Winkelauflösung des Visiergerätes muss besser als 0,1 mrad sein. Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Rundsicht-Periskop mit einem Laserentfernungsmesser bei entsprechender hoher Systemgenauigkeit zu schaffen und den Aufbau einer derartigen Visiereinrichtung möglichst einfach zu gestalten.

Diese Aufgabe wird bei einem Rundsicht-Periskop der eingangs genannten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass das Objektiv fest in einem Tubusrohr als Gehäuse angeordnet ist, dass die Drehebene zwischen dem Kopfprisma und dem Objektiv vorgesehen ist, dass Sender und Empfänger als selbständige Einheiten in jeweils einem eigenen Raum seitlich an dem Tubusrohr fest an diesem angeordnet sind und zusammen mit dem Tubusrohr eine optische Baueinheit bilden, dass der Sender mittels mindestens eines den Abstand zwischen Objektivachse und optischer Achse des Senders überbrückenden, in der optischen Baueinheit aufgenommenen Tripelelementes koaxial in den Visierstrahlengang eingekoppelt ist und dass der Empfänger mittels eines die einfallende Strahlung in einen Empfängerstrahl und in einen Visierstrahl aufteilenden, selektiv verspiegelten Teilerwürfels koaxial mit dem Visierstrahl gekoppelt ist.

Bei einem derartigen Periskop ergeben sich verschiedene Vorteile. Da die Drehebene zwischen dem Kopfprisma und dem Periskopobjektiv vorgesehen ist, ist nur noch eine geringe Anzahl von Schleifringen nötig. Die mechanischen Toleranzen und Temperaturgänge des Kopfprismas gehen in die Gerätesystemgenauigkeit nicht ein. Dies ermöglicht geringe bewegte Massen und damit die Anwendung eines kreiselstabilisierten Kopfprismas, welches eine erste funktionsbestimmende Baueinheit des Periskops bildet. Ein besonderer Vorteil eines erfindungsgemässen Rundsichtperiskops ist darin zu sehen, dass die zweite funktionsbestimmende Baueinheit des Periskops mit dem koaxial eingekoppelten Lasersendestrahl, bestehend aus der die Mechanik- und Temperaturtoleranzen bestimmenden optischen Baueinheit mit dem Tubusrohr, Sender und Empfänger, dem Periskopobjektiv, dem Strahlteilerwürfel und der Senderoptik, ohne bewegliche Elemente ausgeführt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind in den abhängigen Patentansprüchen

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angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Rundsichtperiskops ist in der einzigen Figur schematisch dargestellt und im folgenden anhand dieser Figur näher beschrieben. 5

Das Rundsichtperiskop besteht im wesentlichen aus einem gleichzeitig als Visier- und Empfangsobjektiv wirkenden Periskopobjektiv 01, welches feststehend in einem als Gehäuse dienenden Tubusrohr 1 aufgenommen ist, einem Rundsicht-Kopf- oder Kipp-Prisma 2, das dem Objektiv 01 '<> vorgesetzt ist und in Azimut und Elévation gegen die Objektivachse dreh- bzw. kippbar ist, einer Betrachtungsoptik mit einem Okular Ok, einem Wende- und einem Umlenkprisma 3 bzw. 4, sowie einem Lasersender 5 und einem Laserempfänger 6 und Mitteln zur optischen Einkopplung des dadurch gebildeten Entfernungsmessers. Die Drehebene (Winkelcodierebene) ist zwischen dem Kopfprisma 2 und dem Objektiv 01 vorgesehen und mit einer gestrichelten Linie angedeutet. Der Lasersender 5 und der Laserempfänger 6 sind als selbständige Einheiten ausgebildet und jeweils in einem eigenen 20 Raum 7 bzw. 8 seitlich an dem Tubusrohr 1 in der dargestellten Weise fest an diesem angeordnet. Somit bildet der Laserentfernungsmesser zusammen mit dem Tubusrohr eine optische Baueinheit. Diese weist ein Gehäuse aus einem geeigneten Material, z.B. aus Aluminiumgrauguss, auf und ist 25 kompakt und möglichst weitgehend symmetrisch ausgeführt. Durch diese Komponente sowie durch die den Entfernungsmesser optisch einkoppelnden Mittel ist nach dem Rundsicht-Kopfprisma die zweite funktionsbestimmende Baueinheit des Perikops, nämlich der Kollimator, gebildet. Die ebenfalls an 30 oder in der optischen Baueinheit aufgenommenen Einkoppelmittel bestehen aus einem Tripelelement 9 sowie einem Teilerwürfel 11. Das Tripelelement 9 ist zwischen dem Objektiv 01 und der Ausgangsseite des Lasersenders angeordnet, z.B. in einem seitlichen Ansatz 10 des Tubusrohres und besteht 35 vorzugsweise aus einem einteiligen Tripelprisma oder gegebenenfalls aus zwei getrennten Prismen. In letzterem Fall kann ein Prisma unmittelbar mit dem Objektiv 01 mechanisch verbunden werden, z.B. durch Aufkitten. Das andere Prisma wird dann in dem Ansatz 10 festgehalten und einmalig zu 40 dem am Objektiv befestigten Prisma justiert. In jedem Fall ragt das Tripelelement 9 in die optische Achse des Kollimators hinein, d.h. es überbrückt den Abstand zwischen der Achse des Objektivs 01 und der optischen Achse des Senders vollständig. Das Tripelelement als Einkoppelelement hat den Vorteil, dass es lageunabhängig ist, d.h. es entfallen Justiereinflüsse. Die als Galilei-Optik ausgeführte Senderoptik weist ausser dem Objektiv 01 und dem Einkoppelelement 9 ferner noch eine Zerstreuungslinse 02 auf. Ein derartiger Aufbau ermöglicht in vorteilhafter Weise eine koaxiale Einkopplung des Senderstrahls in den Visierstrahlengang.

Die Einkopplung des Laserempfängers erfolgt über den Teilerwürfel 11, der an dem Objektiv 01 gegenüberliegenden Ende des Tubusrohres 1 vor dem Empfängereingang liegend in einer Halterung 12 angeordnet und damit ebenfalls direkt in der optischen Baueinheit aufgenommen ist. Der Teilerwürfel 11 ist in vorteilhafter Weise mit einer selektiven Verspiege-lung versehen, welche die einfallende Strahlung in einen Empfängerstrahl, z.B. im unsichtbaren Bereich, und in einen Visierstrahl aufteilt. Der Teilerwürfel 11 reflektiert dann also die ausgesandte und empfangene unsichtbare Laserstrahlung voll und ist für den sichtbaren Wellenlängenbereich durchlässig. Für den Laserempfänger ist der Teilerwürfel 11 mit einer Empfängergesichtsfeldblende 13 und für das Visier mit einem Fadenkreuz 14 versehen. Gesichtsfeldblende 13 und Fadenkreuz 14 können z.B. durch Aufdampfen aufgebracht werden. Diese Gesamtanordnung vereinfacht das Justieren des Empfängers. Die optischen Achsen des Visierstrahles und des Empfängerstrahles sind zwangsläufig identisch. Der Teilerwürfel 11 muss dann nur noch in x-y-z-Richtung geringfügig justiert werden.

Die dritte funktionsbestimmende Einheit des Periskops ist die Betrachtungsoptik, welche von dem Okular Ok, einem mit der halben Drehgeschwindigkeit des Kopfprismas 2 nachzudrehenden, mit dem Kopfprisma gekuppelten Wendeprisma 3 zur Bildaufrichtung sowie einem Umlenkprisma 4 gebildet ist, das den Visierstrahl in die optische Achse des Objektivs 01 ablenkt. Das Wendeprisma 3 ist hier zwischen dem Okular Ok und dem Umlenkprisma 4 angeordnet. Dadurch kann dieses bewegliche optische Bauteil keine negativen Einflüsse auf die Systemgenauigkeit ausüben. In diesem Fall muss aber das Fadenkreuz funktionell so gestaltet werden, dass das die Bilddrehung kompensierende Wendeprisma nicht auch das Fadenkreuz (optisch) dreht. Hierzu kann z.B. an der Stelle des Fadenkreuzes 14 auf den Teilerwürfel 11 nur ein Kreis aufgebracht und das eigentliche Fadenkreuz in einer Zwischenbildebene, z.B. in der gestrichelt eingezeichneten Position vor dem Wendeprisma 3 angeordnet werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

640 355

1. Rundsicht-Periskop, mit einem in einem Gehäuse aufgenommenen Periskop-Objektiv, einem dem Objektiv vorgesetzten, in Azimut und Elévation gegen die Objektivachse dreh- bzw. kippbaren Kopfprisma, einem Okular, einem Umlenkprisma und einem Wendeprisma, einem dem Gehäuse zugeordneten, aus Sender und Empfänger bestehenden Laser-Entfernungsmesser sowie mit Mitteln zur optischen Einkopplung des Entfernungsmessers, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (01) fest in einem Tubusrohr (1) als Gehäuse angeordnet ist, das die Drehebene zwischen dem Kopfprisma (2) und dem Objektiv (01) vorgesehen ist, dass Sender (5) und Empfänger (6) als selbständige Einheiten in jeweils einem eigenen Raum (7 bzw. 8) seitlich an dem Tubusrohr (1) fest an diesem angeordnet sind und zusammen mit dem Tubusrohr eine optische Baueinheit bilden, dass der Sender (5) mittels mindestens eines den Abstand zwischen Objektivachse und optischer Achse des Senders überbrückenden, in der optischen Baueinheit aufgenommenen Tripelele-mentes (9) koaxial in den Visierstrahlengang eingekoppelt ist und dass der Empfänger (6) mittels eines die einfallende Strahlung in einen Empfängerstrahl und in einen Visierstrahl aufteilenden, selektiv verspiegelten Teilerwürfels (11) koaxial mit dem Visierstrahl gekoppelt ist.

2. Rundsicht-Periskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tripelelement (9) aus einem einzigen lageunabhängigen Bauteil besteht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Rundsicht-Periskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilerwürfel (11) empfängerseitig mit einer Gesichtsfeldblende (13) versehen ist.

4. Rundsicht-Periskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendeprisma (3) zwischen dem Okular (Ok) und dem Teilerwürfel (11) angeordnet ist.

5. Rundsicht-Periskop nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilerwürfel (11) okularseitig mit einem mit der Gesichtsfeldblende (13) optisch identischen Kreisring ausgebildet ist und ein Fadenkreuz (14) in einer Zwischenbildebene vor dem Wendeprisma (3) angeordnet ist.

6. Rundsicht-Periskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Baueinheit ein Gussgehäuse, vorzugsweise aus Aluminiumgrau-guss, aufweist.