CH640355A5

CH640355A5 - Panoramic periscope with a laser rangefinder

Info

Publication number: CH640355A5
Application number: CH350379A
Authority: CH
Inventors: Viktor Baumgartner; Ludger Grage
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1983-12-30
Also published as: DE2817237B2; DE2817237A1; IT7921968A0; IT1112380B

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. The invention relates to a panoramic periscope with a periscope lens accommodated in a housing, a head prism in front of the lens, which can be rotated or tilted in azimuth and elevation against the lens axis, an eyepiece, a deflecting prism and a reversing prism, and assigned to the housing. Laser rangefinder consisting of transmitter and receiver and with means for optically coupling the rangefinder.

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. A panoramic periscope of this type is known from DE-OS 2300466. In this periscope, the lens housing and the head prism are rotatably connected to one another and rotatably supported in a carrier. The head prism can thus be rotated together with the lens housing about the optical axis of the lens and can also be pivoted about a horizontal axis. The other periscope elements, such as reversing and magnifying lens systems, uprighting prism, mirror prism and eyepiece, are arranged underneath the lens and are firmly connected to the support. A laser transmitter is arranged on the carrier itself, while the laser receiver is arranged within the carrier in the housing of the objective around it and thus rotates with the objective and the objective housing. In the known periscope, a laser beam parallel to the optical axis of the objective is deflected by a first prism mirror rotatably arranged on the carrier onto a second prism mirror arranged eccentrically to the optical axis of the objective and rotatably on its self-rotating housing. From this prism mirror, the laser beam is fed to the head prism of the periscope laterally and parallel to the optical axis of the objective. In this construction of the known periscope, the periscope optics, coupling elements of the laser transmitter and laser receiver are rotatably arranged. In addition, a device for positively aligning the two coupling elements to one another is provided.

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. When combining laser range finders with optical sighting devices, e.g. an all-round periscope, the number and arrangement of moving elements can have a very negative effect. The integration of a laser rangefinder in a periscope with a view is particularly difficult with regard to the alignment of the optical axes with respect to one another and thus with regard to the system accuracy and involves considerable problems. The type and arrangement of the individual system components are crucial to the lateral accuracy of the device. The optical axes of the laser rangefinder and the sighting device must be kept very precisely parallel over a large temperature range for the entire field of vision (all-round view). The adjustment tolerances, i.e. the maximum permissible axis deviations are e.g. at 0.1 mrad, i.e. the angular resolution of the sighting device must be better than 0.1 mrad. The invention is therefore based on the object of creating an all-round periscope with a laser range finder with a correspondingly high system accuracy and to make the construction of such a sighting device as simple as possible.

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. This object is achieved with a panoramic periscope of the type mentioned at the outset according to the invention in that the objective is arranged fixedly in a tube tube as a housing, in that the plane of rotation between the head prism and the objective is provided in that the transmitter and receiver are independent units in each have their own space on the side of the tube tube and are fixed together with the tube tube to form an optical unit that the transmitter coaxially into the sighting beam path by means of at least one triple element bridging the distance between the lens axis and the optical axis of the transmitter and accommodated in the optical unit is coupled in and that the receiver is coaxially coupled to the sighting beam by means of a selectively mirrored splitter cube that divides the incident radiation into a receiving beam and into a sighting beam.

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. With such a periscope there are various advantages. Since the plane of rotation is provided between the head prism and the periscope objective, only a small number of slip rings is required. The mechanical tolerances and temperature responses of the head prism do not affect the device system accuracy. This enables small moving masses and thus the use of a gyroscopic-stabilized head prism, which forms a first function-determining structural unit of the periscope. A particular advantage of an all-round periscope according to the invention can be seen in the fact that the second function-determining structural unit of the periscope with the coaxially coupled laser transmission beam, consisting of the optical structural unit determining the mechanical and temperature tolerances, with the tube tube, transmitter and receiver, the periscope objective, the beam splitter cube and the Transmitter optics, without moving elements.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind in den abhängigen Patentansprüchen Advantageous embodiments of the subject matter of claim 1 are in the dependent claims

5 5

!Q ! Q

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

bO bO

o5 o5

3 3rd

640 355 640 355

angegeben. specified.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Rundsichtperiskops ist in der einzigen Figur schematisch dargestellt und im folgenden anhand dieser Figur näher beschrieben. 5 An embodiment of an all-round periscope according to the invention is shown schematically in the single figure and described in more detail below with reference to this figure. 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. The all-round periscope essentially consists of a periscope lens 01, which acts simultaneously as a sighting and receiving lens, which is accommodated in a fixed manner in a tube tube 1 serving as a housing, a round-vision head or tilting prism 2, which is placed in front of the lens 01 '<> and is rotatable or tiltable in azimuth and elevation against the objective axis, a viewing optics with an eyepiece Ok, a reversing and a deflecting prism 3 or 4, and a laser transmitter 5 and a laser receiver 6 and means for optically coupling the range finder formed thereby. The plane of rotation (angle coding plane) is provided between the head prism 2 and the objective 01 and is indicated by a dashed line. The laser transmitter 5 and the laser receiver 6 are designed as independent units and are each arranged in a separate space 7 or 8 on the side of the tube tube 1 in the manner shown. The laser range finder thus forms an optical unit together with the tube tube. This has a housing made of a suitable material, e.g. made of cast aluminum, and is 25 compact and largely symmetrical. This component and the means optically coupling in the range finder form the second function-determining structural unit of the pericope, namely the collimator, after the panoramic head prism. The coupling means also received on 30 or in the optical assembly consist of a triple element 9 and a divider cube 11. The triple element 9 is arranged between the objective 01 and the output side of the laser transmitter, e.g. in a side extension 10 of the tube tube and 35 preferably consists of a one-piece triple prism or, if appropriate, of two separate prisms. In the latter case, a prism can be mechanically connected directly to the lens 01, e.g. by cementing. The other prism is then held in the extension 10 and adjusted once to the prism attached to the lens. In any case, the triple element 9 projects into the optical axis of the collimator, i.e. it completely bridges the distance between the axis of the lens 01 and the optical axis of the transmitter. The triple element as a coupling element has the advantage that it is position-independent, i.e. there are no adjustment influences. The transmitter optics embodied as Galileo optics also have a diverging lens 02 in addition to the objective 01 and the coupling element 9. Such a construction advantageously enables the transmitter beam to be coaxially coupled into the sighting beam path.

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. The laser receiver is coupled in via the divider cube 11, which is arranged on the end of the tube tube 1 opposite the lens 01, lying in a holder 12 in front of the receiver input, and is therefore also received directly in the optical unit. The divider cube 11 is advantageously provided with a selective mirroring, which the incident radiation into a receiver beam, e.g. in the invisible area, and divides it into a visor beam. The divider cube 11 then fully reflects the emitted and received invisible laser radiation and is transparent to the visible wavelength range. The divider cube 11 is provided with a receiver field of view diaphragm 13 for the laser receiver and with a cross hair 14 for the visor. Field of view diaphragm 13 and crosshair 14 can e.g. can be applied by vapor deposition. This overall arrangement simplifies the adjustment of the receiver. The optical axes of the sighting beam and the receiver beam are inevitably identical. The divider cube 11 then only has to be adjusted slightly in the x-y-z direction.

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. The third function-determining unit of the periscope is the viewing optics, which are formed by the eyepiece Ok, a reversing prism 3 to be rotated at half the rotational speed of the head prism 2 and coupled to the head prism for image erection, and a deflecting prism 4 which directs the sighting beam into the optical axis of the objective 01 distracts. The reversing prism 3 is here arranged between the eyepiece Ok and the deflection prism 4. As a result, this movable optical component cannot have any negative effects on the system accuracy. In this case, however, the crosshair must be functionally designed so that the reversing prism that compensates for the image rotation does not also (optically) rotate the crosshair. For this, e.g. At the location of the crosshair 14, only a circle is applied to the divider cube 11 and the actual crosshair in an intermediate image plane, e.g. in the position shown in dashed lines in front of the reversing prism 3.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

640 355

1. All-round periscope, with a periscope lens accommodated in a housing, a head prism in front of the lens that can be rotated or tilted in azimuth and elevation against the lens axis, an eyepiece, a deflection prism and a turning prism, one assigned to the housing Transmitter and receiver existing laser rangefinder and with means for optically coupling the rangefinder, characterized in that the objective (01) is fixedly arranged in a tube tube (1) as a housing which defines the plane of rotation between the head prism (2) and the objective ( 01) it is provided that the transmitter (5) and receiver (6) are arranged as separate units in a separate room (7 or 8) on the side of the tube tube (1) and form an optical unit together with the tube tube that the transmitter (5) by means of at least one door which bridges the distance between the objective axis and the optical axis of the transmitter and is accommodated in the optical unit ipelele-mentes (9) is coaxially coupled into the sighting beam path and that the receiver (6) is coaxially coupled with the sighting beam by means of a selectively mirrored splitter cube (11) that divides the incident radiation into a receiver beam and into a sighting beam.

2. All-round periscope according to claim 1, characterized in that the triple element (9) consists of a single position-independent component.

2nd

PATENT CLAIMS

3. All-round periscope according to claim 1 or 2, characterized in that the divider cube (11) is provided on the receiver side with a field of view diaphragm (13).

4. All-round periscope according to one of claims 1 to 3, characterized in that the turning prism (3) between the eyepiece (Ok) and the divider cube (11) is arranged.

5. All-round periscope according to claim 3 or 4, characterized in that the divider cube (11) is formed on the eyepiece side with an optically identical to the field of view diaphragm (13) circular ring and a crosshair (14) in an intermediate image plane in front of the turning prism (3) is.

6. All-round periscope according to one of the preceding claims, characterized in that the optical unit has a cast housing, preferably made of cast aluminum.