DE19829659C1 - Laser-Entfernungsmesser - Google Patents

Abstract

Laser-Entfernungsmesser mit getrennter Sende- und Empfangsoptik, sowie zumindest monokularer Zielbeobachtung, bei dem eine der Sendeoptik (2) vorschaltbare, die Divergenz des Sendestrahlenbündels reduzierende Teleskopoptik (5, 6), eine der Empfangsoptik (3) vorschaltbare Teleskopoptik (7, 8) mit einem an die Divergenz des Sendestrahlenbündels angepaßten Öffnungswinkel und ein mit dem Gehäuse (10) des Laser-Entfernungsmessers (1) frontseitig koppelbarer gemeinsamer Trägerrahmen (9) für die Teleskopoptiken (5, 6; 7, 8) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Laser-Entfernungsmesser mit getrennter Sende- und Empfangsoptik, sowie zumindest monokularer Zielbeobachtung, wie er aus der DE 41 35 615 A1 bekannt ist.

Die Mehrzahl der bekannten Laser-Entfernungsmesser ist nach folgendem Prinzip aufgebaut. Es wird ein kollimiertes Laserstrahlenbündel erzeugt und über eine Sendeoptik auf ein entferntes Ziel gerichtet. Das vom Ziel reflektierte Laserlicht wird von der Empfangsoptik aufgenommen und auf einen Detektor geleitet. Die Empfangsoptik wird üblicherweise auch zur Zielbeobachtung verwendet. Ein solches Gerät ist z. B. aus DE 41 35 615 A1 bekannt. Ein binokulares Beobachtungsgerät mit Laser-Entfernungsmesser ist aus DE 37 04 848 A1 bekannt.

Insbesondere bei kleinen Zielen ist es notwendig, das Laserstrahlenbündel gut zu kollimieren. Anzustreben ist, daß die distanzabhängige Größe des Laserflecks kleiner als der Querschnitt des anzumessenden Zieles ist, um sowohl eine möglichst hohe Laserlichtintensität auf dem Ziel als auch eine selektive Beeinflussung des Sendestrahlenbündels durch das anzumessende Ziel zu erreichen.

Die optischen Parameter der Sendeoptik bestimmen die Divergenz des Sendestrahlenbündels. Die Intensität des am Detektor ankommenden, vom Ziel reflektierten Laserlichts hängt von den optischen Parametern der Empfangsoptik ab, und zwar im wesentlichen von ihrem Durchmesser. Die optischen Parameter der Sende- und Empfangsoptik beeinflussen daher unmittelbar die maximale Reichweite des Laser Entfernungsmessers.

Eine Steigerung der Reichweite kann entweder durch eine Erhöhung der Laserleistung oder durch eine Vergrößerung der Sende- und Empfangsoptik erreicht werden. Die maximale Laserleistung ist einmal durch Vorschriften zur Augensicherheit begrenzt und außerdem durch die Kapazität der Energiequelle zum Betrieb des Lasers. Der Vergrößerung der Abmessungen der Optiken stehen die damit verbundene Unhandlichkeit und das erhöhte Gewicht entgegen.

Die mit einer größeren Reichweite verbundenen technischen Aufwendungen haben dazu geführt, daß speziell ausgelegte Laser-Entfernungsmesser für unterschiedliche Reichweitenbereiche entwickelt und optimiert wurden. Die Anwender solcher Geräte müssen sich daher je nach geforderter Meß- Reichweite für unterschiedliche Geräte entscheiden und möglicherweise mehrere Geräte anschaffen.

Die Einsatzbereitschaft der Geräte hängt zusätzlich auch von den Witterungsbedingungen ab, die die Übertragung der optischen Strahlung behindern können. Ein für größere Reichweiten ausgelegtes Gerät kann daher unter ungünstigen Umständen noch für kürzere Entfernungen eingesetzt werden, bei denen das für diese Reichweiten konzipierte Gerät bereits versagt. Nachteilig ist jedoch, daß für die Zielbeobachtung ständig nur das für entferntere Ziele ausgelegte eingeschränkte Gesichtsfeld zur Verfügung steht. Die Anwender werden sich trotzdem im Zweifel für das technisch aufwendigere und damit teuerere Gerät entscheiden müssen.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Laser- Entfernungsmesser zu schaffen, der in kostengünstiger Weise eine Steigerung der Reichweite, besonders für kleine Ziele, ermöglicht, ohne die Handlichkeit und Augensicherheit wesentlich zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird bei einem Laser-Entfernungsmesser der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine der Sendeoptik vorschaltbare, die Divergenz des Sendestrahlenbündels reduzierende Teleskopoptik, eine der Empfangsoptik vorschaltbare Teleskopoptik mit einem an die Divergenz des Sendestrahlenbündels angepaßten Öffnungswinkel und ein mit dem Laser-Entfernungsmesser frontseitig koppelbarer gemeinsamer Trägerrahmen für die Teleskopoptiken vorgesehen sind. Die optischen Parameter der Teleskopoptiken sind zweckmäßigerweise so zu wählen, daß die numerische Apertur der Sende- und Empfangsoptik nicht beeinträchtigt wird. Von Vorteil ist es auch, wenn die Vergrößerung der beiden Teleskopoptiken gleich groß ist.

Die Erfindung geht von einer Grund-Konfiguration des Laser- Entfernungsmessers aus und bewirkt die Steigerung der Reichweite im Bedarfsfall durch eine wahlweise vorschaltbare Teleskopoptik. Eine solche Teleskopoptik ist aus "Die Fernrohre und Entfernungsmesser", Dr. A. König, (1937), Seite 95, zwar an sich bekannt, wird dort aber nur unter dem Gesichtspunkt einer Vergrößerungsänderung behandelt. Die positiven Auswirkungen auf die Intensitäts-Balance im Sende- und Empfangsstrahlenbündel sind nicht ohne weiteres zu erkennen. Diese sind für eine Steigerung der Reichweite, insbesondere bei kleinen Zielen, aber von ausschlaggebender Bedeutung. Die Vergrößerungsänderung ist beim Anvisieren entfernterer Ziele zwar ein vorteilhafter Nebeneffekt, scheint damit aber primär nur Einfluß auf die Ziel-Beobachtung mit dem Laser- Entfernungsmesser zu haben.

Die Wirkung der Teleskopoptik vor der Sendeoptik besteht darin, durch die verringerte Divergenz des Sendestrahlenbündels die Energiedichte auf dem Ziel zu erhöhen. Die Steigerung der Lichtintensität durch die Teleskopoptik ist bei gleicher numerischer Apertur des zusammengesetzten Sendesystems proportional zum Quadrat der teleskopischen Vergrößerung. Das bedeutet in der Praxis, daß von dem entfernteren Ziel nahezu dieselbe reflektierte Lichtintensität empfangen wird wie vom näheren Ziel ohne die Teleskopoptik. Die mit dem Quadrat der Entfernung vom Ziel abnehmende reflektierte Streuintensität wird durch die Wirkung der Teleskopoptik kompensiert.

Die Teleskopoptik vor der Empfangsoptik wirkt sich wie eine Vergrößerung des Durchmessers der optischen Elemente aus und erhöht damit die Intensität der aufgenommenen reflektierten Laserstrahlung. In der Praxis bedeutet diese Maßnahme eine Steigerung des Entfernungsbereichs um etwa die Quadratwurzel aus der teleskopischen Vergrößerung für kleine Ziele und um etwa die teleskopische Vergrößerung für große Ziele.

Wenn die teleskopische Vergrößerung vor der Sendeoptik und vor der Empfangsoptik gleich groß gewählt wird, dann bewirkt die Änderung der Divergenz des Sendestrahlenbündels in Verbindung mit der Änderung des Gesichtsfeldes der Empfangsoptik insgesamt keine Veränderung gegenüber den Sende-/Empfangsbedingungen des Grundgerätes ohne Teleskopoptik. Die erfindungsgemäß erreichte Steigerung der Reichweite ist gleich dem Produkt der Beiträge aus der teleskopischen Vergrößerung der Sende- und Empfangsoptik.

Wenn die teleskopische Vergrößerung in beiden optischen Systemen gleich groß gewählt wird, dann ist die gegenseitige Ausrichtung der optischen Achsen des Grundgerätes und der vorgeschalteten Teleskopoptik unkritisch. Sogar geringe Winkelabweichungen zwischen den optischen Achsen beeinflussen die Steigerung der Reichweite nicht.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Laser- Entfernungsmessers schematisch dargestellt. Sie werden nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 einen monokularen Laser-Entfernungsmesser und

Fig. 2 einen binokularen Laser-Entfernungsmesser.

In Fig. 1 ist der grundlegende Aufbau eines Laser-Entfernungsmessers 1 mit getrennter Sendeoptik 2 und Empfangsoptik 3, sowie monokularer Zielbeobachtung dargestellt. Dabei dient die Empfangsoptik 3 auch zur Zielbeobachtung über das Okular 4. Durch geeignete, nicht dargestellte Strahlenteiler wird sichergestellt, daß die Laserstrahlung nicht in das Okular 4 gelangt.

Das vorgeschaltete teleskopische System 5, 6; 7, 8 ist innerhalb eines gemeinsamen Trägerrahmens 9 angeordnet, der mit dem Gehäuse 10 des Laser-Entfernungsmessers 1 koppelbar ist. Im dargestellten Beispiel wird der Trägerrahmen 9 auf das Gehäuse 10 geschoben. Andere lösbare Befestigungsmöglichkeiten liegen im Rahmen fachmännischen Handelns.

Die Abbildungs-Vergrößerung der Teleskopoptik 5, 6 vor der Sendeoptik 2 unterscheidet sich von der der Teleskopoptik 78 vor der Empfangsoptik 3, um eine optimale Anpassung zu den optischen Parametern des Grundgerätes zu erreichen. Die Aperturen beider optischen Systeme sind ebenfalls aufeinander abgestimmt. Das führt erkennbar zu unterschiedlichen geometrischen Abmessungen der Teleskopoptiken. Die Berechnung der optischen Parameter liegt im Rahmen üblichen fachmännischen Handelns.

Anstelle des dargestellten Galilei-Typs mit objektseitiger Positivlinse 5, 7 und bildseitiger Negativlinse 6, 8 kann auch ein bildumkehrendes System aus zwei positiven Linsen gewählt werden.

In Fig. 2 ist der Grundaufbau einen binokularen Systems dargestellt. Da die Sendeoptik 2 und die Empfangsoptik 3 des Grundgerätes gleich sind, können auch identisch aufgebaute Teleskopoptiken 7, 8 verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, sind bei der Ausrichtung der optischen Achsen der Teleskopoptik zu denen der Sende- und Empfangsoptik Toleranzen in der Fluchtung und der Neigung in geringen Grenzen erlaubt. An die mechanische Kupplung des Trägerrahmens zum Gehäuse des Grundgerätes sind daher keine hohen Anforderungen zu stellen.

Claims (3)

1. Laser-Entfernungsmesser mit getrennter Sende- und Empfangsoptik, sowie zumindest monokularer Zielbeobachtung, gekennzeichnet durch eine der Sendeoptik (2) vorschaltbare, die Divergenz des Sendestrahlenbündels reduzierende Teleskopoptik (5, 6), eine der Empfangsoptik (3) vorschaltbare Teleskopoptik (7, 8) mit einem an die Divergenz des Sendestrahlenbündels angepaßten Öffnungswinkel und einen mit dem Laser-Entfernungsmesser (1) frontseitig koppelbaren gemeinsamen Trägerrahmen (9) für die Teleskopoptiken (5, 6; 7, 8).

2. Laser-Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Apertur der Teleskopoptiken (5, 6; 7, 8) jeweils an die der Sende- (2) und Empfangsoptik (3) angepaßt ist.

3. Laser-Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung der beiden Teleskopoptiken gleich groß ist.