DE2343596A1 - Testing and calibrating instrument for information syst - has internal auto collimator and exchangeable external components - Google Patents
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Abstract
Description
SIEFiENS AKTIENGESELLSCHAFT München, 29. AUG. 1973SIEFiENS AKTIENGESELLSCHAFT Munich, AUG. 29. 1973
Berlin und München WitteisbacherplatzBerlin and Munich Witteisbacherplatz
73/666173/6661
Prüf- und Justiervorrichtung für optische Ortungs- und Nachrichtenübertragungseinrichtungen Testing and adjusting device for optical location and message transmission devices
Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüf- und Justiervorrichtung für optische Ortungs- und Nachrichtenübertragungseinrichtungen mit einem Autokollimator, bestehend aus einem Kollimatorspiegel, einem in der Strahlenaciise des Kollimatorspiegels angeordneten Umlenkprisma mit einem Fadenkreuz, einem Strahlteiler, der das Licht einer Beleuchtungsquelle auf das Umlenkprisma und ein Betrachtungsinstrumerrt aufteilt und einem im Strahlengang der Beleuchtungsquelle angeordneten Filter.The invention relates to a testing and adjusting device for optical location and communication devices with an autocollimator, consisting of a Collimator mirror, one in the beam axis of the collimator mirror arranged deflecting prism with a crosshair, a beam splitter, which the light of an illumination source on the Deflecting prism and a viewing instrument divides and a filter arranged in the beam path of the illumination source.
Ein solcher Autokollimator ist beispielsweise durch den Aufsatz "Autocollimating Apparatus for Testing the Parallelism of Oblique Ends of Transparent Components" in "Optical Technolgy" Vol. 39, No. 5, May 1972, S. 262 bis 264, bekannt.Such an autocollimator is, for example, through the attachment "Autocollimating Apparatus for Testing the Parallelism of Oblique Ends of Transparent Components" in "Optical Technolgy "Vol. 39, No. 5, May 1972, pp. 262-264.
Ferner ist durch die DT-AS 1 547 322 eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Laserstrahles auf ein Objekt mit einem im Strahlengang des Lasers angeordneten Strahlteiler und einer mit dem Strahlteiler gekoppelten optischen Zieleinrichtung, die eine Beobachtung des vom Laserstrahl getroffenen Objekts ermöglicht, bekannt. Diese Vorrichtung weist ein Objektiv auf, das in Strahlrichtung hinter dem Strahlteiler angeordnet ist und dessen Bildebene sich zwischen dem Objektiv und dem Strahlteiler befindet. In der Bildebene, in der der Laserstrahl fokussiert ist und in der sich gleichzeitig die Lage der Bildebene der optischen Zieleinrichtung befindet, ist ein Fadenkreuz angeordnet.Furthermore, the DT-AS 1 547 322 provides a device for alignment a laser beam onto an object with a beam splitter arranged in the beam path of the laser and a optical aiming device coupled to the beam splitter, which enables observation of the object struck by the laser beam enables, known. This device has an objective which is arranged behind the beam splitter in the direction of the beam and whose image plane is located between the objective and the beam splitter. In the image plane in which the laser beam is focused and in which the position of the image plane of the optical aiming device is located at the same time a crosshair arranged.
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Lasersysteine für Ortungszwecke weisen meist mehrere optische Achsen auf, die zueinander genau justiert werden müssen. Die Justiertoleranzen liegen dabei größenordnungsmäßig bei 0,1 mrad, d. h. die Lateralauflösung eines Prüf- oder Justiergerätes muß besser als 0,1 mrad sein. Solche optische Ortungssysteme sind häufig in großen und/oder mobilen Anlagen fest integriert, wo sie schwer zugänglich und kaum demontierbar sind. Eine Prüfung der Justierung bzw. Durchführung der Justierung im eingebauten Zustand ist meist erforderlich. Die Schwierigkeit, solche Systeme zu justieren, liegt ferner darin, daß das optische Visier im sichtbaren Spektralbereich arbeitet, während das aktiv messende Teil meist im Infrarotgebiet liegt. Die Justierung aller optischen Achsen, also der sichtbaren und infraroten, muß jedoch trotz dispergierender Elemente im Strahlengang über alle funktionsbestimmenden optischen Elemente gemeinsam mit einem einzigen Gerät durchgeführt werden können. Dies ist in der Praxis jedoch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da einerseits die Wellenlängenunterschiede zwischen visueller Betrachtung und Operationswellenlänge, beispielsweise bei Verwendung eines YAG-Nd -Laser mit λ = 1,06 um, sehr groß ist, andererseits die Beleuchtungsstärken für Abbildungen durch den gesamten Strahlengang im infraroten meistens nicht ausreichen. Um die geforderten ¥inkelauflösungen zu erreichen, müssen möglichst langbrennweitige und gut korrigierbare Kollimatoren verwendet werden.Laser systems for locating purposes usually have several optical axes that have to be precisely adjusted to one another. The adjustment tolerances are of the order of magnitude of 0.1 mrad, ie the lateral resolution of a testing or adjustment device must be better than 0.1 mrad. Such optical location systems are often permanently integrated in large and / or mobile systems, where they are difficult to access and can hardly be dismantled. It is usually necessary to check the adjustment or to carry out the adjustment in the installed state. The difficulty of adjusting such systems is also that the optical sight works in the visible spectral range, while the actively measuring part is mostly in the infrared range. The adjustment of all optical axes, that is to say the visible and infrared, must, however, be able to be carried out together with a single device via all function-determining optical elements, despite dispersing elements in the beam path. In practice, however, this is associated with considerable difficulties, since on the one hand the wavelength differences between visual observation and the operating wavelength, for example when using a YAG-Nd laser with λ = 1.06 µm, is very large, and on the other hand the illuminance levels for images throughout the whole Beam path in the infrared is usually not sufficient. In order to achieve the required angular resolutions, collimators with long focal lengths and easily correctable must be used.
Da, wie eingangs bereits ausgeführt, solche optische Ortungssysteme häufig in großen und/oder mobilen Anlagen fest integriert und damit kaum demontierbar sind, erfordert es auch einen erheblichen Aufwand, wenn für jede derartige Anlage ein eigenes optisches Justierungsgerät erforderlich ist, das lediglich in größeren Zeitabständen und jeweils nur für sehr kurze Zeit gebrauchtwird. Zudem ist ein solches in einer größeren Anlage fest integriertes optisches Ortungssystem jeweils nur für einen ganz bestimmten Anwendungsbereich verwendbar.Since, as already stated at the beginning, such optical positioning systems are often permanently integrated in large and / or mobile systems and thus can hardly be dismantled, it also requires considerable effort if one for each such system own optical adjustment device is required, which only in larger time intervals and only for very a short time is needed. In addition, such an optical location system is permanently integrated in a larger system Can only be used for a very specific area of application.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüf- und Justiereinrichtung für optische Ortungs- und Nachrichtenübertragungseinrichtungen zu schaffen, die in ihrem Aufbau einfach und temperaturstabil ist und zudem eine vielseitige Verwendung ermöglicht.The invention is based on the object of a testing and adjusting device for optical location and communication devices to create that is simple and temperature-stable in its structure and also a versatile one Use allows.
Diese Aufgabe wird bei einer Prüf- und Justiervorrichtung für optische Ortungs- und Nachrichtenübertragungseinrichtungen mit einem Autokollimator, bestehend aus einem Kollimatorspiegel, einem in der Strahlenachse des Kollimatorspiegels angeordneten Umlenkprisma mit einem Fadenkreuz, einem Strahlteiler, der das Licht einer Beleuchtungsquelle auf das Umlenkprisma und ein Betrachtungsinstrument aufteilt und einem im Strahlengang der Beleuchtungsquelle angeordneten Filter gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der aus Kollimatorspiegel und Umlenkprisma bestehende Kollimator innerhalb eines, mit den übrigen Teilen des Autokollimators lösbar verbundenen Tubusrohres angeordnet ist, derart, daß sich die lösbare Verbindung in unmittelbarer Nähe des dem Kollimatorspiegel gegenüberliegenden Ende des Tubusrohres befindet und daß der Kollimatorspiegel im Tubusrohr an am Tubusrohr befestigten Invarstäben temperaturkompensiert gehalten ist.This task is performed with a test and adjustment device for optical positioning and communication devices with an autocollimator, consisting of a collimator mirror, one in the beam axis of the collimator mirror arranged deflecting prism with a crosshair, a beam splitter, which the light of an illumination source divided between the deflecting prism and a viewing instrument and one arranged in the beam path of the illumination source Filter according to the invention solved in such a way that the collimator consisting of collimator mirror and deflecting prism is arranged within a tube tube releasably connected to the other parts of the autocollimator, in such a way that the detachable connection is in the immediate vicinity of the end of the tube tube opposite the collimator mirror and that the collimator mirror in the tube tube is held temperature-compensated on Invar rods attached to the tube tube is.
Diese Vorrichtung hat u. a. neben einem mechanisch-thermisch stabilen, einfachen Aufbau auch den Vorteil, daß der Kollimator -wellenlängenunabhängig, d. h. nicht dispergierend ist. Die Meßgenauigkeit der gesamten Vorrichtung hängt also nur noch vom Kollimatorspiegel, der vorzugsweise als in einer Kalotte eingebauter, parabolischer Oberflächenspiegel ausgebildet und über Invarstäbe temperaturkompensiert im Tubusrohr aufgehängt ist, und dem Umlenkprisma ab.This device has, inter alia. in addition to a mechanical-thermal stable, simple construction also has the advantage that the collimator is independent of the wavelength, i. H. is not dispersing. The measurement accuracy of the entire device depends only on the collimator mirror, which is preferably used as a Dome built-in, parabolic surface mirror and temperature-compensated via Invar rods in the tube tube is suspended, and the deflecting prism.
Die Vorrichtung ist dabei in vorteilhafter Weise in modularer Bauweise aufgebaut, derart, daß die einzelnen, an den. Kollimator anschließbaren Elemente, wie Beleuchtungsquelle, Filter,The device is advantageously constructed in a modular manner, such that the individual to the. Collimator connectable elements, such as lighting sources, filters,
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Strahlteiler und Betrachtungsinstrument als austauschbare Baugruppen ausgebildet sind, wobei die Baugruppen mit hinsichtlich Art, Größe und Lage aufeinander abgestimmten Anschlüssen versehen sind, Durch diesen Aufbau können also in gewünschter V/eise verschiedene Baugruppen gegeneinander ausgetauscht und somit die Vorrichtung dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden.Beam splitter and viewing instrument are designed as exchangeable assemblies, the assemblies with regard to Type, size and position of coordinated connections are provided If desired, different assemblies are exchanged for one another and thus the device is suitable for the respective purpose be adjusted.
Die Verwendung einer Quarz-Jod-Lampe als Beleuchtungsquelle in Verbindung mit einem entsprechenden Filtersatz ist dann vorteilhaft, wenn verschiedene diskrete Meß-?· oder Beobachtungswellenlängen gewünscht sind und wenn die BeieuchtungsVerhältnisse es erlauben. Schmalbandig gefilterte Wellenlängenbereiche geben nämlich nur noch sehr geringe Beleuchtungsstärken ab, so daß nur noch bei entsprechend großer Beobachtungsfläche eine ausreichende Illuminationsstärke vorhanden ist.The use of a quartz-iodine lamp as a source of illumination in connection with an appropriate filter set is then advantageous when different discrete measurement or observation wavelengths are desired and when the lighting conditions allow it. Narrow-band filtered wavelength ranges namely only give very low illuminance levels so that sufficient illumination is only available if the observation area is large enough is.
Ein YAG:Nd3+~CW-Laser (1"-YAG-Laser) wird in vorteilhafter Weise verwendet, wenn über kleine Aperturen gemessen wird oder wenn die verschiedenen optischen Achsen große Parallelversetzungen aufweisen. In diesem Fall ist keine Schmalbandfilterung mehr nötig.A YAG: Nd 3+ ~ CW laser (1 "-YAG laser) is used in an advantageous manner if measurements are taken over small apertures or if the various optical axes have large parallel offsets. In this case, narrow-band filtering is no longer necessary.
Die Wahl der jeweils verwendeten Beleuchtungsquelle hängt also von dem zu justierenden System ab. Neben einer Quarz-Jod-Lampe oder einem YAG-Laser können beispielsweise auch Gas- oder Halbleiterlaser verwendet v/erden.The choice of the lighting source used in each case therefore depends on the system to be adjusted. Next to a quartz-iodine lamp or a YAG laser, for example, gas or semiconductor lasers can also be used.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich in vorteilhafter Weise auch als Sende- und Empfangseinrichtung verwenden in der Weise, daß an den Strahlteiler anstelle von Beleuchtungsquelle und Betrachtungsinstrument eine Sende-Modulationseinrichtung und eine Empfänger-Demodulationseinrichtung angeschlossen werden. Diese Art von Nachrichtenübertragung findetThe device according to the invention can advantageously also be used as a transmitting and receiving device in the way that a transmission modulation device is attached to the beam splitter instead of the illumination source and viewing instrument and a receiver demodulation device can be connected. This type of message transfer takes place
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vorzugsweise im Nahbereich, ζ. B. innerhalb von Werksgeländen, Städten usw. Anwendung.preferably at close range, ζ. B. within factory premises, Cities etc. application.
Als Betrachtungsinstrument kann wahlweise οder/und simultan ,ein Okular, ein IR-Bildwandler, eine TV-Kamera oder eine Empfänger-Demodulationseinrichtung verwendet werden. Ein IR-Bildwandler ist unumgänglich zur Justierung von Laserentfernungsmeßeinrichtungen, die ihre Arbeitswellenlänge im Infrarotgebiet haben.As a viewing instrument, you can choose between οder / and simultaneously , an eyepiece, an IR imager, a TV camera or a Receiver demodulation device can be used. A IR image converter is indispensable for the adjustment of laser distance measuring devices, which have their working wavelength in the infrared region.
Die Brennweite kann bei konstantem -ψ -Verhältnis (Öffnungs— verhältnis) in vorteilhafter Weise je nach Anforderung variiert werden, ohne daß die übrigen Teile, wie Umlenkprisma, Strahlteiler, Betrachtungsinstrument, Beleuchtungsquelle und Filter geändert werden müßten. So ist beispielsweise zur Justierung von Ortungssystemen eine vergrößerte Öffnung erforderlich, wenn die verschiedenen optischen Achsen weit auseinanderliegen. Für Nachrichtenübertragungszwecke muß z. B. die Öffnung vergrößert werden, wenn die infolge von atmosphärischen Einflüssen, wie beispielsweise Schneefall beeinträchtigte Übertragungssicherheit gesteigert werden muß.With a constant -ψ ratio (aperture ratio), the focal length can advantageously be varied depending on the requirements without having to change the other parts, such as the deflecting prism, beam splitter, viewing instrument, illumination source and filter. For example, an enlarged opening is required to adjust location systems if the various optical axes are far apart. For message transmission purposes z. B. the opening can be enlarged if the transmission reliability impaired as a result of atmospheric influences, such as snowfall, must be increased.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the figure.
Die Prüf- und Justiervorrichtung verwendet einen Autokollimator, der aus einem Kollimatorspiegel 1, einem Umlenkprisma 2, auf dessen dem Kollimatorspiegel 1 zugekehrter Fläche ein Fadenkreuz 3 aufgebracht ist, einem Strahlenteiler 4, einem Filtersatz Jf? einer Beleuchtungseinrichtung 6 und einem mit einem Fadenkreuz 14 versehenen Betrachtungsirßbrument 7 besteht. Der Kollimatorspiegel 1, der aus einem, in einer Kalotte 8 eingebauten parabolischenThe testing and adjusting device uses an autocollimator, which consists of a collimator mirror 1, a deflecting prism 2, on whose surface facing the collimator mirror 1 a crosshair 3 is applied, a beam splitter 4, a filter set Jf? a lighting device 6 and a viewing instrument 7 provided with a crosshair 14. The collimator mirror 1, which consists of a built-in in a dome 8 parabolic
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Oberflächenspiegel besteht und das,mit dem Fadenkreuz versehene Prisma 2, die zusammen den Kollimator bilden, sind in einem Tubusrohr in dessen stirnseitigen Endbereichen angeordnet, wobei sich das Umlenkprisma 2 in der Mittelachse des Tubusrohres befindet. Die Stirnseite des Tubusrohres 9, in deren Nähe das Umlenkprisma 2 angeordnet ist, ist mit einer Glasscheibe 10 abgeschlossen. Der an der gegenüberliegenden Stirnseite des Tubusrohres 9 angeordnete Kollimatorspiegel 1 ist an am Umfang des Tubusrohres angeordneten und an diesem befestigten Invarstäben temperaturkompensiert im Tubusrohr 9 gehalten. Dadurch werden bei Erwärmung auftretende geometrische Änderungen des Tubusrohres 9 nicht auf den Kollimatorspiegel übertragen, d. h. sie beeinflussen dessen Lage nicht, so daß bei gleichbleibendem Abstand und exakter Lage von Kollimatorspiegel 1 und Umlenkprisma 2 zueinander u. a. auch mitbewirkt durch die Yiahl der Lage, in der die weiteren Teile des Atuokollimators am Tubusrohr 9 befestigt sind, eine von äußeren thermischen Einflüssen unbeeinflußte Messung und Justierung gewährleistet ist. Die weiteren Teile des Autokollimators sind dabei mit dem Tubusrohr 9 in dessen einem, dem Kollimatorspiegel 1 gegenüberliegenden Endbereich, und zwar an der Stelle, an der sich das Umlenkprisma befindet, mit dem Tubusrohr 9 lösbar verbunden. Diese weiteren Teile, nämlich der Strahlteiler 4, der Filtersatz 5, die Beleuchtungsquelle 6 und die Betrachtungseinrichtung 7 sind in modularer Bauweise ausgeführt, bilden also jeweils für sich eine eigene Baugruppe, die in gewünschter V/eise zusammengefügt werden und jederzeit leicht austauschbar sind. Dadurch ergibt sich eine vielseitige Anwendung der Vorrichtung, die sich durch jeweiligen Austausch einzelner Baugruppen dem jeweiligen Verwendungszweck anpassen läßt. So kann beispielsweise anstelle der in der Figur'gezeichneten Beleuchtungsquelle 6 ein Laser angeschlossen werden, für dessen Befestigung am Tubusrohr 9 eine Plattform vorgesehen ist. Auch das Betrachtungsgerät 7 kann wahlweiseSurface mirror and the one marked with the crosshair Prism 2, which together form the collimator, are arranged in a tube tube in its end regions, wherein the deflecting prism 2 is located in the central axis of the tube tube. The end face of the tube 9, in the vicinity of which the deflecting prism 2 is arranged is closed with a glass pane 10. The one on the opposite The end face of the tube tube 9 arranged collimator mirror 1 is arranged on the circumference of the tube tube and Invar rods attached to this are held in the tube tube 9 in a temperature-compensated manner. This will be when heated occurring geometric changes of the tube tube 9 are not transferred to the collimator mirror, d. H. they affect not its position, so that with a constant distance and exact position of the collimator mirror 1 and the deflecting prism 2 to each other i.a. also contributed by the fact that the other parts of the atuocollimator on the tube tube 9 are attached, a measurement and adjustment unaffected by external thermal influences is guaranteed. the further parts of the autocollimator are in this case with the tube tube 9 in the one opposite the collimator mirror 1 End area, specifically at the point at which the deflecting prism is located, releasably connected to the tube tube 9. These further parts, namely the beam splitter 4, the filter set 5, the illumination source 6 and the viewing device 7 are designed in a modular design so each has its own assembly, which can be put together in the desired manner and easily exchangeable at any time are. This results in a versatile application of the device, which results from each exchange individual assemblies can be adapted to the respective purpose. For example, instead of the illumination source 6 shown in the figure, a laser can be connected, a platform is provided for its attachment to the tube tube 9. The viewing device 7 can optionally
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oder/und simultan von einem Okular, einem IR-Bildwandler oder einer TV-Kamera gebildet v/erden. Bei Verwendung der Vorrichtung als Sende- und Empfangseinrichtung v/erden an den Strahlteiler 4 anstelle von Beleuchtungsquelle 6 und Betrachtungsgerät 7 eine Sende-Modulationseinrichtung und eine Empfangs-Demodulationseinrichtung angeschlossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zv/ischen der Beleuchtungseinrichtung 6 und dem Filtersatz 5 ein weiteres Linsensystem 13 angeordnet.or / and formed simultaneously by an eyepiece, an IR image converter or a TV camera. When the device is used as a transmitting and receiving device, a transmitting modulation device and a receiving demodulation device are connected to the beam splitter 4 instead of the illumination source 6 and viewing device 7. In the illustrated embodiment, a further lens system 13 is arranged between the lighting device 6 and the filter set 5.
8 Patentansprüche
1 Figur8 claims
1 figure
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Claims (8)
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| DE19732343596 DE2343596C3 (en) | 1973-08-29 | Testing and adjusting device for optical location and message transmission devices |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19732343596 DE2343596C3 (en) | 1973-08-29 | Testing and adjusting device for optical location and message transmission devices |
Publications (3)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2343596B2 (en) | 1975-12-11 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |