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Optischer Entfernungsmesser Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen
Entfernungsmesser, bestehend aus einem optischen Sender für kohärente Strahlung,
einer Zieloptik und einer Empfangsoptik mit sich daran anschließendem Empfänger,
bei dem die optischen Achsen von Sender, Zieloptik und Empfangsoptik zueinander
parallel ausgerichtet sind.
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Optische Entfernungsmesser dieser Art sind beispielsweise durch die
US-PS 3 464 770 bekannte Dabei ist es erforderlich, den Lasersendestrahls der im
Regelfall durch eine telezentrische Sendeoptik geht, zur Zieloptik sowie zur Empfangsoptik
und dem Empfangsdetektor genau auszurichten. Die Genauigkeit, mit der diese Abstimmung
erfolgen muß, hängt weitgehend von der Auflösung des Entfernungsmessers ab. Sie
muß jedoch in jedem Falle besser als die Strahlctfnung seinw Die Sendestrahlöffnung
beträgt bei üblichen Riesenimpuls-Festkörperlasern ca. 3 mrad (ungefähr 10 inkelrninuten).
Sie kann durch eine entsprechend angepaßte telezentrische Sende optik noch um deren
optischen Vergrößerungsfaktor verkleinert werden. Eine genaue Justierung ist wegen
der auf Unendlich adaptierten Optik nur über eine längere Meßstrecke sinnvoll. Kommen
Lasersender zur Anwendung, die im sichtbaren Bereich emittieren, beispielsweise
Rubinlaser, dann läßt sich diese Justierung von Sendestrahl, Empfangsoptik und Visierlinie
rein visuell durchführen.
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Optische Entfernungsmesser, deren Laser im sichtbaren Bereich emittieren,
benötigen als Empfangsdetektor eine Photo-Muliplierröhre,
die einen
nicht unerheblichen technischen Aufwand darstellt. Auch ist der Wirkungsgrad bekannter
Festkörperlaser, die im sichtbaren Bereich emittieren, beispielsweise Rubinlaser,
wesentlich schlechter als bei Festkörperlasern, die im infraroten, also unsichtbaren
Bereich emittieren. In diesem Zusammenhang ist insbesondere der Neodym-Festkörperlaser
zu nennen. Da Infrarot-Detektoren mit ausreichender Empfindlichkeit auf Halbleiterbasis
zur Verfügung stehen, hat u. a. die technische Entwicklung von optischen Entfernungsmessern
mit im unsichtbaren Bereich emittierenden Laserstrahlungsquellen eine besondere
Bedeutung erlangt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Laser-Entfernungsmesser
der letztgenannten Art eine Lösung für eine mit einfachen Mitteln realisierbare
3ustierhilSe anzugeben.
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Ausgehend von einem optischen Entfernungsmesser, bestehend aus einem
optischen Sender für kohärente Strahlung einer Zieloptik und einer Empfangsoptik
mit sich daran anschließendemEmpfänger,bei dem die optischen Achsen von Senders
Zieloptik und Empfangsoptik zueinander parallel ausgerichtet sind, wird diese Aufgabe'gemäß
der Erfindung dadurch gelöst, daß der optische Sender aus dem eigentlichen Lasersender
mit einer für das menschliche Auge unsichtbaren Strahlung, einer Sendeoptik und
einer Hilfslichtquelle besteht, deren sichtbare Strahlung zwischen Lasersender und
Sendeoptik in die Strahlachse einkoppelbar ist.
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Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß die bei
Verwendung einer im unsichtbaren Bereich emittierenden Laserquelle auftretenden,
geschilderten Justierprobleme sich in besonders einfacher Weise dadurch lösen lassen,
daß von einer Hilfslichtquelle Gebrauch gemacht wird, deren Strahlung in die Hauptstrahlrichtung
des optischen Senders zwischen dem eigentlichen Lasersender und der Sendeoptik einkoppelbar
ist.
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Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dem Ausgang der Zieloptik
einen Bildwandler nachzuschalten. Ein solcher Bildwandler bedeutet aber einen wesentlich
höheren Aufwandund muß seinerseits hinsichtlich der Zieloptik genau justiert sein.
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Die Strahlung der Hilfslichtquelle muß zwarhinsichtiich der Hauptstrahlrichtung
des optischen Senders ebenfalls justiert sein. Die Anforderungen an diese Justierung
sind jedoch denkbar gering, wenn, wie das für die meisten Anwendungsfälle zutrifft,
der Lasersender für eine Strahlung im Wellenlängenbereich oberhalb 0,75 pm ausgelegt
ist, und die Hilfslichtquelle aus einem optischen Frequenzvervielfacher und einer
mechanischen->orrichtung besteht, mit deren Hilfe er wahlweise in den Strahlengang
des Lasersenders einbringbar ist.
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Besonders günstig gestalten sich die Verhältnisse, wenn der Lasersender
für eine Strahlung in den Grenzen des Wellenlängenbereichs zwischen 0,75 um und
1,3 e ausgelegt ist und der optische Frequenzvervielfacher ein optischer Frequenzverdoppler
ist.
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An den Wirkungsgrad des Frequenzverdopplers brauchen keine besonderen
Anforderungen gestellt zu werden. Dies gilt insbesondere für den vorteilhaften Fall,
daß der Lasersender ein Neodym-Festkörperlaser und der optische Frequenzverdoppler
ein doppelbrechender Kristall mit senkrecht zur Strahlrichtung planparallelen Flächen
ist, beispielsweise ein Kristall aus Lithiumniobat (LinTbO ), Lithiumjodat (LiJ2)
oder Kaliumdihydrogenphosphat (KDP).
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In besonderen Fällen, bei denen die Laserquelle eine relativ schwache
Strahlung aufweist, ist es zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades des optischen
Frequenzvervielfachers zweckmäßig, ihn zwischen den beiden Sammellinsen einer telezentrischen
Optik nach dem Prinzip des Kepplerschen Fernrohrs anzuordnen
und
dabei den optischen Frequenzvervielfacher zusammen mit dieser Optik als Baueinheit
auszubilden.
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Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll
die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten
Fig. 1 die schematische Darstellung eines optischen Entfernungsmessers nach der
Erfindung, Fig. 2 eine erste Variante der Hilfslichtquelle des optischen Senders
nach Figv 1, Fig. 3 eine zweite Variante der Hilfslichtquelle des optischen Senders
nach Fig. 1.
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In Fig. 1 besteht der optische Sender aus dem Lasersender LS, der
Sendeoptik SO und der zwischen dem Lasersender und der Sendeoptwk angeordneten Hilfslichtquelle
He Die Empfangseinrichtung besteht aus dem eigentlichen Empfänger E und einer ihm
vorgeschalteten Empfangsoptik EO. Weiterhin weist der optische Entfernungsmesser
eine Zieloptik ZO auf. Die optischen Achsen des optischen Senders der Empfangseinrichtung
und der Zieloptik müssen mit hoher Genauigkeit zueinander parallel ausgerichtet
sein, wenn das mit Z angedeutete Ziel vom Entfernungsmesser einwandfrei erfaßt werden
können soll. Die Hilfslichtquelle H besteht aus der Mechanik M mit der Hubvorrichtung
m, auf der der Frequenzvervielfacher FV in Form eines quaderförmigen Kristalls angeordnet
ist, dessen vom Strahl des Lasersenders durchdrungenen Flächen zueinander planparallel
ausgeführt sind. Beispielsweise stellt der Lasersender LS einen Riesenimpuls-Neodym-Festkörperlaser
dar 9 dessen Strahlung bekanntlich eine Wellenlänge von 1,O6nn hate Der Frequenzvervielfacher
FV ist in diesem Falle beispielsweise ein Lithiumjodat-Kristall, der als Frequenzverdoppler
wirksam ist. Zu Justierzwecken befindet sich der Frequenzvervielfacher FV in der
in Fig. 1 angegebenen Stellungl in der er vom Sendestrahl des Lasersenders LS durchdrungen
wird. Dabei wird ein Teil der
unsichtbaren Strahlung in den sichtbaren
Bereich umgewandelt.
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Entsprechend der Frequenzverdopplung erscheint dabei auf der Ausgangsseite
des Frequenzverdopplers eine grüne Sendestrahlug, Der Wirkungsgrad beträgt etwa
10 % der Energie der Ausgangsstrahlung des Lasersenders LS. Dies ist völlig ausreichend
für die mit diesem grünen Licht durchzuführende Justierung der Achsen der Empfangseinrichtung
und der Zieloptik, zumal das Auge gerade in diesem Wellenlängenbereich des sichtbaren
Lichts seine größte Empfindlichkeit hat. Nach Beendigung des Justiervorgangs ist
es lediglich erforderlich, die Hubeinrichtung m in der mechanischen Vorrichtung
M nach unten abzusenken und damit den Frequenzvervielfacher FV aus dem Strahl des
Lasersenders LS herauszunehmen. Hinsichtlich der Justierung der Hilfslichtquelle
H in Bezug auf den Sendestrahls des Lasersenders ist es lediglich erforderlich,
dafür zu sorgen, daß der Sendestrahl möglichst senkrecht auf die zueinander planparallelen
Flächen des doppelbrechenden Kristalls auftrifft.
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Die in Fig. 2 gezeigte Variante der Hilfslichtquelle H' berücksichtigt,
daß es Fälle gibt, in denen eine sichtbare Strahlung durch Frequenzvervielfachung
nicht erreichbar ist.
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Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn als Lasersender LS ein
C02-Laser zur Anwendung kommen soll. Die Hilfslichtquelle Ht besteht in diesem Falle
aus einem Hilfssender HS und einer unter 450 im Strahlengang des Lasersenders angeordneten,
einen -Strahlteiler ST darstellenden Glasplatte. Die sichtbare Strahlung des Hilfssenders
HS wird am Strahlteiler ST in die Richtung der Strahlung des Lasersenders umgelenkt.
Solange die Hilfslichtquelle nicht benötigt wird, bleibt der Hilfssender HS ausgeschaltet.
Der Hilfssender HS kann seinerseits aus einem im sichtbaren Bereich enittierenden
Laser bestehen, er kann auch als Sekundärlaser in der Weise ausgeführt sein, daß
der eigentlichen Laserquelle, die im unsichtbaren Bereich oberhalb 0,75 P emittiert,
ein Frequenzvervielfacher entsprechend Fig. 1 nachgeschaltet ist.
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Die in Fig. 3 dargestellte weitere Variante der Hilfslichtquelle H"
unterscheidet sich von der Hilfslichtquelle H lediglich dadurch, daß der Frequenzvervielfacher
FV hier zwischen den beiden Sammellinsen S1 und S2 einer telezentrischen Optik nach
dem Prinzip des Kepplerschen Fernrohrs angeordnet ist und diese Optik zusammen mit
dem Frequenzvervielfacher FV in einer Baueinheit zusammengefaßt ist, was in Figs
3 durch die strichpunktierte Umrandung angedeutet ist. Auf diese Weise wird erreicht,
daß die Strahlung des Lasersenders LS nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 innerhalb des Frequenzvervielfachers
FV fokussiert wird, also innerhalb des doppelbrechenden Kristalls eine sehr hohe
Strahidichte erreicht, wodurch auch bei relativ schwacher Strahlung ein guter Wirkungsgrad
für die Frequenzumsetzung erreicht wird.
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5 Patentansprüche 3 Figuren