DE2536878C3

DE2536878C3 - Elektrooptisches Rückstrahl-Ortungsgerät, insbesondere Laserentfernungsmesser, mit Justierhilfe

Info

Publication number: DE2536878C3
Application number: DE19752536878
Authority: DE
Inventors: Viktor Ing.(Grad.) 8021 Taufkirchen Baumgartner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-08-19
Filing date: 1975-08-19
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2536878A1; DE2536878B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches ¹^ Rückstrahl-Ortungsgerät, insbesondere Laserentfernungsmesser, mit einem optischen Sender mit Sendeoptik, einem optoelektrischen Empfänger mit Empfangsoptik, einer Visiereinrichtung mit Visieroptik, die gegebenenfalls mit der Empfangsoptik kombiniert ist, und einer Justierhilfe zum Einstellen der Parallelität der Achsen von Sende- und Empfangsoptik.

Die Brauchbarkeit elektrooptischer Geräte, wie sie beispielsweise für Leitzwecke, Entfernungsmessung und Ortungszwecke zur Anwendung kommen, ist, unabhängig von ihrem jeweiligen Funktionsprinzip, in der Regel davon abhängig, ob für solche Geräte eine praktikable Justiermöglichkeit mit der hier geforderten hohen Genauigkeit vorhanden ist oder nicht. Beispielsweise ist der für Laserentfernungsmesser über größere Entfer- ^r'° nungen zulässige Achsenfehlerwinkel zwischen Sende-, Empfangs- und Visieroptik kleiner oder gleich 0,1 mrad.

Durch die DE-OS 23 43 596 ist eine Justiereinrichtung in Form eines Autokollimators bekannt, die durch ihren modularen Aufbau und ihre Gestaltung zu einer mechanisch stabilen kompakten Einheit eine vielseitige Anwendung zuläßt und auch dort zum Einsatz kommen kann, wo das elektrooptische Gerät fest, beispielsweise in ein Fahrzeug, eingebaut ist. Justiereinrichtungen dieser Art können unmittelbar allerdings nur bei solchen ^b0 elektrooptischen Geräten zur Anwendung kommen, bei denen die Strahlengänge von Sende-, Empfangs- und Visieroptik entweder koaxial verlaufen oder aber räumlich nur einen sehr geringen gegenseitigen Abstand aufweisen. Haben die optischen Achsen von Sende- und ^br> Empfangsoptik bzw. Visieroptik einen größeren gegenseitigen Abstand, dann bereitet es erhebliche Schwierigkeiten, die Parallelität der optischen Achsen mit der erforderlichen Genauigkeit zu vermessen und gegebenenfalls eine Neujusiierung innerhalb der tolerierten Grenzen des Achsenfehlerwinkels durchzuführen. Hinzu kommt, daß gerade bei räumlicher Trennung der optimalen Achsen die Justierung öfter überprüft werden muß, weil jedes noch so durchdachte Gerät empfindlich ■auf mechanische und thermische Umwelteinflüsse reagiert und diese Einflüsse umso wirksamer sind, je größer der gegenseitige räumliche Abstand der Sende- und der Empfangs- bzw. Visieroptik ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein elektrooptisches Gerät der eingangs genannten Art eine einfache Justierhilfe anzugeben, die es gestattet, auch bi i fest eingebautem Gerät schnell eine erforderliche Justierung bzw. eine Justierkontroile vorzunehmen, die den zu stellenden hohen Anforderungen an die Meßgenauigkeit genügt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Justierhilfe ein Tripeistreifen ist, der in an sich bekannter Weise vor der Sende- und der Empfangsoptik auf das Gerät aufsetzbar ist und in seiner Längserstreckung den größten gegenseitigen Abstand zwischen der Sendeoptik und der dieser benachbarten Empfangsoptik überbrückt.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß das der Erfindung zugrunde liegende Problem sich außerordentlich vorteilhaft mittels eines Tripelstreifens lösen läßt. Ein solcher Tripeistreifen ist in der Optik bekannt und beispielsweise in dem Buch von J. Flügge »Praxis der geometrischen Optik«, Vandenhoek & Ruprecht-Verlag, Göttingen, 1962, Seite 23, Fig. 14, angegeben. Er hat die Eigenschaft, daß ein in ihn an seinem einen Ende eintretender Strahl an seinem anderen Ende parallel zum eintretenden Strahl wieder austritt, und zwar unabhängig von seiner Dreh- und Kipplage. Ein solcher Tripeistreifen ermöglicht es also, den gegenseitigen Abstand zwischen zwei hinsichtlich ihrer Achsen zu vermessenden Optikt.i in idealer Weise zu überbrücken, weil im Hinblick auf die zu fordernde Parallelität der versetzten Strahlen an die geometrischen Lage des Tripelstreifens keine besonderen Justieranforderungen gestellt zu werden brauchen.

Aus der Zeitschrift »Vermessungstechnik«, 10. Jg. (1962), H. 1 Seiten 28—30, ist ein Theodolit mit elektrooptischem Entfernungsmesser bekannt, bei dem ein prismatischer Körper vorgesehen ist, der von den verschiedenen Optiken auf das Gerät aufsetzbar den gegenseitigen Abstand zwischen den verschiedenen Optiken überbrückt. Der prismatische Körper ist so ausgebildet, daß der austretende Strahl parallel zum ein'retenden Strahl abgelenkt wird, dient jedoch lediglich als Ablenkelement und nicht als Justierhilfe.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Gerätes nach der Erfindung ist der Tripeistreifen in seiner Längserstreckung verschiebbar. Da die Justierung der verschiedenen Optiken nur in einzelnen Vergleichsmeßschritten zwischen den Achsen von jeweils zwei Optiken vorgenommen werden kann, ist es völlig ausreichend, wenn der Tripeistreifen lediglich eine den größten gegenseitigen Abstand zweier einander benachbarter Optiken überbrückende Länge aufweist. Ist eine Vergleichsmessung für ein Achspaar durchgeführt, dann wird der Tripelstreifcn hinsichtlich eines weiteren zu vermessenden Achspaares auf dem Geräteträger vor den Optiken entsprechend verschoben, um die nächste Vergleichsmessung durchzuführen.

Bei elektrooptischen Einrichtungen wird im allgemeinen die optische Be/.ugsachse durch eine fust aufgebaute

Meßoptik realisiert. Eine solche Bezugsachse läßt sich in Weiterbildung der Erfindung auch für die Justierung der optischen Achsen des elektrooptischen Gerätes auf diese Bezugsachse in vorteilhafter Weise dadurch heranziehen, daß am Geräteträger ein Referenzspiegel fest angeordnet ist, über den in Verbindung mit dem Tripelstreifen eine optische Brücke zwischen der Empfangs- bzw Visieroptik und der die optische Bezugsachse des Systems festlegenden Meßoptik hergestellt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Referenzspiegel ein Tripelspiegel, der die gleichen Eigenschaften wie der Iripelstreifen aufweist und insofern die Genauigkeit des Meßergebnisses in Abhängigkeit von seiner Raumlage nicht beeinflußt.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.

In der Figur ist in schematischer Darstellung ein Laserentfernungsrncsscr angegeben, dessen mit einem nicht näher dargestellten Geräteträger verbundenes Gehäuse mit 1 bezeichnet ist Innerhalb des Gehäuses sind in zueinander paralleler Anordnung ein optischer Sender 2 mit Sendeoptik 3 und ein optoelektrischer Empfänger 4 mit einer Empfangsoptik 5 vorgesehen. Die Empfangsoptik 5 besteht aus einer Kollimatorlinse 6 und dem in ihrer optischen Achse angeordneten Strahlteiler 7. Der Strahlteiler 7 besteht seinerseits aus zwei einem Strahlteilerwürfel zusammengefügten 90°-Prismen 8 und 9, deren Grundflächen die gemeinsame Verbindungsfläche darstellen. Im Bereich dieser gemeinsamen Verbindungsfläche ist ein dichroitisches Filter 10 vorgesehen, dessen frequenzselektive Eigenschaften so bemessen sind, daß die auf die Grenzfläche zwischen den beiden 90°-Prismen 8 und 9 auffallende, am fernen Zielort reflektierte Strahlung des Lasersenders 2 bis auf einen geringen Teil gegen den optoelektrischen Empfänger 4 reflektiert wird, während die von der Laserstrahlung in ihrer Wellenlänge verschiedene Strahlung durch das dichroitische Filter 10 hindurch in ein in dieser Strahlrichtung hinter dem Strahlteiler 7 vorgesehenes Okular 11 einstrahlt. Das Gehäuse 1 weist für die Sende- und die Empfangsoptik eine ihrem jeweiligen Durchmesser angepaßte Fensteröffnung 12 und 13 auf. Hierdurch weiden die Optiken gegen schädigende Umwelteinflüsse geschützt. Wie die Figur ferner erkennen läßt, weist der Strahlteiler 7 sowohl auf Seiten des optoelektrischen Empfängers 4 als auch auf Seiten des Okulars 11 eine mit der Brennebene der Kollimatorlinse 6 zusammenfallende Fläche 14 und 15 auf, von Jenen an der Fläche 14 die den optischen Eingang für den optoelektrischen Empfänger darstellende Blende 16 und an der Fläche 15 das Fadenkreuz 17 für die Visiereinrichtung unmittelbar angebracht sind. Die durch die Blende 16 hindurchtretende, im Strahlteiler 7 reflektierte Strahlung trifft nach Durchtritt durch die weitere Optik 18 auf einen Fotoempfänger 19 auf, dem sich — nicht näher dargestellt — ein elektrischer Verstärker mit nachgeschalteter Auswerteinrichtung anschließt.

ίο Die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwirklichte Kombination von Visier- und Empfangsoptik hat nicht nur den Vorteil, daß hier die optischen Achsen der Empfangsoptik und der Visieroptik zusammenfallen, sondern daß auch die Justierung und

in die lustiertoleranzen für diese kombinierte Optik ausschließlich durch die Kollimatorlinse 6 und den Strahlteiler 7 bestimmt ist.

In Höhe der Fensteröffnungen 12 und 13 ist seitlich auf dem hier dargesellten Gerät r: rager 20 ein

2ü Referenzspicgcl in Gestalt eines Tripelspiegel 2! vorzugsweise fest angeordnet, dessen Grundfläche von der die Meßbezugsachse des optoelektrischen Geräts darstellenden optischen Achse des Kollimatorfernrohres 22 senkrecht durchdrungen wird. Weiterhin ist vor den Fensteröffnungen 12 und 13 auf dem hier wiederum nicht näher dargestellten Geräteträger ein Tripelstreifen 23 aufgesetzt, der in seiner Längserstreckung den Abstand zwischen der Sendeoptik 3 und der Empfangsoptik 5 überbrückt und in dieser seiner Längsrichtung auch verschiebbar ist. In seiner in unterbrochener Linie gezeichneten Stellung überbrückt der Tripelstreifen 23 den Abstand zwischen der Empfangsoptik 5 und dem Tripelspiegel 21 und ermöglicht auf diese Weise eine Transformation der optischen Achse der Empfangsop-

Ji tik 5 in die optische Achse des Kollimatorfernrohres 22. In dieser gestrichelten Stellung des Tripelstreifens 23 kann zunächst auf dem Wege über die Beobachtung mittels des Okulars U die optische Achse der Empfangsoptik hinsichtlich der Meßbezugsachse des optoclektrischen Geräts justiert werden. Anschließend wird der Tripelstreifen 23 in die linke Stellung gebracht, in der dann eine Justierung der Achse der Serdeoptik 3 auf die Achse der Empfangsoptik durchgeführt werden kann. Liegt die Strahlung des Lasersenders 2 in einem für das Auge unsichtbaren Bereich, so muß anstelle des Okulars 11 ein Bildwandler treten. Weist der Fotoempfänger 19 des optoelektrischen Empfängers einen Videoausgang auf, dann besteht auch die Möglichkeit, die Justierung in Abhängigkeit vom optimalen Empfang des Fotoempfängers durchzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

!. Elektrooptisches Rückstrahl-Ortungsgeräl, insbesondere Laserentfernungsmesser, mit einem optischen Sender mit Sendeoptik, einem optoelektri- ϊ sehen Empfänger mit Empfangsoptik, einer Visiereinrichtung mit Visieroptik, die ggf. mit der Empfangsoptik kombiniert ist, und einer Justierhilfe zum Einstellen der Parallelität der Achsen von Sende- und Empfangsoptik, dadurchgekennzeich- '<· net. daß die Justierhilfe ein Tripeistreifen (23) ist, der in an sich bekannter Weise vor der Sendeoptik (3) und der Empfangsoptik (5) auf das Gerät aufsetzbar ist und in seiner Längserstreckung den größten gegenseitigen Abstand zwischen der Sendeoptik (3) und der dieser benachbarten Empfangsoptik (5) überbrückt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tripeistreifen (23) in seiner Längserstreckung verschiebbar ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Geräteträger (20) ein Referenzspiegel (21) fest angeordnet ist, über den in Verbindung mit dem Tripeistreifen (23) eine optische Brücke zwischen der Empfangs- bzw. Visieroptik (5) und einer die optische Bezugsachse des Systems festlegenden Meßoptik (22), beispielsweise ein Kollimatorfernrohr, herstellbar ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspiegel (21) ein Tripelspiegel «1 ist.