DE2714412A1 - Elektrooptisches rueckstrahl-ortungsgeraet, insbesondere laserentfernungsmesser - Google Patents

Elektrooptisches rueckstrahl-ortungsgeraet, insbesondere laserentfernungsmesser

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DE2714412A1 DE19772714412 DE2714412A DE2714412A1 DE 2714412 A1 DE2714412 A1 DE 2714412A1 DE 19772714412 DE19772714412 DE 19772714412 DE 2714412 A DE2714412 A DE 2714412A DE 2714412 A1 DE2714412 A1 DE 2714412A1
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Description

271U12
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT . Unser Zeichen
Berlin und München . q., VPA 77 P 6 5 7 7 BRD
Elektrooptisches Rückstrahl-Ortungsgerät, insbesondere Laserentfernungsmesser
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches Rückstrahl-Ortungsgerät mit einem optischen Sender mit Sendeoptik, einem optoelektrischen Empfänger mit Empfangsoptik, und einer binokularen Visiereinrichtung mit Visieroptik, insbesondere Laserentj fernungsmesser.
Die Brauchbarkeit elektrooptischer Systeme und Geräte, wie sie beispielsweise für Leitzwecke, Entfernungsmessung und Ortungszwecke zur Anwendung kommen, ist, unabhängig von ihrem jeweili- gen Funktionsprinzip, in der Regel davon abhängig, ob für solche Systeme und Geräte eine praktikable Justiermöglichkeit mit der hier geforderten hohen Genauigkeit vorhanden ist oder nicht. Beispielsweise ist der für Laserentfernungsmesser über größere Entfernungen zulässige Achsenfehlerwinkel zwischen Sende-, Empfangs- und Visieroptik kleiner oder gleich - 0,1 mrad.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrooptischen Gerät der eingangs genannten Art eine Justiermöglichkeit der optischen Achsen anzugeben, die eine hohe Genauigkeit >0 sowie eine große Richtungsstabilität der optischen Achsen auch im Hinblick auf mechanische und thermische Umwelteinflüsse gewährleistet.
HB 16 KIb / 29.3.77 '
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271U12
-^- 77P6577 BRD
Diese Aufgabe wird bei einem elektrooptischen Gerät der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der senkrecht zur optischen Achse des Empfängers gerichtete Sendestrahl parallel zu dieser Achse abgelenkt und sowohl der Empfänger als auch der Sender mittels eines in der optischen Achse des Visierstrahles des einen Zweiges der binokularen Visiereinrichtung angeordneten ersten Strahlteilerelementes in diesen Zweig eingekoppelt ist und zwar derart, daß die optische Achse dieses Zweiges und die durch das Strahlteilerelement abgelenkte optische Achse des Empfangsstrahls koaxial und die durch das Strahlteilerelement abgelenkte optische Achse des Sendestrahls hierzu nahezu koaxial sind, und daß eine an einem dem Empfänger zugeordneten zweiten Strahlteilerelement vorgesehene Zielmarke in die optische Achse des Empfängers und in den einen Zweig der Visiereinrichtung eingekoppelt und das erste Strahlteilerelement hierzu an der dem Empfänger abgekehrten Seite mit einer in der optischen Achse des Empfängers ausgerichteten Tripeloptik versehen ist.
Bei einem Gerät nach der Erfindung sind der optische Sender und der optoelektrische Empfänger weitgehend koaxial in den Strahlengang eines Zweiges der binokularen Visiereinrichtung eingekoppelt. Lediglich der ebenfalls über das erste Strahlteilerelement geführte Sendestrahl verläuft nicht völlig koaxial, sondern außermittig, um die Optik der Visiereinrichtung möglichst wenig zu beeinträchtigen. Da hierbei alle optischen Achsen räumlich vereint angeordnet sind und der eine Zweig der binokularen Visiereinrichtung vorteilhaft mit der Empfängerachse so verknüpft ist, daß diese mit der Visierachse identisch sein muß, ist eine Justierung der optischen Achsen bei hoher Genauigkeit und Richtungsstabilität sicher gewährleistet. Außerdem ist bei einem Gerät nach der Erfindung die Zielmarke, z.B. ein Fadenkreuz, nur in diesem einen Zweig der binokularen Anordnung angeordnet, wobei Zielmarke und Empfängergesichtsfeldblende räumlich nahe einander angeordnet werden können und die Zielmarke über die für Planoptik gut geeignete Tripeloptik eingespiegelt wird. Durch die Erfindung läßt sich eine Integration eines zusätzlichen Bausteins in ein bestehendes optisches Gerät oder Feuer-
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leitsystem besonders vorteilhaft verwirklichen. Auf diese Weise kann z.B. ein im nahen IR-Bereich arbeitender Laserentfernungsmesser mit seinen zwei parallel ausgerichteten Strahlachsen mit einem im sichtbaren Spektralbereich arbeitenden Fernrohr bei genauer Justierung der optischen Achsen kombiniert werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsfonn sind die Strahlteilerelemente als Strahlteilerwürfel ausgebildet. Derartige Elemente werden auch als Strahlkombinationswürfel bezeichnet. Die Strahlteilerwürfel haben die Eigenschaft, daß die optischen Achsen von Visiereinrichtung und Empfänger unabhängig von der räumlichen Lage der Würfel immer identisch sind. d.h. diese optischen Achsen sind z.B. auch dann identisch, wenn sich die strahlenteilende Spiegelebena des ersten Strahlteilerelementes in ihrer Lage verändern sollte, z.B. durch eine Veränderung desjenigen Winkels, welchen diese Spiegelebene mit der optischen Achse des Empfängers oder der Visiereinrichtung einschließt.
Zur Einkopplung des Sendestrahls in die Visiereinrichtung besteht das erste Strahlteilerelement zweckmäßigerweise aus zwei 90°- Prismen, von denen das dem Empfänger abgewandtePrisma langer ist als das dem Empfänger zugekehrte Prisma. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das längere Prisma mindestens um den Durchmesser der Austrittspupille der Sendeoptik länger ist und maximal die doppelte Länge des kürzeren Prismas aufweist.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Strahlteilerelemente eine jeweils inverse Transmissionscharakteristik aufweisen, derart, daß das erste Strahlteilerelement von außen einfallendes Licht im infraroten Bereich reflektiert und im sichtbaren Bereich transmittiert und das zweite Strahlteilerelement Licht im infraroten Bereich transmittiert und im sichtbaren Bereich reflektiert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß der Sendestrahl mit einem optoelektronischen Bildwandler betrachtet wird,
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derart, daß der Sendestrahl im Fernfeld und die Zielmarke gleichzeitig im zweiten Okular der Visiereinrichtung eingespiegelt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind den Merkmalen der Un-teransprüche zu entnehmen.
Bine AusfUhrungsform eines Gerätes nach der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
In der Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein elektrooptisehes Gerät angegeben, welches einen optischen Sender mit Sendeoptik, einen optoelektrisehen Empfänger mit Empfangsoptik und eine binokulare Visiereinrichtung mit Visieroptik aufweist. Bei einem derartigen Gerät bildet z.B. ein binokulares Fernrohr die Visiereinrichtung, in die ein Laserentfernungsmesser integriert ist. Das Fernrohr weist zwei Okulare 1 und 2 sowie zwei Objektive 3 und 4 auf, wobei der Visierstrahlengang in beiden Fernrohrzweigen in ununterbrochenen Linien eingezeichnet ist. Außerdem besitzt das Gerät einen optischen Sender 5 mit Sendeoptik 6 sowie einen Empfänger 7 mit Empfangsoptik 22 und Mittel zur Strahlaufteilung bzw. -ablenkung, die von einem ersten Strahlteilerelement 9t einem zweiten Strahlteilerelement 11, einem Ablenkprisma 12 sowie einem weiteren dritten Strahlteilerelement 13 gebildet sind. Das erste Strahlteilerelement ist dem Empfängerobjektiv 8 und dem Fernrohrobjektiv 3 vorgeschaltet und besteht aus zwei 90°-Prismen, die zu einem Strahlteilerwürfel zusammengefügt sind, welcher in der optischen Achse des Visierstrahles angeordnet und auf die optische Achse des Empfängers ausgerichtet ist. Hierbei besteht das erste Strahlteilerelement 9 aus zwei 90°-Prismen 9a und 9b, von denen das dem Empfänger 7 abgewandete Prisma 9a mindestens um den Durchmesser der Austrittspupille 6a der Sendeoptik 6 langer ist als das dem Empfänger zugewandte Prisma 9 b und maximal die doppelte Länge des kürzeren Prismas aufweist. Der Strahlteilerwürfel 9 ist an der dem Empfänger 7 abgewandten Seite 14 des längeren Prismas 9a mit einem in der optischen Achse des Empfängers ausgerichteten Tripelprisma 10
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versehen und weist eine solche Transmissionscharakteristik auf, daß von außen einfallendes Licht im infraroten Bereich reflektiert und als Empfangsstrahl zum Laserempfänger hingelenkt wird, während er für von außen einfallendes Licht im sichtbaren Bereich durchlässig ist, so daß diese Strahlung zum Fernrohrokular 1 gelangt. Das dem Empfänger 7 zugeordnete, in dessen optischer Achse angeordnete zweite Strahlteilerelement 11 bildet mit dem Empfängerobjektiv 8 eine für sich einsetzbare und auswechselbare Baueinheit und besteht wie das erste Strahlteilerelement 9 ebenfalls aus zwei zusammengefügten, gleichlangen 90°-Prismen, weist jedoch - wie aus Fig. 2 hervorgeht - eine zum ersten Strahlteilerelement 9 inverse Transmissionscharakteristik auf, d.h. es ist für Licht im infraroten Bereich durchlässig und reflektiert Licht im sichtbaren Bereich. Zur Erzielung inverser Transmissionscharakteristiken der beiden Strahlteilerelemente 9 und 11 kann jeweils im Bereich der gemeinsamen Verbindungsfläche der beiden den jeweiligen Strahlteilerwürfel bildenden Prismen bzw. an der Spiegelfläche des längeren Prismas 9a ein dichroitisches Filter vorgesehen sein, dessen frequenzselektive Eigenschaften entsprechend bemessen sind. Der zweite Strahlteilerwürfel 11 ist an der dem Empfänger 7 zugewandten Seite 15 mit einer Gesichtsfeldblende 16 und an der hierzu benachbarten Seite 17 mit einer Zielmarke 18, z.B. einem Fadenkreuz versehen, für welche eine Zielmarkenbeleuchtung 19 vorgesehen ist. Der Zielmarkenprojektor ist realisiert durch Abbildung der Zielmarke über die Zielmarkenbeleuchtung 19» den zweiten Strahlteilerwürfel 11, der die Zielmarke in die optische Achse des Empfängers reflektiert, das Empfängerobjektiv 8 und den ersten Strahlteilerwürfel 9» von dessen Tripelprisma 10 die Zielmarke zurückgestrahlt und nach Reflexion an dem ersten Strahlteilerwürfel und Durchtritt durch das Fernrohrobjektiv 3 über ein weiteres drittes Strahlteilerelement 13 in das Okular 1 der Visiereinrichtung einstrahlt. Auch der Visierstrahl gelangt über das dritte Strahlteilerelement in das Okular. Das dritte Strahlteilerelement 13 kann auch mit einem weiteren Prisma 20 ausgebildet sein, so daß der Lasersendestrahl mit einem optoelektronischen Bildwandler 21 betrachtet werden kann, derart, daß der Sendestrahl im Fernfeld und die Zielmarke gleichzeitig in das zweite
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*"- 77P6577BRD 2 eingespiegelt werden. Hierbei ist die strahl teilende
Ebene des Prisaas 20 so ausgebildet» daß sie für den infraroten Bereich des Sendestrahls und einen Teil des Zielmarkenprojek-
«prfil B«t«sf g 1st.
Zur Integration des Laserentfermmgaaessers in das binokulare Fernrohr 1st sowohl der Empfänger als auch der Sender mittels des In de« einen Zweig des Fernrohrs angeordneten ersten Strahlteilereleaentes weltgehend koaxial in diesen Zweig eingekoppelt· Der zunächst senkrecht zur optischen Achse des Empfängers gerichtete, In strichpunktierten Linien eingezeichnete Sendestrahl 1st durch das außermittig zur optischen Achse des Empfängers 7 zwischen den Empfängerobjektiv 8 und dem zweiten Strahlteilerelt 11 angeordnete 90°-Ablenkprisma 12 parallel zu der opti- sehen Achse des Empfängers abgelenkt und durch das erste Strahltellerelement 9» d.h. durch den Ober das kürzere Prisma 9b vora Bereich des längeren Prismas 9a parallel, jedoch aus-
sermittlg zur Achse des Visierstrahles reflektiert. Dagegen ist der dem Empfänger zuzuleitende gestrichelt eingezeichnete Emp fangsstrahl 1γ*μ>τΗ«τ in den einen Fernrohrzweig eingekoppelt, so da6 die Empfangerachse identisch mit der Visierachse ist. Auf diese Welse 1st eine stabile Justierung der drei optischen Achsen, Sendestrahl-Empfaiigsstrahl-Visierstrahl, sicher gewährleistet und zwar in Bezug auf die Integration des Laserent- femungsmessers In das Fernrohr, aber auch im H-tnHf trir auf mechanische und thermische Umwelteinflüsse. Dabei sind Infolge der vorteilhaften Eigenschaften der Strahlteilerwürfel 9 und 11 die optischen Acfrgffii der VI si <μγ**^ τ*1*! ctttMT^g tmet des Enpf ängers unabhängig von der räumlichen Lage des Strahlteilerwürfels 9 immer identisch» d.h. unabhängig von dem Yinkel, welchen die strahlteilende Ebene des Würfels 9 mit der optischen Achse des Empfängers bzw. der Vislereinrichtung einschließt.
10 Patentansprüche 2 Figuren
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Leerse
• le

Claims (10)

  1. -/- 77 P 6 5 7/ BRD
    27H412
    Patentansprüche
    .yElektrooptisches RückstrahL-Ortungsgerät mit einem optischen Sender mit Sendeoptik, einem optoelektrisehen Empfänger mit Empfangsoptik, und einer binokularen Visiereinrichtung mit Visieroptik, insbesondere Laserentfernungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur optischen Achse des Empfängers (7) gerichtete Sendestrahl parallel zu dieser Achse abgelenkt und sowohl der Empfänger (7) als auch der Sender (5) mittels eines in der optischen Achse des Visierstrahles des einen Zweiges der binokularen Visiereinrichtung angeordneten ersten Strahlteilerelementes (9) in diesen Zweig eingekoppelt ist und zwar derart, daß die optische Achse dieses Zweiges und die durch das Strahlteilerelement (9) abgelenkte optische Achse des Empfangsstrahls koaxial und die durch das Strahlteilerelement (9) abgelenkte optische Achse des Sendestrahls hierzu nahezu koaxial sind, und daß eine an einem dem Empfänger (7) zugeordneten zweiten Strahlteilerelement (11) vorgesehene Zielmarke (18) in die optische Achse des Empfängers (7) und in den einen Zweig der Visiereinrichtung eingekoppelt und das erste Strahlteilerelement (9) hierzu an der dem Empfänger (7) abgekehrten Seite mit einer in der optischen Achse des Empfängers ausgerichteten Tripeloptik (10) versehen ist.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteilerelemente (9, 11) als Teilerwürfel ausgebildet sind.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das erste Strahlteilerelement (9) aus zwei 90°-Prismen (9a, 9b) besteht, von denen das dem Empfänger (7) abgewandte Prisma (9a) länger ist als das dem Empfänger zugekehrte Prisma(9b).
    8Ü9840/OA1 3
    ORietNAt INSPECTED
    77 P 6 57 7 BRD
    27U412
  4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das längere Prisma (9a) mindestens um den Durchmesser der Austrittspupille (6a) der Sendeoptik langer ist und maximal die doppelte Länge des kürzeren Prismas (9b) aufweist.
  5. 5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Strahlteilerelement (11) in der optischen Achse des Empfängers (7) angeordnet und an der dem Empfänger zugewandten Seite (15) mit einer Gesichtsfeldblende (16) versehen und die Zielmarke (18) an einer hierzu benachbarten Seite (17) des Strahlteilerelements (11) vorgesehen ist.
  6. 6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Strahlteilerelement (9) dem Empfängerobjektiv (8) und dem Objektiv (3) der Visiereinrichtung vorgeschaltet ist.
  7. 7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteilerelemente (9, 11) eine jeweils inverse Transmissionscharakteristik aufweisen, derart, daß das erste Strahlteilerelement (9) von außen einfallendes Licht im infraroten Bereich reflektiert und im sichtbaren Bereich transmittiert und das zweite Strahlteilerelement (11) Licht im infraroten Bereich transmittiert und im sichtbaren Bereich reflektiert.
  8. 8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zur Ablenkung des Sendestrahls parallel zu der optischen Achse des Empfängers (7) ein Ablenkprisma (12) vorgesehen ist, das zwischen dem Empfängerobjektiv (8) und dem zweiten Strahlteilerlement (9) außermittig zur optischen Achse des Empfängers (7) angeordnet ist.
    65?7BRD 1U1
    A- 77P„65?7B
    3. 271U12
  9. 9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Visierstrahl und der Zielmarkenprojektionsstrahl mittels eines weiteren dritten StrahlteilereJementes (13) in das Okular (1) des einen Zweiges der Visiereinrichtung eingespiegelt sind.
  10. 10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendestrahl im Fernfeld und die Zielmarke (18) gleichzeitig über das dritte Strahlteilerelement (13) und einen optoelektronischen Bildwandler (21) in das Okular (2) des anderen Zweiges der Visiereinrichtung eingespiegelt sind.
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