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Optische Anordnung für elektrooptische Entfernungsmesser
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Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für elektrooptische
Entfernungsmesser, mit einem Objektiv, in dessen Bildebene entlang der optischen
Achse ein Reflexionssystem zur geometrischen und ein Reflezionssystem zur physikalischen
Strshlenteilung sowie ein visuelles Fernrohr angeordnet sind9 einem in der Objektebene
des Objektivs befindlichen Reflektor9 einem Sender zum Aussenden der Xeßstrahlung,
über die Reflexionssysteme sowie den Reflektor und durch das Objektiv zu einem Meßreflektor,
der die Meßstrahlung durch das Objektiv9 über den Reflektor und die Reflexionssysteme
zu einem Empfänger reflektiert.
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Diese Anordnung ist insbesondere für alle elektrooptischen Entfernungsmeßgeräte,
die in einfachen Streckenmeßgeräten oder elektrooptischen Tachymetern eingesetzt
werden und für alle Strahlenteilungen, die geometrisch und physikalisch erfolgen
anwendbar.
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Bei den elektrooptischen Entfernungsmessern, die ein und dasselbe
Fernrohr zur visuellen Zielung, zum Formen, Aussenden und Empfangen der Meßstrahlung
verwenden, liegen bekanntlich der Beobachtungsstrahlengang für die Anzielung des
Reflektors und der MeBstrahlengang für die Entfernungsmessung biaxial oder koaxial
zueinander. Der MeBstrahlengang besteht wiederum aus zwei biaxial oder koaxial zueinander
angeordneten Fernrohrsystemen. Aus dem Sendestrahlengang, der das Meßlicht in den
Meßraum abstrahlt und aus dem Empfängerstrahlengang, der das vom Reflektor zurückgestrahlte
Licht empfängt und dem Fotoempfänger gebündelt zuleitet. Das verwendete XeBlicht
ist Infrarotlicht. Das Problem besteht nun darin, die drei Bernrohretrablengänge
so günstig zueinander und ineinander anzuordnen, daß für alle drei Systeme minimale
lntensitätsverluste und ein minimaler Aufwand an optisch-mechanischen Teilen entsteht.
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Aus den Firmendruckschriften "AGA-Schweden" sind elektrooptische Entfernungsmesser
bekannt, die drei Fernrohrebesitzen.
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Rin Fernruhr dient als Sender, ein Fernrohr als Empfänger und ein
Fernrohr zur visuellen Zielung. Bei dieser Anordnung ist der mechanisch-optische
Aufwand an Teilen sehr groß und die Energieausbeute sehr hoch.
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Es gibt auch elektrooptische Entfernungsmesser, die nur ein Fernrohr
fur alle drei Strahlensysteme verwenden und die Strahlenteilung physikalisch und
geometrisch vornehmen. Es sind dabei eine Reihe von optischen Bauteilen zur physikalischen
und geometrischen Strahlenteilung bekannt. Jedes Bauteil nimmt dabei nur eine einfache
Trennung vor.
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Das System Delta 2" der Firma "Opton" BRD verwendet Teilungswürfel
mit einer teil- oder selektivverspiegelten Reflexionsfläche. Hier werden die infraroten
Strahlensysteme physikalisch von dem visuellen Strahlengang getrennt. Anschließend
erfolgt eine geometrische Strahlenteilung zwischen Sender-und Empfängersystem. Das
erfordert einen großen optischen Aufwand, da einfache Selektivspiegel im visuellen
sichtbaren Fernrohr nur senkrecht angewendet werden dürfen, weil sonst andere optische
Bildfehler für das visuelle Bild entstehen.
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Es ist deshalb nötig, in der optischen Achse zusätzlich optische Bauteile
zur geometrischen Strahlenteilung zu verwenden.
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Im DD-WP GOiC 231365/3 wird eine koaxiale Anordnung des visuellen
Beobachtungsstrahlenganges zu dem Meßstrahlengang beschrieben, indem die Einführung
der Meßstrahlung vom Sender und ihre Einführung zum Empfänger huber Reflexions-
und Zwischenabbildungssysteme erfolgt.
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En der CH-PS 606991 "Elektrooptischer EntSernungsmesser" der Firma
Wild Heerbrugg AG wird eine koaxiale Sende-Empfangsoptik zum Senden und Empfangen
eines modulierten Lichtstrahlenbündels für die Entfernungsbestimmung und ein Zielfernrohr
zum Anzielen des meßpunktes beschrieben.
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Den bekannten Anordnungen und Verfahren haften eine Reihe von Nachteilen
an.
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Ein mit einem Teilungswürfel versehenes KoaxFalsystem, wie das System
delta 2" der Firma Option BRD, besitzt einmal den Nachteil, daß durch die Senkrechtstellung
der Selektivspiegel im visuellen sichtbaren Bereich zusätzlich in der optischen
Achse optische Bauteile zur geometrischen 3trahlenteilung verwendet werden und anderseits
die Mitte der Eintrittspupille des visuellen Fernrohres zentral abgeschattet werden
muß, was aber auch nur bis zu einer gewissen ilXindestgröBe geschehen darf, da wiederum
Bildfehler anderer Art auftreten. Um diese Fehler möglichst klein zu halten, erfolgt
die geometrische Strahlenteilung in der Nähe der Bildebene von Sender- und Empfänger
system. Das wiederum hat den Nachteil, daß Unsauberkeiten auf diesen Reflexionsflächen
und Mängel im Spiegel belag zu starken Intensitätaverlusten führen.
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Der in der CH-PS 606991 beschriebene elektrooptische Entfernungsmesser
mit einer koaxialen Sende-Empfangsoptik erfordert sehr umfangreiche komplizierte
Bauteile.
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Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile beseitigt, der
Aufwand an optischen Bauteilen gesenkt und ein hoher U?ransmissionsgrad in den Sende-zXpfängersystemen
sowie im visuellen Zielfernrohr erreicht werden. Zusätzlich soll die Meßreichweite
erhöht und durch den Wegfall der Abschattung in der Mitte des Kernrohres eine größere
Helligkeit und höhere Bildgüte für das visuelle Zielfernrohr erhalten werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das optische System eines
elektrooptischen Entfernungsmessers, der nur ein Fernrohr für alle drei Strahlensysteme
verwendet, so zu gestalten, daß bei freier optischer Achse eine Strahlenteilung
der infraroten Sende- und Empfängerstrahlengänge biaxial zueinander und gleichzeitig
koaxial zum visuellen Fernrohrstrahlengaug erfolgt, bei gleichzeitiger Verringerung
der Anzahl von
optischen Bauteilen und Erhöhung des Transmissionsgrades,der
Meßreichweite und der Bildgüte. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß sich hinter dem Objektiv in der freien optischen Achse nur ein Reflexionssystem
befindet, das eine planparallele platte aus optischen Glas darstellt, und aus mindestens
zwei Einzelteilen besteht, daß zwei Flächen jedes Einzelteiles zueinander keilig
angeordnet sind zur geometrischen Strahlenteilung und daß nur eine Fläche der einander
innerhalb der planparallelen Platte gegenüberliegenden Keilflächen der Einzelteile
mit einer reflektierenden Schicht zur physikalischen Strahlenteilung belegt ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn die planparallele Platte aus zwei Einzelteilen
mit zwei nebeneinanderliegenden Flächen, die sich in der Mitte der Planplatte in
einer Geraden schneiden, besteht. Dabei kann der eine Teil negative und der andere
Teil positive Winkel miteinander bilden, in dem die Schnittgerade in der optischen
Achse des Objektivs liegt. Es ist auch möglich, daß ein Teil der planparallelen
Platte in der Schnittgeraden der unter einem Winkel nebeneinanderstehenden Flächen
getrennt sein kann. Die planparallele Platte kann auch aus zwei Gruppen von je zwei
Teilen, die zentrisch zueinander liegenbestehen, wobei die Einzelteile keilig ausgebildet
sind.
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Die mit einer reflektierenden Schicht belegten Keilflächen innerhalb
des Reflexionssystems können selektiv am günstigsten für einen Wellenlängenbereich
von 850 - 960 nm ausgelegt werden. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn nur eine Fläche
der einander innerhalb der planparallelen Platte gegenüberliegenden Keilflächen
der Einzelteile mit einer reflektierenden Schicht zur physikalischen Strahlenteilung
belegt ist.
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Durch die Erfindung ist es möglich, die freie optische Achse durch
Wegfall des Teilerprismas in der optischen Achse für das gesamte Fernrohrsystem
zu nutzen. Durch den Wegfall des Teil erprismas reduzieren sich außerdem die hohen
Kosten der Fertigung, denn die Kombination des Selektivspiegels mit dem Teilerprisma
führt zu großen Flächen und damit zu einer genaueren Bearbeitung und zu einer Verminderung
des Eindringens von Staub und Fehlern in der Reflexionsschicht und auf den Transmissionsgrad.
Die Reduzierung von optischen Teilen führt relterhin zu einer einfacheren Gestaltung
der Kurzschlußstr@cke D d.h. der Maßstabseichung für die Feststellung konstanter
Frequenzen. Neben dem erreichten höheren Transmissionsgrad des Gesamtsystems erfolgt
eine einfachere Justierung und eine Senkung des Montageaufwandes. Daraus ergibt
sich eine resentX lich billigere Fertigung und eine zusätzlich höhere Reichweite
mit geringerer Gerätemasse.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeich nungen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das optische System eines elektrooptischen Entfernungsmessers
in biaxialer Ausführung Fige 2 zeigt den erfindungsgemäßen dreifachen Strahlenteiler
im Querschnitt Fig. 3 das optische System eines elektrooptischen EntSernungsmessers
in koaxialer Ausführung In Fig. 1 befindet sich zwischen Objektiv 1 und einer Schieber
linse 3 ein Strahlenteiler 2 in der optischen Achse Ol - Oi eines visuellen Fernrohres
4, das die Baugruppen Schiebelinse 3, Umlenkprisma 5 und Okular 6 enthält. Die Normale
des Strahlenteilers 2 liegt parallel zur optischen Achse O1-O1.
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In der Mitte des Strahlenteilers 2 befindet sich ein Sheet 7, das
bewirkt, daß die Strahlen eines Senders 8 nicht unmittelbar in einen Empfänger 9
reflektiert werden. Koaxial zu dem visuellen Fernrohr 4 sind das Sender- und das
Empfängersystem 8 und 9 mit den optischen Achsen O1O2 für das Sendersystem 8 und
°1-°3 für das Empfängersystem 9 angeordnet. Von der Senderdiode des Senders 8 wird
ein Strahl über ein Prisma 10 und den Strahlenteiler 2 durch das Objektiv in den
Objektivraum 1 nach unendlich abgebildet, indem sich der nicht dargestellte Reflektor
befindet. Dieser reflektiert das ausgesandte infrarote Meßlicht vom Sender 8 zurück.
Das Objektiv 1 bildet dieses Licht über den Strahlenteiler 2 und das Prisma 11 in
den Empfänger 9 ab. Ein Teil des Sendelichtes wird über die Kurzschlußstrecke °2-°3
mit den Prismen 12 und 13 und die Objektive 14 und 15 direkt in den Empfänger 9
abgebildet. Eine Blende 16 wird dabei durch ein Schaltwerk 17 so gesteuert,daß entweder
das Fernlicht oder das Licht der Kurzschlußstrecke °2-°3 den Empfänger 9 erreicht.
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Xig. 2 enthält die erfindungswesentlichen Teile des dreifachen Strahlenteilers
2. Dieser Strahlenteiler 2 besteht aus einem Biprisma 20, mit den mit einem selektiven
Belag verspiegelten Reflexionsflächen 18 und 19 und den beiden Keilen 21 und 22
mit dem Mittenspalt 23 zur Aufnahme des Sheets 7. Die Keile 21 und 22 und das Biprisma
20 entsprechen zusammen einer exakt geschliffenen planparallelen Platte.
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In Fig. 3 wird die geometrische Strahlenteilung nicht biaxial, sondern
koaxial für den Strahlengang vom Sender 8 zum Empfänger 9 dargestellt. Beide Strahlengänge
liegen koaxial zur optischen Achse O1O1 des visuellen Fernrohres 4. Die Umlenkprismen
24 und 25 besitzen hier in der Reflexionafläche kleine Öffnungen 2> zur Abzweigung
des Lichtes für die Kurzschlußstrecke °2-°3
Der Strahlenteiler
2 besteht jeweils aus Äl paarweise @neinander gesetzter Keile, die sich wiederum
zu einer planparallelen Platte ergänzen, wobei die Reflexionsfläche der inneren
Keile zu den äußeren Keilen entgegengerichtet ist.