DE4101609A1 - Verfahren und anordnung zum ueberpruefen von zumindest der lage der empfaengerachse eines laser-entferungsmessers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf Anordnungen gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 13, 14 und 17.

Zum Überprüfen der Achsenlagen eines Laser-Entfernungsmessers ist es bekannt, den Laser- Entfernungsmesser auf eine entfernte Zieltafel zu richten und unter schrittweiser Winkelschiebung in horizontaler und vertikaler Richtung Laserimpulse solange auszusenden, bis von der Zieltafel eine Entfernungsanzeige ausgelöst wird. Die jeweiligen Winkelstellungen ergeben nach einer Umrechnung die Ablage und Größe des Empfangsfeldes in Relation zur Sichtlinie. Dieses bekannte Verfahren erfordert jedoch ein häufiges Aussenden von Laserimpulsen auf einer langen Meßstrecke, die den Laser- Sicherheitsbestimmungen entsprechen muß. Ferner lassen sich mit dem bekannten Verfahren nur die Sender- und Empfängerachsen gemeinsam vermessen, so daß sich im Falle einer Dejustierung nicht feststellen läßt, welche der beiden Achsen fehljustiert ist.

Zur Vermeidung einer langen Meßstrecke ist es bereits bekannt, in der Sende- und Empfangsachse jeweils einen Kollimator anzubringen, deren Brennebenen über eine gewendelte Lichtleitfaser gekoppelt sind. Die Länge dieser Lichtleitfaser entspricht der doppelten Meßstrecke. Um eine Änderung des Austrittswinkels des Sendeimpulses vor dem Empfangskollimator zu erzielen, wird die Lage der Lichtleitfaser in dessen Brennebene mittels Mikrometerverstellung verändert. Zur Ermittlung der Lage und Größe des Empfangsfeldes wird dann wie bei dem erstgenannten bekannten Verfahren vorgegangen, so daß sich wiederum die Achsen nicht getrennt überprüfen lassen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einem Laser-Entfernungsmesser zumindest die Empfängerachse unabhängig von der Senderachse überprüfen zu können. Ferner wird eine einfache, zeitsparende Messung angestrebt. Schließlich sollen auch die Genauigkeit der Entfernungsanzeige sowie die Empfängerempfindlichkeit überprüft werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie für eine Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche 13, 14 und 17 gelöst.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 12.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Anordnung zur voneinander unabhängigen Justierung der Empfänger- und Senderachsen eines Laser-Entfernungsmessers;

Fig. 2 eine schematische Anordnung zur Prüfung der Empfänger-Empfindlichkeit und der Genauigkeit der Entfernungsanzeige eines Laser-Entfernungsmessers, und

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf ein in den Anordnungen nach Fig. 1 und 2 vorgesehenen Leuchtdiodenarrays mit darauf projiziertem Empfangsfeld des Laser-Entfernungsmessers.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung dient zur Justierung der optischen Achsen eines Laser- Entfernungsmessers 10, welcher einen Lasersender 11, einen optischen Empfänger 12 und ein optisches Visier 13 umfaßt. Die optische Achse des Lasersenders 11 ist in Fig. 1 mit 14 bezeichnet, während die optische Achse des Empfängers 12 mit 15 bezeichnet ist. Aus der optischen Empfängerachse 15 wird mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 16 ein Teilstrahl 17 ausgekoppelt und in das optische Visier 13 gelenkt. Im justierten Zustand muß die Sichtachse des Visiers 13 mit der optischen Achse des Empfängers 12 zusammenfallen. Der Empfänger 12 ist mit einer Auswerteeinheit 18 verbunden, welcher an einer Anzeige 19 den gemessenen Entfernungswert numerisch anzeigt.

Der vorstehend geschilderte Laser-Entfernungsmesser 10 ist beispielsweise bei allen Kampfpanzern der deutschen Bundeswehr eingeführt und ist nicht Gegenstand der Erfindung, obwohl sein schematischer Aufbau zum Verständnis der Erfindung beiträgt. Wesentlich für eine einwandfreie Funktion des Laser-Entfernungsmessers 10 ist die völlige Parallelität der Achsen 14 und 15, da die Entfernungsmessung auf einer Ermittlung der Laufzeit eines in 11 ausgesendeten Laserimpulses bis zu seinem Eintreffen im optischen Empfänger 12 beruht. Dabei wird für den Meßzweck unterstellt, daß der Weg des Laserimpulses zum angemessenen Ziel identisch mit dem Weg des am Ziel reflektierten Impulses zum Empfänger 12 ist, was die erwähnte Parallelität der Achsen 14, 15 voraussetzt.

Es genügt jedoch nicht, eine etwaige Dejustage der Achsen 14, 15 festzustellen, da aus einer solchen "Schlecht"-Feststellung noch nicht hervorgeht, welche der beiden Achsen 14, 15 fehljustiert ist. Um die Dejustage zu beheben, muß vielmehr die fehljustierte Achse festgestellt und nachjustiert werden. Zur Feststellung, ob und gegebenenfalls welche Achse(n) fehljustiert ist, wird die in einem Meßgerät integrierte Justieranordnung nach der Erfindung vor dem Laser-Entfernungsmesser 10 in definierter Position angebracht. Im folgenden soll nunmehr der Aufbau und die Wirkungsweise der Justieranordnung erläutert werden.

Kernstück des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Justieranordnung ist ein Leuchtdioden-(LED)-Array 20, welches reflektierte Laserimpulse simuliert und daher in der Empfängerachse 15 des optischen Empfängers 12 positioniert wird. Um ferner einen vollständigen Meßvorgang des Laser-Entfernungsmessers 10 zu simulieren, wird das Auslösen eines Laser-Sendeimpulses mit einem Detektor 30 erfaßt und in einen (mittels Verstärker 40 verstärkten) elektrischen Start- oder Triggerimpuls für einen elektronischen Binärzähler 50 umgesetzt, welcher von einem Taktgeber 60 getaktet wird. Der Binärzahler 50 simuliert mit jedem erzeugten Zählimpuls (der zu dem Triggerimpuls einen zeitlichen Abstand hat) eine Laufzeit. Die Zählimpulse des Binärzählers 50 werden in einem Binärdecoder 70 in Ansteuerimpulse für das LED-Array 20 umgewandelt, wobei für jede Leuchtdiode (LED) 20a (Fig. 3) des LED-Arrays 20 ein gesonderter Ansteuerimpuls- Ausgang des Decoders 70 vorhanden ist. Die Ansteuerimpulse werden von einem Leitungsverstärker 80 verstärkt. Die weitere Besonderheit besteht darin, daß die sequentiell aufeinanderfolgenden Ansteuerimpulse des Decoders 70 in einer ganz bestimmten Weise den in Zeilen und Spalten angeordneten Leuchtdioden 20a des LED-Arrays 20 zugeführt werden, wie anhand von Fig. 3 näher erläutert werden soll.

Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein quadratisches LED-Array 20, dessen Diagonalen so gelegt werden, daß ihre optische Projektion längs der Achse 15 mit dem Fadenkreuz 13a des optischen Visiers 13 zusammenfällt. Bildlich gesprochen steht damit das LED-Array 20 aus der Sicht des optischen Visiers 13 auf der Spitze, was den Vorteil hat, daß längs der Achsen des Fadenkreuzes die größte Anzahl von Leuchtdioden vorhanden ist und damit ein maximaler Meßbereich erzielt wird. Die Sichtachse des Visiers 13, d. h., der Ursprung des Fadenkreuzes 13a, geht bei einer derartigen Ausrichtung des LED-Arrays 20 mittels des Visiers 13 durch die in der Mitte des LED-Arrays 20 angeordnete Diode (Zentraldiode). Die Auflösung des LED-Arrays 20 ergibt sich aus dem kleinsten Abstand zwischen benachbarten Leuchtdioden; er beträgt z. B. 0,2 mrad. Der Meßwinkelbereich entspricht der Länge einer Spalte oder einer gleichlangen Reihe des LED-Arrays 20, im betrachteten Beispielsfalle 2 mrad.

In Fig. 3 ist das im Empfänger 12 vorhandene Empfangsfeld längs der Sichtachse des Visiers 13 auf das LED-Array 20 projiziert, um die Wirkungsweise des LED-Arrays 20 und seiner erläuterten Ansteuerung in Wechselwirkung mit dem Empfänger 12 und der Entfernungswertanzeige auf der Anzeige 19 erläutern zu können. Ein Entfernungswert wird angezeigt, sobald auf das mit 12a in Fig. 3 bezeichnete Empfangsfeld Strahlung auftrifft (oder alternativ keine Strahlung mehr auftrifft). Solange also die Leuchtdioden 20a des LED-Arrays 20 außerhalb des Empfangsfeldes 12a angesteuert und zur Lichtemission angeregt werden, reagiert der Empfänger 12 nicht. Erfolgt die Ansteuerung Zeile für Zeile jeweils von einer Leuchtdiode zur nächstfolgenden Leuchtdiode, so ergibt sich, daß nach Auslösen eines Laser-Sendeimpulses eine der Anzahl der insgesamt bis zur Auslösung einer Entfernungsanzeige angesteuerten LED′s entsprechende Zeit vergeht, bis auf das Empfangsfeld 12a erstmals Licht auftrifft. Durch die 45°-Verdrehung der Zeilen des LED-Arrays 20 gegenüber den Achsen des Fadenkreuzes lassen sich ferner die "Schnittpunkte" der Zeilen mit dem Empfängerfeld 12a exakt definieren. Um vier verschiedene "Schnittpunkte", d. h., Auslösungen von Entfernungswertanzeigen, zu erhalten, wird in einem ersten Meßgang ("1. Scan") z. B. die erste Leuchtdiode der ersten Zeile zuerst angesteuert. In dem darauffolgenden Meßgang ("2. Scan") wird z. B. die letzte Leuchtdiode der letzten Zeile angesteuert, dann die vorletzte Leuchtdiode derselben Zeile usw.. In einem dritten Meßgang ("3. Scan") werden die Leuchtdioden spaltenweise angesteuert, und zwar z. B. die erste Leuchtdiode der Spalte Nr. 1. In einem vierten Meßgang ("4. Scan") wird z. B. die letzte Leuchtdiode der letzten Spalte, dann die vorletzte Leuchtdiode derselben Spalte usw. angesteuert. Aus den so erhaltenen vier Entfernungsmeßwerten (bei jedem Meßgang ein Entfernungsmeßwert) läßt sich über einen Rechner 19a (in welchem eine entsprechende Umrechnungstabelle gespeichert ist) die den Entfernungsmeßwerten zugeordneten Leuchtdioden des LED-Arrays 20 (d.g., die an den jeweiligen "Schnittstellen" zwischen Zeilen bzw. Spalten und Empfangsfeld liegenden Leuchtdioden) ermitteln und aus deren Lagen das Empfangsfeld 12a konstruieren. Die Ablage des Mittelpunktes des Empfangsfeldes 12a von dem Ursprung des Fadenkreuzes 13a bzw. der Zentraldiode des LED-Arrays 20 entspricht der Dejustage des Empfängers 12.

Um die von dem LED-Array 20 ausgesendeten optischen Impulse exakt auf den Empfänger 12 bzw. dessen Empfangskanal auszurichten, ist dem LED-Array 20 ein Objektiv 90 nachgeordnet. Ein zwischen Objektiv 90 und dem Empfangskanal des Laser- Entfernungsmessers 10 angeordnetes Dämpfungsfilter 100 wird bei der später erläuterten Messung der Empfindlichkeit des Empfängers 12 verwendet.

Anstelle eines LED-Arrays 20 läßt sich auch eine Kombination aus einer einzigen Laserdiode und einem Scanner verwenden. Dabei werden entweder die von der Laserdiode emittierten optischen Impulse mittels des Spiegels des Scanners sequentiell in ihrer Winkellage bezüglich der Sichtachse des Visiers 13 abgelenkt oder es wird die Leuchtdiode selbst von dem Scanner in ihrer Winkellage verändert. Im erstgenannten Fall wird die Leuchtdiode von dem Binärdecoder 70 (Fig. 1) angesteuert, während im zweiten Fall nur der Scanner von dem Detektor 30 synchronisiert wird. Bei einer Veränderung der Lage der Leuchtdiode mittels des Scanners kann die Leuchtdiode impulsweise oder im Dauerstrich betrieben werden.

Zur Überprüfung der Empfängerachse 14 (Fig. 1) wird mittels eines Kollimators 110 ein Teilstrahl aus dem Laser-Sendestrahl ausgekoppelt und auf eine lichtempfindliche Speicherfläche 120 gelenkt. Als Speicherfläche 120 kommt beispielsweise eine Fotoplatte in Betracht. Der von dem ausgekoppelten Teilstrahl auf der Speicherfläche 120 erzeugte Brennfleck wird mittels eines Z-Prismas 130 in die Sichtlinie des Visiers 13 abgebildet. Dabei liegen die Teilerflächen des Z-Prismas 130 im Strahlengang des Laser-Sendestrahls bzw. im Strahlengang des optischen Visiers. Dadurch ist gewährleistet, daß der Brennfleck achsgetreu in die Sichtachse des Visiers 13 abgebildet wird. Aus der Abweichung des Brennflecks von der Mitte des Fadenkreuzes ergibt sich die Dejustierung der Senderachse 14.

In Fig. 2 sind weitere Möglichkeiten zur Überprüfung des Laser-Entfernungsmessers 10 (Fig. 1) dargestellt, und zwar zur Prüfung der Empfänger-Empfindlichkeit sowie zur Genauigkeit der Entfernungsanzeige. Zur Prüfung der Empfänger-Empfindlichkeit wird die Zentraldiode des LED-Arrays 20 mit einer definierten Strahlungsleistung betrieben. Mit Hilfe des Filters 100 wird die zum Empfänger 12 gelangende Strahlung der Zentraldiode solange bedämpft, bis der Empfänger 12 keine Entfernungsanzeige mehr auslöst, d. h., seine Empfangsleistung einen Minimalwert unterschreitet. Die dafür erforderliche Dämpfung des Filters 100 stellt ein Maß für die Empfindlichkeit des Empfängers 12 dar.

Um die Genauigkeit der Entfernungsanzeige des Laser-Entfernungsmessers 10 zu überprüfen, wird die Zentraldiode mit einer festgelegten Verzögerungszeit bezüglich eines ausgelösten Laser-Sendeimpulses angesteuert. Hierzu werden die Stufen 50 und 70 gemäß Fig. 1 durch einen programmierbaren Zähler 140 ersetzt, dessen Programmiereingänge 141 feste Zählwerte (entsprechend Entfernungswerte) eingegeben werden können. Der Wert der vom Empfänger 12 ausgelösten Entfernungsanzeige wird dann mit dem bei 141 eingegebenen Zählwert bzw. Entfernungswert verglichen.

Claims (17)

1. Verfahren zum Überprüfen von zumindest der Lage der Empfängerachse eines Laser-Entfernungsmessers bezüglich einer Referenzachse, welche insbesondere durch eine Sichtlinie eines in dem Laser-Entfernungsmesser integrierten optischen Visiers gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (Detektor) des Laser-Entfernungsmessers in der Weise beleuchtet wird, daß zumindest eine in ihrer Winkellage bezüglich der Referenzachse definierte Folge von optischen Impulsen in festgelegten Zeitintervallen und in zeitlich festem Bezug zu einem Laser-Sendeimpuls erzeugt wird und daß der erste oder letzte in das Empfangsfeld des Detektors einfallende optische Impuls eine Entfernungsanzeige auslöst, deren Wert über eine Tabelle eine eindeutige Aussage über die Lage des ersten bzw. letzten optischen Impulses innerhalb der definierten Folge von optischen Impulsen und damit der Lage des Empfangsfeldes zu der Referenzachse liefert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Impulse von einem Leuchtdiodenarray erzeugt werden, von welchem zumindest eine Gruppe von Leuchtdioden sequentiell in festgelegten Zeitintervallen und in zeitlich festem Bezug zu einem Laser-Sendeimpuls angesteuert wird und daß die Referenzachse das Leuchtdiodenarray in einem definierten Punkt schneidet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Impulse von einer einzigen Leuchtdiode erzeugt werden, welche imupulsförmig in festgelegten Zeitintervallen und in zeitlich festem Bezug zu einem Laser-Sendeimpuls angesteuert wird und deren optische Impulse mittels eines zweiachsigen Scanners in ihrer jeweiligen Winkellage bezüglich der Referenzachse verändert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode von dem Scanner bewegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsrichtung der optischen Impulse von dem bewegten Spiegel des Scanners verändert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus piezoelektrischen Elementen bestehender Scanner vorgesehen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Zeilen und Spalten angeordneten Leuchtdioden des Arrays hinsichtlich der Zeilen- und Spaltenausrichtung gegenüber den Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems um 45° verdreht sind, daß die Leuchtdioden nacheinander und Zeile für Zeile angesteuert werden und daß die Referenzachse das Leuchtdiodenarray im Ursprung des Koordinatensystems schneidet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Überprüfen der Genauigkeit der Entfernungsanzeige des Laser-Entfernungsmessers, dadurch gekennzeichnet, daß eine ausgewählte Leuchtdiode innerhalb des festgestellten Empfangsfeldes definiert mit einer festgelegten Verzögerungszeit bezüglich eines Laser-Sendeimpulses angesteuert wird und daß der Wert der dadurch ausgelösten Entfernungsanzeige mit dem in einen Entfernungswert umgesetzten Verzögerungszeit verglichen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zum Überprüfen der Empfindlichkeit des Empfängers des Laser-Entfernungsmessers, dadurch gekennzeichnet, daß eine ausgewählte Leuchtdiode innerhalb des festgestellten Empfangsfeldes mit einer definierten Strahlungsleistung betrieben wird und daß die zum Detektor gelangende Strahlung solange definiert bedämpft wird, bis die Empfangsleistung für den Laser-Entfernungsmesser einen Minimalwert unterschreitet und damit eine Entfernungsanzeige unterbleibt, wobei die ermittelte Dämpfung ein Maß für die Empfindlichkeit darstellt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die im Ursprung des Koordinatensystems angeordnete Leuchtdiode als ausgewählte Leuchtdiode vorgesehen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, zum Überprüfen der Lage der Senderachse des Laser-Entfernungsmessers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Laser-Sendestrahls zu einer lichtempfindlichen Speicherfläche über einen Kollimator ausgekoppelt wird, daß der Brennfleck des Laser-Sendestrahls auf der Speicherfläche in dem optischen Visier abgebildet wird, und daß die Winkellage der Brennfleckabbildung bezüglich der Achsen des Koordinatensystems (Fadenkreuz) verglichen wird, wobei eine festgestellte Abweichung ein Maß für die Dejustierung der Senderachse darstellt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abbildung des Brennflecks ein Z-Prisma vorgesehen wird, dessen eine Teilerfläche in dem Strahlengang des Laser-Sendestrahls und dessen andere Teilerfläche in dem Strahlengang des optischen Visiers bzw. der Empfängerachse jeweils unter einem Winkel von 45° angeordnet wird.

13. Anordnung zum Überprüfen von zumindest der Lage der Empfängerachse eines Laser-Entfernungsmessers bezüglich einer Referenzachse, welche insbesondere durch eine Sichtlinie eines in dem Laser-Entfernungsmesser integrierten optischen Visiers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Empfänger (Detektor 12) des Laser- Entfernungsmessers (10) ein Leuchtdiodenarray (20) angeordnet ist, daß zumindest eine in ihrer Winkellage bezüglich des Arrayzentrums definierte Gruppe von Leuchtdioden über einen Binärdecoder (70) von einem Binärzähler (50) angesteuert wird, dessen Startimpuls von einem Detektor (30) für den Laser-Sendeimpuls erzeugt wird.

14. Anordnung zum Überprüfen von zumindest der Lage der Empfängerachse eines Laser-Entfernungsmessers bezüglich einer Referenzachse, welche insbesondere durch eine Sichtlinie eines in dem Laser-Entfernungsmesser integrierten optischen Visiers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Empfänger (Detektor 12) eine mit einem Scanner kombinierte Leuchtdiode angeordnet ist, welche über einen Binärdecoder (70) von einem Binärzähler (50) angesteuert wird, dessen Startimpuls von einem Detektor (30) für den Laser-Sendeimpuls erzeugt wird.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Impulse der Leuchtdiode mittels des zweiachsigen Scanners in ihrer jeweiligen Winkellage bezüglich der Referenzachse verändert werden.

16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode von dem Scanner bewegt wird, welcher von dem Detektor (12) für den Laser- Sendeimpuls synchronisiert ist.

17. Anordnung zum Überprüfen von zumindest der Lage der Empfängerachse eines Laser-Entfernungsmessers bezüglich einer Referenzachse, welche insbesondere durch eine Sichtlinie eines in dem Laser-Entfernungsmesser integrierten optischen Visiers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Empfänger (Detektor 12) eine mit einem Scanner kombinierte Leuchtdiode angeordnet ist, welche kontinuierlich angesteuert ist und daß der Scanner von einem Detektor für den Laser-Sendeimpuls synchronisiert ist.