NO145490B

NO145490B - ELECTRO-OPTICAL LOCATION WITH RADIATION, SPECIFIC LASER DISTANCES

Info

Publication number: NO145490B
Application number: NO781094A
Authority: NO
Inventors: Viktor Baumgartner; Ludger Grage; Kurt Habenschaden
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1981-12-21
Also published as: SE7803542L; DE2714412C3; DE2714412B2; NL7803484A; NO781094L; BE865577A; DE2714412A1; GB1600191A; FR2386052B1; LU79330A1; IT7821758A0; NO145490C; FR2386052A1; IT1093954B; CH628994A5

Description

Oppfinnelsen angår et elektrooptisk lokaliserings- The invention relates to an electro-optical location

apparat med tilbakestråling, omfattende en optisk sender med sendeoptikk, en optoelektrisk mottager med mottagningsoptikk og en binokulær sikteinnretning med sikteoptikk, hvor sende-strålen,som er rettet loddrett på mottagerens optiske akse, device with back radiation, comprising an optical transmitter with transmitting optics, an optoelectric receiver with receiving optics and a binocular sighting device with sighting optics, where the transmitting beam, which is directed perpendicular to the optical axis of the receiver,

avbøyes parallelt til denne akse og både mottageren og sen- is deflected parallel to this axis and both the receiver and the

deren ved hjelp av et (første) stråledelerelement anordnet i den optiske akse for siktestrålen hos den ene gren av den binokulære sikteinnretning,kobles inn i denne gren, og det slik at den optiske akse for denne gren og den ved hjelp av stråledelerelementet avbøyde optiske akse for mottagnings- which, by means of a (first) beam splitter element arranged in the optical axis of the sighting beam of one branch of the binocular sight device, is connected to this branch, and so that the optical axis of this branch and the optical axis deflected by means of the beam splitter element for reception

strålen er koaksiale og den ved hjelp av stråledelerelementet avbøyde optiske akse for senderstrålen er tilnærmet koaksial med dem, samt hvor et siktemerke er koblet inn i mottagerens optiske akse og i den ene gren av sikteinnretningen, særlig laser-avs tandsmåler. the beam is coaxial and the optical axis of the transmitter beam deflected by means of the beam splitter element is approximately coaxial with them, as well as where a sighting mark is connected into the optical axis of the receiver and in one branch of the sighting device, in particular the laser-abs tooth gauge.

Brukbarheten av elektrooptiske systemer og apparater som The usability of electro-optical systems and devices such as

dem der f.eks. finner anvendelse for dirigerings-, avstands-målings- og lokaliseringsformål* er uansett sine respektive funksjonsprinsipper i regelen avhengige av om der på slike systemer og apparater finnes eller ikke finnes en praktisk mulighet for justering med den store nøyaktighet som her kreves. ;F.eks. er den akse-feilvinkel mellom sende-, mottagnings- og sikteoptikk som kan tillates for Laser-avstandsmåling over større avstander»mindre eller lik * 0,1 mrad. those where e.g. find application for routing, distance measurement and localization purposes* regardless of their respective functional principles as a rule depend on whether or not there is a practical possibility for adjustment with the great accuracy required here on such systems and devices. e.g. is the axis-error angle between transmitting, receiving and aiming optics that can be allowed for Laser distance measurement over larger distances »less than or equal to * 0.1 mrad.

Elektrooptiske apparater med en oppbygning som angitt innledningsvis, er allerede kjent. Således viser DE-OS 2 300 466 et utsiktsperiskop som kan kombineres med en laser-anordning og har en oppbygning som nevnt. I den forbindelse skal laser-anordningen være slik kombinert med periskopet at laserstrålen stadig er rettet parallelt med den optiske utsiktsakse. Fra DE-OS 2 343 596 er der kjent en teste- og justeringsanordning Electro-optical devices with a structure as indicated at the outset are already known. Thus, DE-OS 2 300 466 shows a viewing periscope which can be combined with a laser device and has a structure as mentioned. In this connection, the laser device must be combined with the periscope in such a way that the laser beam is always directed parallel to the optical axis of view. From DE-OS 2 343 596 a test and adjustment device is known

for optiske innretninger til lokalisering og informasjons-overføring, likeledes med en oppbygning som angitt innledningsvis og dessuten med et siktemerke i form av et trådkors som er anordnet på et stråledelerelement og innkoblet i mottagerens for optical devices for localization and information transmission, likewise with a structure as indicated at the beginning and also with a sight mark in the form of a crosshair which is arranged on a beam splitter element and connected to the receiver's

optiske akse og i siktegrenen. Sluttelig er der enn videre fra CH-PS 468 623 kjent en elektrooptisk avstandsmåler som har en oppbygning som nevnt innledningshvis, og hvor der er anordnet et siktemerke i mottagerens optiske akse. optical axis and in the sight branch. Finally, there is also known from CH-PS 468 623 an electro-optical distance meter which has a structure as mentioned in the introduction, and where a sighting mark is arranged in the optical axis of the receiver.

Til grunn for oppfinnelsen ligger nå den oppgave å gi anvisning på en løsning som ved et elektrooptisk apparat av den innledningsvis nevnte art sikrer en enkel og nøyaktig innkobling av et siktemerke. The invention is now based on the task of providing instructions for a solution which, with an electro-optical device of the type mentioned at the outset, ensures a simple and accurate connection of a sight mark.

Ved et elektrooptisk lokaliseringsapparat av den innledningsvis angitte art blir denne oppgave ifølge oppfinnelsen løst ved at siktemerket er anbragt på sideflaten av et annet stråledelerelement som er tilordnet mottageren, og at innspeiling av siktemerket i den ene gren av sikteinnretningen skjer ved hjelp av det første stråledelerelement og en trippeloptikk som er påsatt den fra mottageren bortvendte side av dette og utrettet i mottagerens optiske akse. In the case of an electro-optical localization device of the kind indicated at the outset, this task is solved according to the invention by the fact that the aiming mark is placed on the side surface of another beam splitter element which is assigned to the receiver, and that the reflection of the aiming mark in one branch of the aiming device takes place with the help of the first beam splitter element and a triple optic which is attached to the side facing away from the receiver and aligned in the receiver's optical axis.

Ved et apparat ifølge oppfinnelsen er siktemerket anordnet i en gren av den binokulære sikteinnretning. Siktemerket blir på enkel måte reflektert inn i mottagerens optiske akse via det annet stråledelerelement og blir innspeilet i sikte-stråleveien ved hjelp av det første stråledelerelement, som samtidig også innkobler senderen og mottageren i stråleveien i denne ene gren av den binokulære sikteinnretning, samt ved hjelp av en. trippeloptikk som på tilsvarende måte er anordnet på det første stråledelerelement og egner seg godt for planoptikk. Ved en slik anordning er samtlige optiske akser anordnet for-enet i rommet, samtidig som den ene gren av den binokulære sikteinnretning er slik sammenknyttet med mottageraksen at denne må være identisk ved sikteaksen. En justering av den optiske akse i forbindelse med stor nøyaktighet og retnings-stabilitet er dermed sikret på betryggende måte. På grunn av den gunstige anordning av siktemerket fås dessuten mulighet for å anordne siktemerket og en mottager-ansiktsblender nær hverandre i rommet. Således er synsfeltblenderen ved en gunstig utførelsesform likeledes anordnet på det annet stråledelerelement og på den side av dette som vender mot mottageren. In an apparatus according to the invention, the aiming mark is arranged in a branch of the binocular aiming device. The aiming mark is simply reflected into the receiver's optical axis via the second beam splitter element and is reflected in the sight beam path by means of the first beam splitter element, which at the same time also connects the transmitter and receiver in the beam path in this one branch of the binocular aiming device, as well as by means of of one. triple optics which are similarly arranged on the first beam splitter element and are well suited for planar optics. With such a device, all optical axes are arranged united in space, at the same time that one branch of the binocular aiming device is so connected to the receiver axis that it must be identical at the aiming axis. An adjustment of the optical axis in conjunction with great accuracy and directional stability is thus ensured in a reassuring manner. Due to the favorable arrangement of the aiming mark, it is also possible to arrange the aiming mark and a receiver-face mask close to each other in the room. Thus, in a favorable embodiment, the field of view filter is also arranged on the second beam splitter element and on the side of this that faces the receiver.

Ved en spesielt foretrukken utførelsesform er stråledelerelementene utført som stråledeler-terninger. Slike elementer blir også betegnet som strålekombinasjons-terninger. Stråledeler-terningene har den egenskap at de optiske akser for sikteinnretning og mottager alltid er identiske, uansett terningenes plasering, dvs. at disse optiske akser f.eks. også In a particularly preferred embodiment, the beam splitter elements are designed as beam splitter cubes. Such elements are also referred to as ray combination dice. The beam splitter dice have the property that the optical axes for sighting device and receiver are always identical, regardless of the dice's placement, i.e. that these optical axes e.g. also

er identiske om det første stråledelerelements stråle.delende speilplan skulle forandre stilling, f.eks. ved en endring av den vinkel dette speilplan danner med mottagerens eller sikteinnretningens optiske akse. are identical if the first beam-splitter element's beam-splitting mirror plane were to change position, e.g. by a change in the angle this mirror plane forms with the receiver's or sighting device's optical axis.

For innkobling av sende_strålen i sikteinnretningen består det første stråledelerelement hensiktsmessig av to 90°-prismer, hvorav det som vender bort fra mottageren f er lenger enn det som vender mot mottageren. Det har i den forbindelse vist seg særlig gunstig om det lengre prisme har en lengdeforskjell i forhold til det kortere prisme minst lik diameteren av sendeoptikkens utgangspupill og høyst har dobbelt så stor lengde som det korte prisme. For connecting the transmitting beam in the sighting device, the first beam dividing element conveniently consists of two 90° prisms, of which the one facing away from the receiver f is longer than the one facing the receiver. In this connection, it has proved particularly advantageous if the longer prism has a length difference in relation to the shorter prism at least equal to the diameter of the output pupil of the transmitting optics and at most twice the length of the short prism.

Videre er det hensiktsmessig om stråledelerelementene har innbyrdes inverse transmisjonskarakteristikker, slik at det første stråledelerelement reflekterer utenfra innfallende lys i det infra-røde område og transmitterer det i det synlige område, mens det annet stråledelerelement transmitterer lys i det infrarøde område og reflekterer det i det synlige område. Furthermore, it is appropriate if the beam splitter elements have mutually inverse transmission characteristics, so that the first beam splitter element reflects light incident from outside in the infrared range and transmits it in the visible range, while the second beam splitter element transmits light in the infrared range and reflects it in the visible area.

En gunstig videre utformning består i at sendestrålen betraktes med en optoelektronisk billedomformer, slik at sende-strålen i fjernfeltet og visermerket innreflekteres samtidig i det annet okular hos sikteinnretningen. A favorable further design consists in the transmitting beam being viewed with an optoelectronic image converter, so that the transmitting beam in the far field and the pointer mark are simultaneously reflected into the second eyepiece of the sighting device.

<y>tterligere gunstige utformninger av gjenstanden for patentkrav 1 fremgår av trekk som er angitt i underkravene. Further advantageous designs of the subject matter of patent claim 1 are apparent from features specified in the subclaims.

En utførelsesform for et apparat ifølge oppfinnelsen vil An embodiment of an apparatus according to the invention will

i det følgende bli belyst nærmere under henvisning til tegningen. in what follows will be explained in more detail with reference to the drawing.

Fig • 1 viser skjematisk et elektrooptisk apparat som har en optisk sender med sende-optikk, en optoelektrisk mottager med mottagningsoptikk og en binokulær sikteinnretning med sikteoptikk. Ved et slikt apparat danner f.eks. en binokulær kikkert sikteinnretningen, hvori der er integrert en Laser-avstandsmåler. Kikkerten har to okularer 1 og 2 og to objektiver 3 og 4. Sikte-strålegangen i de to kikkertgrener er inntegnet med ubrutte linjer. Dessuten har apparatet en optisk sender 5 med sende-optikk 6 såvel som en mottager 7 med mottagningsoptikk 22 og organer til oppdeling resp. avbøyning av strålene/dannet av et første stråledelerelement 9, et annet stråledelerelement 11, Fig • 1 schematically shows an electro-optical device which has an optical transmitter with transmitting optics, an optoelectric receiver with receiving optics and a binocular sighting device with sighting optics. With such a device, e.g. a binocular binocular aiming device, in which a Laser rangefinder is integrated. The binoculars have two eyepieces 1 and 2 and two objectives 3 and 4. The aiming beam path in the two binocular branches is drawn with solid lines. In addition, the device has an optical transmitter 5 with transmitting optics 6 as well as a receiver 7 with receiving optics 22 and means for splitting or deflection of the beams/formed by a first beam splitter element 9, a second beam splitter element 11,

et avbøyningsprisme 12 og et ytterligere,tredje stråledelerelement 13. Det første stråledelerelement sitter foran mottagerobjektivet 8 og kikkertobjektivet 3 og består av to 90^ prismer som er sammenføyet til en stråledeler-terning som er plasert i siktestrålens optiske akse og utrettet på mottagerens optiske akse. Nærmere bestemt består det første stråledelerelement av to 90^- prismer 9a og 9b, hvorav det prisme 9a som vender bort fra mottageren 7, har større lengde enn det prisme 9b som vender mot mottageren,med en lengdeforskjell minst lik diameteren av utgangs-pupillen 6a hos sendeoptikken 6,og maksimalt har dobbelt så stor lengde som det kortere prisme. Stråledeler-terningen 9 er.på den side 14 av det lengre prisme 9a som vender bort fra mottageren 1< forsynt med et trippelprisme 10 utrettet i mottagerens optiske akse,og har slik transmisjonskarakteristikk at utenfra innfallende lys i det infrarøde område blir reflektert og dirigert som mottagningsstråle til Laser-mottageren, mens den kan slippe utenfra innfallende lys i det synlige område igjennom,så denne synlige stråling kommer til kikkertokularet 1. Det annet stråledelerelement 11/som er tilordnet mottageren 7 og anordnet i dennes optiske akse, danner,sammen med mottagerobjektivet 8, en selv-stendig komponent som kan settes inn og skiftes ut for seg,og består, likedan som det første stråledelerelement 9, av to sammen-føyede 90° prismer som i dette tilfelle er like lange, samtidig som de, som det fremgår av fig. 2, har invers transmisjonskarakteristikk til det første stråledelerelement 9, dvs. at det kan slippe lys i det infrarøde område igjennom og reflektere lys i det synlige område. For å skaffe inverse transmisjonskarakteristikker for de to stråledelerelementer 9 og 11 kan der i området for de respektive felles forbindelsesflater for de to prismer som hver stråledeler-terning er sammensatt av, resp. ved den speilende flate hos det lengre prisme 9a, være anordnet et dikroitisk filter, hvis frekvens-selektive egenskaper er valgt tilsvarende. Den annen stråledelerterning 11 er på den side 15 som vender mot mottageren 7'forsynt med en ansiktsfeltblender 16 og på den tilgrensende side 17 med et siktemerke 18, f.eks. et a deflection prism 12 and a further, third beam splitter element 13. The first beam splitter element sits in front of the receiver objective 8 and the binocular objective 3 and consists of two 90° prisms which are joined to form a beam splitter cube which is placed in the optical axis of the aiming beam and aligned on the optical axis of the receiver. More specifically, the first beam splitter element consists of two 90° prisms 9a and 9b, of which the prism 9a facing away from the receiver 7 has a longer length than the prism 9b facing the receiver, with a length difference at least equal to the diameter of the exit pupil 6a with the transmitting optics 6, and at most has twice the length of the shorter prism. The beam splitter cube 9 is, on the side 14 of the longer prism 9a facing away from the receiver 1< provided with a triple prism 10 aligned in the optical axis of the receiver, and has such a transmission characteristic that light incident from outside in the infrared range is reflected and directed as reception beam to the Laser receiver, while it can let incoming light in the visible area through, so that this visible radiation reaches the binocular eyepiece 1. The second beam splitter element 11/which is assigned to the receiver 7 and arranged in its optical axis, together with the receiver objective forms 8, a self-standing component which can be inserted and replaced independently, and consists, like the first beam splitter element 9, of two joined 90° prisms which in this case are of equal length, while they, as can be seen of fig. 2, has inverse transmission characteristics to the first beam splitter element 9, i.e. that it can let light in the infrared range through and reflect light in the visible range. In order to obtain inverse transmission characteristics for the two beam splitter elements 9 and 11, in the area of the respective common connection surfaces for the two prisms of which each beam splitter cube is composed, resp. at the reflecting surface of the longer prism 9a, a dichroic filter, whose frequency-selective properties are chosen accordingly, be arranged. The second beam splitter cube 11 is provided on the side 15 facing the receiver 7' with a face field baffle 16 and on the adjacent side 17 with a sight mark 18, e.g. a

trådkors, belyst med en lyskilde 19. Siktemerke-Drojektoren er realisert ved avbildning av siktemerket via siktemerke-belysningen 19, den annen stråledeler-terning 11,som reflekterer siktemerket inn i mottagerens optiske akse, mottagerobjektivet 8 og den første stråledeler-terning 9, hvis trippelprisme 10 reflekterer siktemerket tilbake,så det etter re-fleksjon på den første stråledelerterning og gjennomgang i kikkertobjektivet 3 via et ytterligere tredje stråledelerelement 13 innstråles i sikteinnretningens okular 1. Også siktestrålen kommer inn i okularet via det tredje stråledelerelement. Dette tredje stråledelerelement 13 kan også være utført med et ytterligere prisme 20,så Laser-sendestrålen kan betraktes via en optoelektronisk billedomformer 21 slik at sende-strålen i fjernfeltet og siktemerket blir innspeilet samtidig i det annet okular 2. I den forbindelse er det stråledelende plan hos prismet 20 tildannet slik at det er gjennomtrengelig for sende-strålens infrarøde område og for en del av siktemerke-projeksjons-strålen. reticle, illuminated with a light source 19. The sight mark Drojector is realized by imaging the sight mark via the sight mark illumination 19, the second beam splitter cube 11, which reflects the sight mark into the optical axis of the receiver, the receiver objective 8 and the first beam splitter cube 9, if triple prism 10 reflects the sight mark back, so after reflection on the first beam splitter cube and passing through the binocular objective 3 via a further third beam splitter element 13, it is beamed into the sighting device's eyepiece 1. The sight beam also enters the eyepiece via the third beam splitter element. This third beam splitter element 13 can also be made with a further prism 20, so the laser transmission beam can be viewed via an optoelectronic image converter 21 so that the transmission beam in the far field and the aiming mark are reflected simultaneously in the second eyepiece 2. In this connection, the beam splitting plane in the prism 20 formed so that it is permeable to the infrared range of the transmitting beam and to part of the aiming mark projection beam.

For integrasjon av Laser-avstandsmåleren i den binokulare kikkert er både mottageren og senderen ved hjelp av det første stråledelerelement,som sitter i en gren av kikkerten, langt på vei koaksialt innkoblet i denne gren. Sendestrålen, som til å begynne med er rettet loddrett på mottagerens optiske akse, og som er inntegnet med strekpunkterte linjer, er ved hjelp av 90°-avbøyningsprismet 12, som er anordnet eksentrisk til aksen for mottageren 7 og mellom mottagerobjektivet 8 og det annet stråledelerelement 11, avbøyet parallelt med mottagerens optiske akse og ved hjelp av det første stråledelerelement 9 - nemlig ved hjelp av det område av det lengre prisme 9a som rager utenfor det kortere prisme 9b - reflektert parallelt med siktestrålens optiske akse, men eksentrisk i forhold til denne. Derimot er den stiplet inntegnede motttagningsstråle som skal dirigeres til mottageren^nnkoblet koaksialt i den ene kikkertgren, så mottageraksen blir identisk med sikteaksen. På denne måte er der på betryggende måte sikret en stabil justering av de tre optiske akser - sendestråle , mottagningsstråle , siktestråle - For the integration of the Laser rangefinder in the binocular binoculars, both the receiver and the transmitter are, by means of the first beam splitter element, which sits in a branch of the binoculars, coaxially connected in this branch for a long way. The transmission beam, which is initially directed perpendicular to the optical axis of the receiver, and which is drawn in dash-dotted lines, is by means of the 90° deflection prism 12, which is arranged eccentrically to the axis of the receiver 7 and between the receiver objective 8 and the second beam splitter element 11, deflected parallel to the optical axis of the receiver and by means of the first beam splitter element 9 - namely by means of the area of the longer prism 9a which projects outside the shorter prism 9b - reflected parallel to the optical axis of the aiming beam, but eccentric in relation to this. In contrast, the dashed receiving beam which is to be directed to the receiver is coaxially coupled in one binocular branch, so the receiver axis becomes identical to the aiming axis. In this way, stable alignment of the three optical axes - transmitting beam, receiving beam, aiming beam - is assured in a reassuring manner.

både når det gjelder integreringen av Laser-avstandsmåleren i kikkerten, men også mht. mekaniske og termiske innflytelser fra both when it comes to the integration of the Laser rangefinder in the binoculars, but also with regard to mechanical and thermal influences from

omgivende miljø. Herunder er de optiske akser for sikteinnretning og mottager som følge av de gunstige egenskaper hos stråledeler-terningene 9 og 11 uavhengige av stillingen av stråledeler-terningen 9, altså uavhengige av den vinkel som det stråledelende plan i terningen 9 danner med mottagerens resp. sikteinnretningens optiske akse. surrounding environment. Below, the optical axes for sighting device and receiver are, as a result of the favorable properties of the beam splitter cubes 9 and 11, independent of the position of the beam splitter cube 9, i.e. independent of the angle that the beam dividing plane in the cube 9 forms with the receiver's or the sighting device's optical axis.

Claims

1. Electro-optical locating device with back radiation, comprising an optical transmitter with transmitting optics, an optoelectric receiver with receiving optics and a binocular sighting device with sighting optics, where the transmitting beam, which is directed perpendicular to the optical axis of the receiver, is deflected parallel to this axis and both the receiver and the transmitter using of a (first) beam splitter element arranged in the optical axis of the aiming beam at

one branch of the binocular sighting device is connected to this branch, and so that the optical axis of this branch and the optical axis of the receiving beam deflected by means of the beam splitter element are coaxial and the optical axis of the transmitter beam deflected by means of the beam splitter element is approximately coaxial with them, as well as where a sighting mark is connected into the optical axis of the receiver and in one branch of the sighting device, in particular laser rangefinder, characterized in that the sighting mark (18) is placed on the side surface of another beam splitter element (11) which is assigned the receiver, and that reflection of the aiming mark (18) in one branch of the aiming device takes place with the help of the first beam splitter element (9) and a triple optic (10) which is attached to the side (14) facing away from the receiver (7) and aligned in the optical axis of the receiver.

2. Apparatus as specified in claim 1, characterized in that the beam dividing elements (9, 11) are designed as dividing cubes.

3. Apparatus as stated in claim 1 or 2, characterized in that the first beam splitter element (9) consists of two 90° prisms (9a, 9b), of which the one (9a) facing away from the receiver (7) is longer than the (9b) which faces the receiver.

4. Apparatus as stated in claim 3, characterized in that the length of the longer prism (9a) at least exceeds the length of the shorter prism (9b) by the diameter of the output pupil (6a) of the transmitting optics and is at most twice the length of the shorter prism.

5. Apparatus as specified in one of claims 1-4, characterized in that the second beam splitter element (11) is arranged in the optical axis of the receiver (7) and is provided with a face field mixer (16) on the side (15) facing the receiver , and that the aiming mark (18) is arranged on an adjacent side (17) of the beam splitter element (11).

6. Apparatus as stated in one of the preceding claims, characterized in that the first beam splitter element (9) is arranged in front of the receiver objective (8) and the aiming device's objective (3).

7. Apparatus as stated in one of the preceding claims, characterized in that the beam splitter elements (9, 11) have mutually inverse transmission characteristics, so that the first beam splitter element (9) reflects incident light from the outside in the infrared range and transmits such light in the visible range , while the second beam splitter element (11) transmits light in the infrared range and reflects it in the visible range.

8. Apparatus as stated in one of the preceding claims, characterized in that a deflection prism (12) is arranged to deflect the transmitting beam parallel to the optical axis of the receiver (7) and is placed between the receiver objective (8) and the second beam splitter element ( 9) and eccentric in relation to the optical axis of the receiver (7).

9. Apparatus as specified in one of ten preceding claims, characterized in that the aiming beam and the aiming mark projection beam are reflected in the eyepiece (1) in one branch of the sighting device by means of a further, third beam splitter element (13).

10. Apparatus as stated in claim 9, characterized in that the transmitting beam in the far field and the aiming mark (18) are simultaneously reflected via the third beam splitter element (13) and an optoelectric image converter (21) in the eyepiece (2) in the second branch of the sighting device.