WO1988002125A1 - Modular observation device with rangefinder - Google Patents

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WO1988002125A1
WO1988002125A1 PCT/CH1987/000118 CH8700118W WO8802125A1 WO 1988002125 A1 WO1988002125 A1 WO 1988002125A1 CH 8700118 W CH8700118 W CH 8700118W WO 8802125 A1 WO8802125 A1 WO 8802125A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
infrared
observation device
beam path
measurement
observation
Prior art date
Application number
PCT/CH1987/000118
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Brun
Reinhard W. Meier
Original Assignee
Wild Heerbrugg Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wild Heerbrugg Ag filed Critical Wild Heerbrugg Ag
Publication of WO1988002125A1 publication Critical patent/WO1988002125A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/04—Adaptation of rangefinders for combination with telescopes or binoculars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/06—Aiming or laying means with rangefinder
    • F41G3/065—Structural association of sighting-devices with laser telemeters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/14—Viewfinders

Definitions

  • the invention relates to a modular observation device with a rangefinder, according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention relates to a modular multifunctional observation device which functions as a monocular telescope or binocular field glasses, as an integrated rangefinder, as a direction meter and, if appropriate, others Has additives.
  • Geodetic precision range finders using a laser light source are also known. Such devices were primarily designed for their Ability developed as an addition to existing geodetic devices. Their use presupposes the use of a target reflector which reflects the laser pulses emitted by the device. Target observation or its identification and the actual measuring process take place in succession.
  • the two angles azimuth and elevation should also be measured in addition to the distance.
  • an undisturbed, continuous and convenient visual observation of an object should be ensured and, regardless of this, the most precise possible location measurement should be possible at any point in time, the true and possibly corrected result of which is simply and reliably can be read without having to interrupt the visual observation.
  • a binocular device is aimed for.
  • a decisive advantage of this device lies in the common optics for visual observation and distance measurement. As a result, the system is kept simple and free of excess glass weight. The same optics are used for the distance measurement with pulsed IR light as for the visual observation.
  • Another decisive advantage of the device is that its multiple functions, in particular the three functions of visual observation, distance measurement and direction determination, can be activated exactly at the same time and do not run alternatively and in succession. This results in decisive advantages, especially for the precise location of moving targets. The location result can be specified in absolute coordinate values if your own location is known. All in all, the combination of the individual measures results in a device which is extremely handy and easy to operate, and which has a much higher value in use than previously known devices. The complete combination of the three functions mentioned qualifies this device when appropriately designed, among other things, as a high-precision locating device.
  • the principle of the invention is essentially based on the possibility of integrating several functions in one device, the device having the handiness of a field glasses, so that it can be part of the permanent personal equipment of users interested in it.
  • at least three functions are integrated in the device, namely the traditional binoculars or telescope function, which allows direct observation of an object, furthermore the highly precise distance measurement integrated in the observation beam path and, as a third function, a directional display likewise integrated in the device, the result of which, namely azimuth and elevation, is additionally projected into the observation beam path.
  • Distance and direction measurements can also be transferred to other devices or - visible to third parties - displayed on the outside of the device.
  • the modular design of the " device” means that the design of the device allows it to be designed as a monocular or binocular device and that the directional meter can optionally be integrated in the device.
  • the device concept allows the respective level of equipment to be adapted to the desired one Usage.
  • a binocular observation device is described below, in which one view channel is additionally used for the transmitter and the other for the receiver of the range finder. 1, it consists of a conventional field glasses part with a lens 1, a reversing prism 2 for right-sided imaging and an eyepiece 3.
  • the second beam path also shown in the selected exemplary embodiment accordingly contains a second objective 11, a second reversing prism 12 and a second Eyepiece 13.
  • the course of the visible light is indicated by double arrows S1 and S2 in both beam paths.
  • the optical surfaces involved are compensated for the visible range and for the range of the measuring radiation used, for example in the infrared range.
  • a beam splitter 4 connected to the first reversing prism 2 and an IR receiver 5 are provided as additional elements in the first beam path.
  • the beam splitter hides the measurement radiation used for the distance measurement from the combined beam path, so that this part of the radiation does not reach the first eyepiece 3 except for a residual part that is harmless to the eye.
  • the arrangement of the beam splitter 4 is shown in side view in FIG. 2.
  • the interface between the beam splitter 4 and the reversing prism 2 is provided with a filter layer which is transparent for the IR light used, but reflects visible light, so that the traditional effect of the reversing prism for the visible light remains unchanged.
  • the beam splitter 4 thus serves not only to separate visible and IR light, but also to protect the human eye from laser radiation.
  • a transmitter 15 for emitting infrared measurement pulses and a second beam splitter 1 combined with the second reversing prism 12 are provided in the second beam path.
  • the arrangement of the second beam splitter 14 corresponds to that of the first beam splitter 4 on the first reversing prism 2.
  • the IR light used has a wavelength of approximately 900 or 1,500 nm, depending on the type of laser used.
  • the IR transmitter consists, for example, of a pulsed or modulated crystal or semiconductor laser, the transmission power of which is selected so that it remains with certainty in the eye-protecting area, but on the other hand bridges the desired range. This may be achieved by a special method of signal evaluation, which is not the subject of this invention. In special cases, e.g. when the device is designed as a monocular observation device, the beam path of the transmitter can also be directed outwards through separate optics. In this case, the receiving channel for the IR radiation is identical to that of the device described. Semiconductor lasers or flash lamps can be used to pump the crystal laser.
  • the second beam splitter 14 ensures the direct insertion of the infrared radiation into the conventional reversing prism 12 in the direction of the second objective 11, with the simultaneous suppression of this radiation from the visible branch S2 of the beam path leading to the second eyepiece 13.
  • the IR radiation is sent via the second lens 11 in the direction of the object to be measured.
  • the device reflects the radiation reflected from the object via the first objective 1. From there it is directed onto the first reversing prism 2 and is emitted from the combined beam path by the first beam splitter 4. blinded and passed to the IR receiver 5.
  • These are essentially stabilizing means which ensure that the directional pulse is always transmitted a precisely determined time delta t after the triggering pulse is applied. This eliminates the usual optical cross-connections between the transmitter and receiver.
  • the IR receiver 5 can consist of a photo diode. It can be integrated together with an amplifier to form a hybrid. Further integration into an expanded hybrid with the analog / digital converter is also possible.
  • a display 20 and a partially transparent mirror 21 are also provided for reflecting these display values of the range finder and the direction meter into the beam path to the eyepiece.
  • an auxiliary display 22 can be provided on the outside of the device.
  • a structural unit 30 is provided for determining the direction of the object to be measured, which is explained in more detail below with reference to FIG. 3.
  • the measurement results are displayed in the field of view of the observer, the reading of the measurement result not having to interrupt the visual observation process of the object.
  • the measurement results can be displayed on the outside of the device. Switching means for generating the various supply voltages and the batteries are not additionally shown in the figure.
  • a keyboard 40 common to both device parts is provided, which is attached to the outside of the device at an easily accessible location. It is used to trigger the various functions of the device and to enter data. It is arranged so that the observation process is not disturbed during operation.
  • the device can be provided with an interface connection 50 which, according to the preferred exemplary embodiment, is likewise connected to the outputs of the two device parts.
  • the interface can, for example, be standardized and enable the device to be connected to data transmission means or directly to a computer or mass storage device. It can also be used for remote triggering of the device functions.
  • the module of the range finder with the IR transmitter 15 and the IR receiver 5 is connected to a computer module 6, in particular a microprocessor.
  • the IR receiver is connected to the computer 6 via an analog / digital converter 9. The distance is calculated from the signal transit time. Depending on the strength of the signal, individual pulses or pulse sequences are evaluated. The speed, in particular the radial speed of the target object can be measured by repeated distance measurement at short time intervals.
  • the second assembly which is shown in FIG. 3 in the lower part, is a device for determining the direction, as is known, for example, from EP-85 902 429.1.
  • This device also referred to as an electronic compass, contains magnetic sensors 31, inclination sensors 32 and a temperature sensor 33. All three of the last-mentioned components are connected to a second computer 36, in particular a microprocessor, via a multiplexer 34 and an analog / digital converter 35 , connected.
  • This computer is also equipped with a ROM 37 and a RAM memory 38.
  • the above-mentioned connections to the display 20, to the keyboard 40 and possibly to the interface 50 can be recognized on the computer 36.
  • the measurement data are corrected on the basis of stored correction tables and by including complementary and / or redundant sensor information. Systematic failures and malfunctions due to temperature influences, declination, installation environment of the sensors, inclined position, movement etc. are thus eliminated. Only true sizes, such as azimuth and elevation, are displayed. In the computer system, plausibility criteria are also programmed for all measured values, which filter out random or temporary faults.
  • the computer 36 of the direction meter can also take over higher-level control functions.
  • a digital signal processor (DSP) is particularly advantageous as the computer 6 for the range finder.
  • the measuring principle of the direction meter is based on detecting the earth's magnetic field via magnetic sensors 31 and correcting the measurement result with the aid of inclination sensors 32.
  • the temperature sensor 33 is used to compensate for measurement errors which are caused by temperature changes.
  • Elements can be provided as magnetic field sensors which are based on the Hall effect, which contain the principle of a field plate, or which cause a change in resistance, which is then detected with the aid of a bridge circuit.
  • the measured values of the magnetic field sensors are amplified and digitized and processed in the computer 36. Details of this device are described in detail in the above-mentioned EP-OL and are not shown again here.
  • an azimuth measurement carried out with this structural unit is independent of position and inclination due to the inclusion of inclination sensors. So that the measurement is also independent of acceleration, the magnetic field sensors are automatically switched over from a certain angle of rotation for inclination measurement.
  • the change in inclination in space can be calculated by the computer 36, specifically on the basis of the identification of different and / or uniform signal changes of the magnetic field sensors 31. and by means of comparison with a previously stored setpoint curve.
  • the vectorial speed of the target object can be calculated relative to the observer if the observer tracks the device.

Description

MODULARES BEOBACHTUNGSGERAET MIT ENTFERNUNGSMESSER
Die Erfindung betrifft ein modulares Beobachtungsgerät mit Entfernungsmesser, gemäss dem Oberbegriff des Patentan¬ spruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein modulares multifunktionales Beobachtungsgerät, welches Funktionen als monokulares Fernrohr bzw. binokularer Feldstecher, als inte¬ grierter Entfernungsmesser, als Richtungsmesser und gege¬ benenfalls weiteren Zusätzen aufweist.
Bekannt sind einerseits verschiedene Geräte in einer Kombi¬ nation aus Feldstecher oder Fernrohr mit ein- oder angebau¬ tem Entfernungsmesser, oder aber mit einem Kompass. Beide Gerätearten sind für verschiedene Spezialzwecke vorgesehen. Keines von ihnen kann jedoch eine vollständige dreidimensio¬ nale Information über die absolute Position eines anvisier¬ ten Objektes liefern, beispielsweise als mathematischer Vek¬ tor, beschrieben durch eine direkte Distanzangabe bezüglich eines Referenzpunktes und zweier Winkelwerte (Azimut und Elevation) .
Es sind ferner geodätische Präzisions-Entfernungsmesser unter Verwendung einer Laser-Lichtquelle bekannt. Solche Geräte wurden in erster Linie im Hinblick auf ihre Verwend- barkeit als Zusatz zu bestehenden geodätischen Geräten ent¬ wickelt. Ihr Einsatz setzt die Verwendung eines Zielreflek¬ tors voraus, welcher die vom Gerät ausgesendeten Laserpulse reflektiert. Zielbeobachtung bzw. dessen Identifizierung und der eigentliche Messvorgang laufen nacheinander ab.
Für einen allgemeinen mobilen Einsatz sind ferner feld- stecher-ähnliche, meistens monokulare Geräte mit eingebautem Entfernungsmesser bekannt. In der Regel ist dabei der Strah¬ lengang des Entfernungsmessers von demjenigen für die visu¬ elle Beobachtung des Objektes getrennt. Für jeden Teil, also für das sichtbare Licht einerseits und das Beobachtungs¬ licht, im allgemeinen Infrarotlicht (IR) andererseits, werden getrennte aufwendige Spezial-Optiken verwendet, welche das relativ hohe Gewicht solcher Geräte wesentlich bestimmen. Die übliche Beschränkung auf einen einzigen Beo¬ bachtungskanal (monokular) beeinträchtigt das Erfassungsver- mögen des Beobachters und führt zu rascher Ermüdung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein modulares Beobachtungsgerät mit Entfernungsmesser dahingehend zu ver¬ bessern, dass es auch die Ortung eines Objektes erlaubt und eine wesentliche bauliche Vereinfachung beinhaltet, mit dem Ziel, die für das System erforderlichen Gläser möglichst rationell zu nutzen, um auf diese Weise Gewicht einzusparen und ein wesentlich leichteres Gerät zu schaffen. Um die Koordinaten eines zu ortenden Gegenstandes eindeutig bestim¬ men zu können, sollen ausser der Entfernung auch noch die beiden Winkel Azimut und Elevation zu messen sein. Ferner soll eine möglichst ungestörte kontinuierliche und bequeme visuelle Beobachtung eines Objektes sichergestellt sein und unabhängig davon zu jedem beliebigen Zeitpunkt eine mög¬ lichst präzise Ortungsmessung möglich sein, deren wahres und gegebenenfalls korrigiertes Ergebnis einfach und sicher ab- zulesen ist, ohne dass die visuelle Beobachtung unterbrochen werden muss. Um die Effizienz und den Komfort für die visu¬ elle Beobachtung sicherzustellen, wird ein binokulares Gerät angestrebt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das in den Patent¬ ansprüchen,definierte Gerät gelöst.
Ein entscheidender Vorteil dieses Gerätes liegt in der ge¬ meinsamen Optik für die visuelle Beobachtung und die Dis¬ tanzmessung. Dadurch wird das System einfach und von über¬ flüssigem Glasgewicht freigehalten. Für die Entfernungs¬ messung mit gepulstem IR-Licht wird die gleiche Optik ver¬ wendet wie für die visuelle Beobachtung. Ein weiterer ent¬ scheidender Vorteil des Gerätes liegt darin, dass seine Mehrfachfunktion, insbesondere die drei Funktionen visuelle Beobachtung, Entfernungsmessung und Richtungsbestimmung, exakt im gleichen Zeitpunkt aktivierbar sind und nicht etwa alternativ und nacheinander ablaufen. Dadurch ergeben sich entscheidende Vorteile, insbesondere für die genaue Ortung von bewegten Zielen. Das Ortungsergebnis kann in absoluten Koordinatenwerten angegeben werden, wenn der eigene Standort bekannt ist. Insgesamt resultiert durch die Kombination der Einzelmassnahmen ein äusserst handliches und übersichtlich zu bedienendes Gerät, welches einen wesentlich höheren Ge¬ brauchswert aufweist als bisher bekannte Geräte. Die voll¬ ständige Kombination der genannten drei Funktionen quali¬ fiziert dieses Gerät bei entsprechender Auslegung unter an¬ derem als hochpräzises Ortungsgerät.
Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand bevor¬ zugter Ausführungsbeispiele, mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1 den Strahlengang eines binokularen Beobachtungs¬ gerätes, mit der Darstellung der wichtigsten optischen Bauteile,
Fig.2 den Empfängerkanal gemäss Fig. 1, in Seitenansicht,
Fig.3 das Blockschaltbild für den elektronischen Teil des Gerätes gemäss den Fig. 1 und 2.
Das Prinzip der Erfindung beruht im wesentlichen auf der Möglichkeit, mehrere Funktionen in einem Gerät zu integrie¬ ren, wobei das Gerät die Handlichkeit eines Feldstechers aufweist, so dass es zur ständigen persönlichen Ausrüstung von daran interessierten Benutzern gehören kann. Vorzugs¬ weise sind mindestens drei Funktionen im Gerät integriert, nämlich die tradionelle Feldstecher- bzw. Fernrohrfunktion, welche eine direkte Beobachtung eines Objektes erlaubt, ferner die in den Beobachtungsstrahlengang integrierte hochpräzise Entfernungsmessung sowie als dritte Funktion eine ebenfalls im Gerät integrierte Riehtungsanzeige, deren Ergebnis, nämlich Azimut und Elevation, zusätzlich in den Beobachtungsstrahlengang projiziert wird. Distanz- und Richtungsmessung können auch an andere Geräte übertragen werden oder - für Drittpersonen sichtbar - aussen am Gerät angezeigt werden.
Modularer Aufbau des "Gerätes bedeutet im vorliegenden Fall, dass die Konzeption des Gerätes eine Auslegung als monoku¬ lares oder binokulares Gerät erlaubt und dass der Richtungs¬ messer wahlweise im Gerät integrierbar ist. Das Gerätekon¬ zept erlaubt eine Anpassung des jeweiligen Ausrüstungsgrades entsprechend dem gewünschten Verwendungszweck. Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel zu Erläuterung der Er¬ findung wird im folgenden ein binokulares Beobachtungsgerät beschrieben, in welchem der eine Sichtkanal zusätzlich für den Sender und der andere für den Empfänger des Entfernungs¬ messers verwendet wird. Es besteht nach Fig. 1 aus einem konventionellen Feldstecher-Teil mit einem Objektiv 1 , einem Umkehrprisma 2 zur seitenrichtigen Abbildung und einem Okular 3. Der im gewählten Ausführungsbeispiel ebenfalls dargestellte zweite Strahlengang enthält entsprechend ein zweites Objektiv 11, ein zweites Umkehrprisma 12 und ein zweites Okular 13. In beiden Strahlengängen ist der Verlauf des sichtbaren Lichts durch Doppelpfeile S1 bzw. S2 ange¬ deutet. Wo erforderlich, sind die beteiligten optischen Flächen für den sichtbaren Bereich und für den Bereich der verwendeten Messstrahlung, also z.B. im Infrarotbereich, vergütet.
Als zusätzliche Elemente sind im ersten Strahlengang ein mit dem ersten Umkehrprisma 2 verbundener Strahlteiler 4 und ein IR-Empfänger 5 vorgesehen. Der Strahlteiler blendet die für die Entfernungsmessung verwendete Mess-Strahlung aus dem kombinierten Strahlengang aus, so dass dieser Teil der Strahlung bis auf einen für das Auge unschädlichen Restan¬ teil nicht in das erste Okular 3 gelangt. Die Anordnung des Strahlteilers 4 ist in Fig. 2 in Seitenansicht dargestellt. Die Grenzfläche zwischen dem Strahlteiler 4 und dem Umkehr¬ prisma 2 ist mit einer Filterschicht versehen, welche für das verwendete IR-Licht tranparent ist, sichtbares Licht jedoch reflektiert, so dass die traditionelle Wirkung des Umkehrprismas für das sichtbare Licht unverändert bleibt. Der Strahlteiler 4 dient somit nicht nur der Trennung von sichtbarem und IR-Licht, sondern auch dem Schutz des mensch¬ lichen Auges vor Laserstrahlung. Im zweiten Strahlengang sind zusätzlich zu den konventionel¬ len Bauteilen ein Sender 15 zur Aussendung von Infrarot- Messimpulsen sowie ein mit dem zweiten Umkehrprisma 12 kom¬ binierter zweiter Strahlteiler 1 vorgesehen. Dabei ent¬ spricht die Anordnung des zweiten Strahlteilers 14 derje¬ nigen des ersten Strahlteiler 4 am ersten Umkehrprisma 2.
Das verwendete IR-Licht hat im bevorzugten Beispiel eine Wellenlänge von ca. 900 oder 1'500 nm, je nach verwendetem Lasertyp. Der IR-Sender besteht z.B aus einem gepulsten oder modulierten Kristall- oder Halbleiterlaser, dessen Sende¬ leistung so gewählt ist, dass sie mit Sicherheit im augen¬ schonenden Bereich bleibt, andererseits aber die gewünschte Reichweite überbrückt. Erreicht wird dies gegebenenfalls durch eine besondere Methode der Signalauswertung, welche nicht Gegenstand dieser Erfindung ist. Der Strahlengang des Senders kann in Sonderfällen, z.B bei Auslegung des Gerätes als monokulares Beobachtungsgerät, auch durch eine getrennte Optik nach aussen geführt sein. In diesem Fall ist der Em¬ pfangskanal für die IR-Strahlung mit demjenigen des be¬ schriebenen Gerätes identisch. Zum Pumpen des Kristall- Lasers können Halbleiterlaser oder Blitzlampen eingesetzt werden.
Der zweite Strahlteiler 14 sorgt für die direkte Einblendung der Infrarotstrahlung in das konventionelle Umkehrprisma 12 in Richtung auf das zweite Objektiv 11, unter gleichzeitiger Ausblendung dieser Strahlung aus dem zum zweiten Okular 13 führenden sichtbaren Zweig S2 des Strahlengangs. Ueber das zweite Objektiv 11 wird die IR-Strahlung in Richtung auf das auszumessende Objekt gesendet. Die vom Objekt reflektierte Strahlung erreicht das Gerät über das erste Objektiv 1. Von dort wird sie auf das erste Umkehrprisma 2 geleitet und vom ersten Strahlteiler 4 aus dem kombinierten Strahlengang aus- geblendet und dem IR-Empfänger 5 zugeleitet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Entfernungsmessern ist eine Beaufschlagung des Empfängers mit einem Teil des Sendeimpulses zur Festlegung des Zeitnullpunktes nicht nötig, da entsprechende schal¬ tungstechnische Verbesserungen im elektronischen Teil vor¬ gesehen sind. Dabei-handelt es sich im wesentlichen um Stabilisierungsmittel, welche sicherstellen, dass der Richt¬ impuls immer eine genau bestimmte Zeit delta t nach dem Anlegen des Auslöseimpulses ausgesendet wird. Damit können sonst übliche optische Querverbindungen zwischen Sender und Empfänger entfallen.
Der IR-Empfänger 5 kann im einfachsten Fall aus einer Foto¬ diode bestehen. Sie kann mit einem Verstärker zusammen zu einem Hybrid integriert sein. Auch ist eine weitere Inte¬ gration zu einem erweiterten Hybrid mit dem Analog/Digital- Wandler möglich.
Zusätzlich zum konventionellen Gerät ist ferner eine Anzeige 20 sowie ein teildurchlässiger Spiegel 21 zur Einspiegelung dieser Anzeigewerte des Entfernungsmessers und des Rich¬ tungsmessers in den Strahlengang zum Okular vorgesehen. Zusätzlich kann eine Hilfsanzeige 22 aussen am Gerät vor¬ gesehen sein.
Schliesslich ist eine Baueinheit 30 zur Bestimmung der Richtung des auszumessenden Objektes vorgesehen, welche im folgenden anhand von Fig. 3 näher erläutert wird.
Alle genannten Teile sind in einem gemeinsamen Gehäuse ent¬ halten, welches beispielsweise ähnlich wie ein konventionel¬ les Feldstechergehäuse ausgebildet ist. Das Beobachtungs¬ gerät ist damit trotz der^zusätzlichen Funktionen ausserge- wδhnlich handlich.' Figur 3 zeigt den elektronischen Teil sowie den funktionalen Aufbau des Gerätes, und zwar im oberen Teil das Entfernungs¬ messgerät und im unteren Teil die noch näher zu beschrei¬ bende Baugruppe zur Bestimmung der Richtung des anvisierten Objektes. Entfernungsmesser und Richtungsmesser sind prinzi¬ piell autonom und mit eigenen Rechnern ausgestattet. Die Ausgänge beider Baugruppen sind auf die gemeinsame Anzeige 20 geführt, welche gemäss Fig.1 in den Strahlengang vor¬ zugsweise nur eines Beobachtungskanals eingeblendet ist.
Die Anzeige der Messergebnisse erfolgt im Gesichtsfeld des Beobachters, wobei durch die Ablesung des Messergebnisses der visuelle Beobachtungsvorgang des Objektes nicht unter¬ brochen werden muss. Zusätzlich können die Messergebnisse aussen am Gerät angezeigt werden. Schaltmittel zur Erzeugung der verschiedenen Speisespannungen sowie die Batterien sind in der Figur nicht zusätzlich eingezeichnet.
Ferner ist eine beiden Geräteteilen gemeinsame Tastatur 40 vorgesehen, welche an einer gut zugänglichen Stelle aussen am Gerät angebracht ist. Sie dient zum Auslösen der ver¬ schiedenen Funktionen des Gerätes sowie zur Eingabe von Daten. Sie ist so angeordnet, dass der Beobachtungsvorgang bei der Bedienung nicht gestört wird. Schliesslich kann das Gerät mit einem Schnittstellenanschluss 50 versehen sein, welcher gemäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ebenfalls mit den Ausgängen der beiden Geräteteile verbunden ist. Die Schnittstelle kann beispielsweise genormt sein und den Anschluss des Gerätes an Datenübertragungsmittel oder direkt an einen Rechner oder Massenspeicher ermöglichen. Sie kann ferner für eine Fernauslösung der Gerätefunktionen verwendet werden. Die Baugruppe des Entfernungsmessers mit dem IR-Sender 15 und dem IR-Empfänger 5 ist mit einem Rechnermodul 6, insbe¬ sondere einem Mikroprozessor, verbunden. Es handelt sich dabei vorzugsweise um einen autonomen Kleinrechner, welcher mit einem ROM 7 zur Speicherung der Programme für die Steu¬ erung der zum Entfernungsmesser gehörenden Baugruppen sowie zum Ablauf der einzelnen Rechenoperationen versehen ist. Ferner ist ein Speicherbereich 8 vorgesehen, welcher zur Speicherung von Daten dient, wobei es sich einerseits um vorgegebene Konstanten oder Bezugsdaten, z.B. Bezugskoor¬ dinaten, handelt und anderseits um Speicherplatz zur Ab¬ speicherung der Messergebnisse, bis diese beispielsweise von der Schnittstelle 50 abgerufen werden. Der IR-Empfänger ist an den Rechner 6 über einen Analog/Digital-Wandler 9 ange¬ schlossen. Die Entfernung wird aus der Signallaufzeit be¬ rechnet. Je nach der Stärke des Signals werden Einzelimpulse oder Pulsfolgen ausgewertet. Durch wiederholte Entfernungs¬ messung in kurzen Zeitabständen kann die Geschwindigkeit, insbesondere die Radialgeschwindigkeit des Zielobjektes gemessen werden.
Bei der zweiten Baugruppe, die in Fig. 3 im unteren Teil dargestellt ist, handelt es sich um eine Einrichtung zur Richtungsbestimmung, wie sie z.B aus EP-85 902 429.1 bekannt ist. Diese auch als elektronischer Kompass bezeichnete Ein¬ richtung enthält Magnetsensoren 31 , Neigungssensoren 32 und einen Temperaturfühler 33. Alle drei letztgenannten Bauele¬ mente sind über einen Multiplexer 34 und einen Analog/Digi¬ tal-Wandler 35 an einen zweiten Rechner 36, insbesondere einen Mikroprozessor, angeschlossen. Auch dieser Rechner ist mit einem ROM 37 und einem RAM-Speicher 38 ausgerüstet. Am Rechner 36 sind die oben erwähnten Anschlüsse an die Anzeige 20, an die Tastatur 40 und gegebenenfalls an die Schnitt¬ stelle 50 zu erkennen. Im Rechner 36 werden die Messdaten anhand von gespeicherten Korrekturtabellen sowie durch Einbeziehung von komplemen¬ tären und/oder redundanten Sensorinformationen korrigiert. Systematische Missweisungen und Störungen aufgrund von Tem¬ peratureinflüssen, Deklination, Einbauumgebung der Sensoren, Schräglage, Bewegung etc. werden damit ausgeschaltet. Zur Anzeige gelangen nur wahre Grossen, z.B. Azimut und Eleva¬ tion. Im Rechnersystem sind ferner für alle Messwerte Plau- sibilitätskriterien programmiert, die zufällige oder vor¬ übergehende Störungen ausfiltern. Der Rechner 36 des Richtungsmessers kann zusätzlich übergeordnete Steuerungs¬ funktionen übernehmen. Als Rechner 6 für den Entfernungs¬ messer ist ein Digital-Signal-Prozessor (DSP) besonders vor¬ teilhaft.
Grundsätzlich beruht das Messprinzip des Richtungsmessers darauf, über Magnetsensoren 31 das Erdmagnetfeld zu erfassen und das Messergebnis mit Hilfe von Neigungssensoren 32 zu korrigieren. Schliesslich findet mit Hilfe des Temperatur-' fühlers 33 eine Kompensation von Messfehlern, statt, die durch Temperaturänderungen bedingt sind. Als Magnetfeldsen¬ soren können Elemente vorgesehen sein, welche auf dem Hall¬ effekt beruhen, welche das Prinzip einer Feldplatte beinhal¬ ten, oder eine Widerstandänderung hervorrufen, die dann mit Hilfe einer Brückenschaltung erfasst wird.
Es ist auch die Messung mit Hilfe eines dynamischen Signals möglich, das dem Sensor z.B. in Form eines weiteren Magnet¬ feldes kurzzeitig und wechselweise zugeführt wird, wobei die Differenz der so erzielten Magnetisierung oder die Zeit, die benötigt wird, um die ursprüngliche Lage einzunehmen, er¬ fasst wird. Das Ergebnis ist ein Mass für die Lage des Sen¬ sors im Erdmagnetfeld. Es werden also die Komponenten des Erdmagnetfeldes und des Schwerefeldes gemessen und daraus im Rechner 36 unter Berücksichtigung gespeicherter Korrektur¬ werte das Azimut und die Elevation der optischen Achse des Gerätes berechnet.
Die Messwerte der Magnetfeldsensoren werden verstärkt und digitalisiert und im Rechner 36 verarbeitet. Einzelheiten dieser Einrichtung sind in der oben erwähnten EP-OL ausführ¬ lich beschrieben und werden hier nicht nochmals dargestellt. Wie dort beschrieben, ist eine mit dieser Baueinheit vorge¬ nommene Azimutmessung durch die Einbeziehung von Neigungs¬ sensoren läge- und auch neigungsunabhängig. Damit die Messung auch beschleunigungsunabhängig erfolgt, wird zur Neigungsmessung ab einem bestimmten Drehwinkel automatisch auf die Magnetfeldsensoren umgeschaltet. Die Neigungsände¬ rung im Raum kann durch den Rechner 36 berechnet werden, und zwar aufgrund der Identifikation unterschiedlicher und/oder gleichförmiger Signaländerungen der Magnetfeldsensoren 31 . und mittels Vergleichs mit einer zuvor abgespeicherten Soll- wertkurve.
Aufgrund der zeitlichen [nderung der Sensorsignale und damit der drei Komponenten des Zielvektors lässt sich die vektori- elle Geschwindigkeit des Zielobjektes relativ zum Beobachter berechnen, wenn dieser das Gerät nachführt.

Claims

P A T E N T A N S P R U E C H E
1. Modulares Beobachtungsgerät mit einem binokularen Feld¬ stecher und einem in dessen Gehäuse integrierten Entfer¬ nungsmesser mit einem Infrarot-Sender (15) und einem Infra¬ rot-Empfänger (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Infra¬ rot-Strahlengang des Entfernungsmesser über die gleichen optischen Glieder (1, 2 } 11, 12) geführt ist, welche den Strahlengang des Feldstechers bestimmen, dass Im Gerätege¬ häuse zusätzlich ein Richtungsmesser (30) für Azimut und Elevation und mindestens ein Rechenmodul (6, 36) zur FunktionsSteuerung der MessVorgänge integriert sind, und dass Mittel (40, 6, 36) zum gleichzeitigen Auslösen des Entfernungsmessers und des Richtungsmessers vorgesehen sind, wobei der Strahlengang des sichtbaren Lichtes (S1 , S2) während dieses Messvorganges für die Feldstecherfunktion ungestört erhalten bleibt, so dass die visuelle Darstellung des Messobjektes auch während der Messphase unbeeintrachtigt ist.
2. Beobachtungsgerät nach Anspruch 1 , mit mindestens einem dem Feldstecher zugehörigen Umkehrprisma, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Umkehrprisma (2, 12) mit selektiv reflek¬ tierenden Mitteln (4, 1 ) zur Aufspaltung des kombinierten Strahlenganges in sichtbares und infrarotes Licht unmittel¬ bar vor dem Infrarot-Sender ( 5) bzw. dem Infrarot-Empfänger (5) versehen ist. W
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3. Beobachtungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass an der vom Objektiv (1) aus gesehen ersten Re¬ flexionsfläche des Umkehrprismas (2) ein Strahlteiler (4) angesetzt ist, so dass die Grenzschicht zwischen beiden Bau¬ teilen für das verwendete Infrarotlicht transparent ist, während das sichtbare Licht ungestört reflektiert wird.
4. Beobachtungsgerät nach Anspruch 2, mit einem binokularen Feldstecher, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Fernrohroptiken als Infrarot-Sendekanal und die zweite Fern¬ rohroptik als Infrarot-Empfangskanal eingerichtet sind, wobei am zweiten Umkehrprisma (12) des Feldstechers, welches im Infrarot-Sendekanal liegt, ein zweiter Strahlteiler (14) angesetzt ist, über welchen die direkte Einblendung der Infrarot-Sendestrahlung in den kombinierten Strahlengang in Richtung auf das zweite Objektiv (11), unter gleichzeitiger Ausblendung der Infrarotstrahlung aus dem zum zweiten Fern- rohrokular (13) führenden Strahlengang erfolgt.
5. Beobachtungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich¬ net, dass Schaltungsmittel zum Stabilisieren des Senders vorgehen sind, um die Aussendung des Richtimpulses zu einer genau bestimmten Zeit delta t nach dem Anlegen des Auslδse- impulses sicherzustellen.
6. Beobachtungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass der Entfernungsmesser und der Richtungsmesser autonome Rechnermodule (6, 36) aufweisen, deren Ausgänge in gemeinsamen Anzeigeeinrichtungen (20, 22) zusammengefasst sind.
7. Beobachtungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, dass eine in den Strahlengang eingespiegelte kombinier¬ te Anzeigevorrichtung (20, 21) vorgesehen ist.
8. Beobachtungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Ausgänge der Rechnermodule (6, 36) mit einer Schnittstelle (50) zu externen Signalverarbeitungsmitteln verbunden sind.
9. Beobachtungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Schnittstelle zusätzlich mit Anschlüssen zur Fernauslδsung von Gerätefunktionen belegt ist.
10. Beobachtungsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich¬ net, dass Mittel (40, 6, 36) zur Wiederholung des Messvor¬ ganges von Entfernung, Azimut und Elevation in vorgegebenen Intervallen und zur Errechnung der vektoriellen Objekt¬ geschwindigkeit aus den so erhaltenen Messergebnissen vor¬ gesehen sind.
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