DE1240289B - Fuer Ultrarotstrahlung empfindlicher Entfernungsmesser - Google Patents

Description

DEUTSCHES #fW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Deutschem.: 42 c-14

Nummer: 1240289

Aktenzeichen: Z 6569IXb/'42 c

1 240 289 Anmeldetag: 20.März 1958

Auslegetag: 11. Mai 1967

Die vorliegende Erfindung betrifft einen für Ultrarotstrahlung empfindlichen Entfernungsmesser, bei welchem zwei in einem festen Abstand nebeneinander angeordnete Wärmepeilgeräte zur Erfassung des Zieles dienen.

. Zur Bestimmung der Entfernung irgendwelcher Ziele wird, beispielsweise bei Nacht oder dunstigem Wetter, im allgemeinen das Radar-Verfahren verwendet. Dieses Verfahren ist jedoch sehr störempfindlich. Eine andere Möglichkeit zur Entfernungsmessung unter den erwähnten Umständen besteht darin, zur Erfassung des Zieles einen Bildwandler zu verwenden und mittels des von diesem erzeugten Bildes die Entfernung in derselben Weise wie bei optischen Entfernungsmessern zu bestimmen. Zur Bilderzeugung mittels eines Bildwandlers ist es jedoch notwendig, das Ziel mit Ultrarotstrahlung anzuleuchten, d. h. also, mit dem sogenannten Aktiv-Verfahren zu arbeiten. Dieses Verfahren ist jedoch insofern unbrauchbar, als eine Ultrarotstrahlungsquelle leicht angepeilt werden kann und ihre Reichweite nur gering ist.

Denselben Nachteil weist auch ein bekanntes Gerät zum Messen von Entfernungen mit Hilfe elektromagnetischer, vorzugsweise infraroter Strahlung auf. Bei diesem Gerät ist ein modulierte infrarote Strahlung erzeugender Projektor vorgesehen, der an einem Ende einer Basis angeordnet ist. Am anderen Ende der Basis ist ein für die infrarote Strahlung empfindlicher Empfänger angeordnet. Projektor und Empfänger werden auf das Ziel gerichtet, und aus dem Winkel zwischen Projektor und Empfänger sowie der Länge der Basis wird dann die gesuchte Entfernung gerechnet. Ein weiterer Nachteil dieses Gerätes ist der, daß die Entfernung ziemlich umständlich über die mit subjektiven Fehlerquellen behaftete direkte Winkelmessung und die nachfolgende Berechnung bestimmt werden muß.

Weiterhin ist ein Gerät zur Bestimmung des Abstandes und der Höhe eines bewegten Objektes, insbesondere eines Flugzeuges von einer modulierte infrarote Strahlung liegernden Leuchtmarke bekannt. Dieses Gerät enthält zwei an den Enden einer Basis angeordnete photoelektrische Elemente, die mittels relativ kompliziert aufgebauter Nachlaufsteuerungen selbsttätig auf die Leuchtmarke gerichtet werden. Aus dem Seiten- und Höhenwinkel der photoelektrischen Empfänger wird dann auf elektrischem Wege automatisch der Abstand errechnet und angezeigt. Dieses Gerät ist einmal recht kompliziert und aufwendig aufgebaut und kann zum anderen nicht universell verwendet werden, da zu der beschriebenen Messung das Für Ultrarotstrahlung empfindlicher
Entfernungsmesser

Anmelder:

Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/Brenz

Als Erfinder benannt:

Dr. Norbert Günther, Aalen (Württ.)

bewegte Objekt eine ganz bestimmte Lage zu der Leuchtmarke einnehmen muß.

Ähnlich den beschriebenen Geräten aufgebaute optische Entfernungsmesser sind auch bekannt. Diese bestehen aus zwei an den Enden der Basis angeordneten Visierfernrohren. Senkrecht zur optischen Achse der Visierfernrohre sind Orientierungs- oder auch Kollimationsfernrohre angeordnet, mit deren Hilfe die beiden Visierfernrohre genau parallel ausgerichtet werden. Zu diesem Zweck kann auch eine AutokoUimationseinrichtung dienen, die aus einem Autokollimationsfernrohr und zwei mit Marken versehenen Spiegeln besteht. Es wird auf Deckung der Markenbilder eingestellt, wobei zugleich mit dem Autokollimationsfernrohr eines der Visierfernrohre verstellt und dabei genau parallel zum anderen Visierfernrohr ausgerichtet wird.

Bei diesen optischen Entfernungsmessern wird z. B. ein Visierfernrohr auf das Ziel eingestellt und aus der Abweichung des Zielbildes im zweiten Visierfernrohr wird die Entfernung errechnet. Diese Methode kann natürgemäß nicht sehr genau sein, da die Zielabweichung nicht mit der erforderlichen hohen Genauigkeit bestimmt werden kann.

Etwas genauer arbeiten die optischen Entfernungsmesser, bei denen beide Visierfernrohre auf das Ziel gerichtet und aus dem Winkel zwischen den Fernrohren auf die Entfernung geschlossen wird. Die Messung des Winkels geschieht auf indirekte Weise, beispielsweise über die Bestimmung einer Maßstabsverschiebung. Diese Bestimmung ist mit erheblichen subjektiven Fehlerquellen behaftet und erfordert zudem einen relativ großen Zeitaufwand. Dieser wird noch größer bei der Errechnung der gesuchten Entfernung aus den gemessenen Werten.

Ein im Gegensatz zu den bekannten Entfernungsmeßgeräten in besonders einfacher Weise die genaue und schnelle Messung der Entfernung eines optisch

709 579/95

nicht sichtbaren Zieles erlaubender, neuer Entfernungsmesser zeichnet sich durch die Vereinigung folgender Merkmale aus:

a) Beide Wärmepeilgeräte sind nach Höhe und zusammen mit ihrem Träger nach Seitenrichtung gemeinsam mittels VerStellvorrichtungen verstellbar;

b) eines der beiden Peilgeräte ist mittels einer zusätzlichen Verstellvorrichtung gegenüber dem anderen so verschwenkbar, daß nach Einstellung des Zieles in dem einen, stets senkrecht zur Basis verbleibenden Gerät auch von dem zweiten Gerät das Ziel exakt erfaßbar ist;

c) mit dem zusätzlich verschwenkbaren Peilgerät ist ein senkrecht zur Visierrichtung angeordneter, zur Projektion einer Strichmarke geeigneter Kollimator starr verbunden;

d) mit dem anderen Peilgerät ist, gleichfalls senkrecht zur Visierrichtung angeordnet, ein so ausgebildetes Fernrohr starr verbunden, daß es Beobachtung des projizierten Markenbildes im Vergleich mit einer Normalmarke gestattet;

e) im Strahlengang zwischen Fernrohr und Kollimator ist ein Verschiebelinsenkompensator, gekoppelt mit einem Getriebe, so verstellbar angeordnet, daß er, nach Art einer Nullmethode, die beim Verschwenken des einen Peilgerätes gegenüber dem anderen Peilgerät bei der Visierung des Ziels durch beide Peilgeräte auftretende Verschiebung des Markenbildes im Gesichtsfeld des Fernrohrs meßbar in die der Ruhelage (Parallelstellung der Peilgeräte) entsprechende Nullage zurückzuverschieben vermag;

f) bei Zweimannbetriebgeräten ist das Getriebe im Handgriffbereich des Beobachters des Fernrohrs mit einer Handhabe, bei Einmanngeräten mit einer automatischen Nachlaufeinrichtung ausgebildet.

Zur Entfernungsmessung werden zunächst beide Wärmepeilgeräte gemeinsam nach der Höhe und nach der Seite auf das Ziel eingerichtet. Sodann wird das gesondert verschwenkbare Peilgerät auf das Ziel gerichtet. Schließlich wird der Verschiebelinsenkompensator so lange betätigt, bis die Kollimatormarke mit der im Gesichtsfeld des Fernrohres angeordneten Marke zur Deckung kommt. Die gesuchte Entfernung kann dann an einer mit dem Verschiebelinsenkompensator verbundenen Entfernungsskala abgelesen werden. Die Kollimatormarke kommt mit der im Gesichtfeld des Fernrohrs angeordneten Marke auch dann zur Deckung, wenn die Wärmepeilgeräte genau parallel stehen und der Verschiebelinsenkompensator auf die Entfernung Unendlich eingestellt ist.

Die Genauigkeit der Messung kann dadurch weiter erhöht werden, daß im Kollimator eine Strichmarke und im Fernrohr eine Doppelstrichmarke angebracht wird. In diesem Fall wird der Verschiebelinsenkompensator so lange betätigt, bis die Kollimatorstrichmarke genau in der Mitte der im Fernrohr angebrachten Doppelstrichmarke liegt.

Um die Bedienung des Entfernungsmessers nach der Erfindung weiter zu vereinfachen und einen Einmannbetrieb zu ermöglichen, ist eine automatische Nachlaufeinrichtung für den Verschiebelinsenkompensator vorgesehen.

Diese Nachlaufeinrichtung ist so ausgebildet, daß sie während der Einstellung der beiden Wärmepeilgeräte auf das Ziel automatisch den Verschiebelinsen-

kompensator betätigt, so daß nach erfolgter Zielemsteilung sofort die gesuchte Entfernung abgelesen werden kann. Der Aufbau des Entfernungsmessers ist dabei so gewählt, daß die Anzeigevorrichtung beider Wärmepeilgeräte sowie die Entfernungsskala im Blickfeld des zur Bedienung des Entfernungsmessers erforderlichen einen Mannes liegen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Ausführungsbeispiele darstellenden F i g. 1 bis 6 ίο näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Entfernungsmessers in perspektivischer Ansicht,

F i g. 2 eine Ansicht des in F i g. 1 dargestellten Entfernungsmessers von oben,
is F i g. 3 das Gesichtsfeld des Fernrohres,

F i g. 4 das Gesichtsfeld des Fernrohres bei Verwendung von Strichmarken,

F i g. 5 eine photoelektrische Nachsteuerungsvorrichtung,

so F i g. 6 eine Ansicht des vom Beobachter zu beobachtenden Anzeigegerätes.

In F i g. 1 ist mit 1 und 2 jeweils ein an sich bekanntes Wärmepeilgerät bezeichnet. Diese Wärmepeilgeräte enthalten Parabolspiegel 3 bzw. 4, in deren

as Brennpunkt Bolometer 5 bzw. 6 angeordnet sind. Die Geräte sind um die Achsen 7 bzw. 8 nach der Höhe verschwenkbar, wobei die Verschwenkung beider Geräte durch Drehen eines Handrades 11 bewirkt wird. Beide Wärmepeilgeräte sind auf einem gemeinsamen Grundkörper 12 angeordnet, welcher zweckmäßig den gesamten elektrischen Teil des Entfernungsmessers enthält. Ein Handrad 9 dient zur Verschwenkung des Grundkörpers 12 und damit beider Wärmepeilgeräte 1 und 2 nach der Seite. Zum Einrichten des Peilgerätes 2 nach der Seite dient ein weiteres Handrad 10, welches nur auf dieses Peilgerät wirkt.

In F i g. 2 ist der in F i g. 1 dargestellte Entfernungsmesser in der Ansicht von oben gezeichnet, wobei jedoch die beiden Peilgeräte 1 und 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit gestrichelt eingezeichnet sind. Wie aus F i g. 2 mit aller Deutlichkeit hervorgeht, ist mit dem Wärmepeilgerät 2 ein Kollimator 14 starr verbunden. Dieser Kollimator besteht aus einer Lichtquelle 15 und einer Marke 16. Mit dem Wärmepeilgerät 1 ist ein Fernrohr 13 starr verbunden, mit welchem die Kollimatormarke beobachtet wird. Zwischen Kollimator 14 und Fernrohr 13 ist ein Verschiebelinsenkompensator 17 an sich bekannter Bauart angeordnet. Dieser Kompensator besteht aus einer festen Linse 18 sowie einer verschiebbaren Linse 19, zu deren Verschiebung eine Mikrometerschraube 20 dient.

In F i g. 3 ist das Gesichtsfeld 21 des Fernrohres 13 dargestellt, wobei jedoch zwischen Kollimator und Fernrohr kein Verschiebelinsenkompensator angeordnet ist. Das Fernrohr enthält ein Fadenkreuz 22, während die Kollimatormarke aus einem Fadenkreuz 23 besteht. In dem in F i g. 3 dargestellten Fall sind die beiden Wärmepeilgeräte um einen bestimmten Winkel gegeneinander verschwenkt, so daß also die beiden Marken 22 und 23 seitlich gegeneinander versetzt sind. Diese seitliche Verschiebung der beiden Marken ist eine direkte Funktion des Kehrwertes IIE der Entfernung E und man kann deshalb im Gesichtsfeld 21 des Fernrohres 13 direkt eine Entfernungsskala 24 anbringen.

In F i g. 4 ist das Gesichtsfeld 25 des Fernrohres 13 dargestellt, wobei jedoch in diesem Fall die Kolli-

Claims (1)

matormarke aus einer Strichmarke 27 besteht und im Fernrohr eine Doppelstrichmarke 26 angeordnet ist. Der Meßvorgang ist folgender: Der Entfernungsmesser wird zunächst dadurch justiert, daß die Marke 27 durch seitliche Verdrehung eines der beiden Wärmepeilgeräte 1 oder 2 bei auf Unendlich eingegestelltem Verschiebelinsenkompensator symmetrisch zur Doppelstrichmarke 26 gestellt wird. Ist dies erreicht, so stehen die beiden Wärmepeilgeräte 1 und 2 exakt parallel zueinander. Beim eigentlichen Meßvorgang werden zunächst die beiden Wärmepeilgeräte 1 und 2 mittels des Handrades 11 gemeinsam nach der Höhe eingestellt. Danach werden mittels des Handrades 9 die beiden Wärmepeilgeräte 1 und 2 nach der Seite auf das Ziel eingerichtet. Dabei wird das Peilgerät 2 ein wenig von der Zielrichtung abweichen und muß deshalb durch Betätigen des Handrades 10 ebenfalls genau auf das Ziel eingerichtet werden. Währenddessen stellt der Beobachter am Fernrohr 13 durch Drehen der Schraube 20 den Kollimatorstrich 27 symmetrisch zum Doppelstrich 26 ein. An der mit der verschiebbaren Linse 19 des Verschiebelinsenkompensators 17 verbundenen Entfernungsskala kann dann die Entfernung abgelesen werden. Um eine weitere Vereinfachung in der Bedienung des Entfernungsmessers zu erreichen und um die Schnelligkeit der Entfernungsmessung zu steigern, wird eine photoelektrische Nachsteuerung für den Verschiebelinsenkompensator vorgesehen. Der Aufbau dieser Nachsteuerung ist beispielsweise aus F i g. 5 ersichtlich. Das Fernrohr 13 enthält in diesem Fall einen Doppelspalt 28, hinter welchem eine Wechsellichtblende 30 angeordnet ist. Eine Photozelle 31 dient zur Erzeugung eines Wechselstromes, ein Verstärker 32 und ein Gleichrichter 33 dienen zur Verstärkung bzw. Gleichrichtung des Photostromes. Die verschiebbare Linse 19 des Verschiebelinsenkompensators 17 kann mittels eines durch 35 angedeuteten Getriebes verschoben werden, wobei zum Antrieb dieses Getriebes ein Elektromotor 34 dient. Die Wirkungsweise ist folgende: Die Kollimatormarke 16, vorzugsweise eine Strichmarke, wird, wenn beide Wärmepeilgeräte 1 und 2 parallel stehen, auf den Mittelsteg 29 des Doppelspaltes abgebildet. In diesem Fall erhält die Photozelle 31 kein Licht und der Motor 34 steht still. Sobald nun eines der beiden Wärmepeilgeräte aus der Parallelstellungverschwenkt wird, wird die Kollimatormarke nicht mehr auf den Mittelsteg 29, sondern auf einen der Spalte des Doppelspaltes28 abgebildet. Die Wechsellichtblende 30 unterbricht das durch diesen Spalt fallende Licht intermittierend, so daß die Photozelle 31 einen Wechselstrom erzeugt. Dieser Strom wird im Verstärker 32 verstärkt und im Gleichrichter 33 durch Vergleich mit der Phase der Wechsellichtblende 30 phasenabhängig gleichgerichtet. Der entstehende Gleichstrom wird dem Motor 34 zugeführt, welcher über das Getriebe 35 die Verschiebelinse 19 so lange verschiebt, bis die Kollimatormarke 16 wieder auf den Mittelsteg 29 des Doppelspaltes 28 abgebildet wird. Die Polarität des von der Photozelle 31 erzeugten Wechselstromes und damit die Polarität des dem Motor 34 zugeführten Stromes ist abhängig davon, ob die Kollimatormarke auf den linken oder rechten Spalt des Doppelspaltes 28 abgebildet wird. Entsprechend wird auch die Verschiebung der Verschiebelinse 19 automatisch stets in der Richtung erfolgen, daß die Kollimatormarke wieder auf den Mittelsteg 29 hin bewegt wird. Der Motor 34 ist zweckmäßig mit einem weiteren Getriebe gekoppelt, welches zur Bewegung einer Entfernungsskala gegenüber einer festen Ablesemarke dient. Dieses Getriebe ist in F i g. 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. In F i g. 6 ist eine zweckmäßige Anordnung der vom Beobachter zu beobachtenden Ableseinstrumente gezeichnet. Diese Instrumente sind vorteilhaft alle in dem Fußteil 12 des Entfernungsmessers untergebracht. Bei 36 ist die Anzeige des Wärmepeilgerätes 2 sichtbar. Die dargestellten Zacken bezeichnen das Ziel. Bei 37 ist die Anzeige des Wärmepeilgerätes 1 sichtbar. Der Beobachter hat nun also die beiden Wärmepeilgeräte 1 und 2 so lange einzustellen, bis die bei 36 bzw. 37 erscheinenden Zacken zum Markierungsstrich 41 gleichgelegen sind. Mittels der photoelektrischen Nachsteuerung wurde währenddessen, wie beschrieben, der Verschiebelinsenkompensator 17 stets nachgesteuert, wobei der Motor 34 zugleich eine Trommel mit aufgebrachter Entfernungsskala 40 gegenüber einer festen Ablesemarke 39 verdrehte. Der Beobachter kann demzufolge sofort nach erfolgter Einstellung der beiden Wärmepeilgeräte 1 und 2 bei 38 die gemessene Entfernung ablesen. Patentansprüche:

1. Für Ultrarotstrahlung empfindlicher Entfernungsmesser, bei welchem zwei in einem festen Abstand nebeneinander angeordnete Wärmepeilgeräte zur Erfassung des Zieles dienen, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Beide Wärmepeilgeräte sind nach Höhe und zusammen mit ihrem Träger nach Seitenrichtung gemeinsam mittels Verstellvorrichtungen (11 bzw. 9) verstellbar;

b) eines der beiden Peilgeräte (2) ist mittels einer zusätzlichen Verstellvorrichtung (10) gegenüber dem anderen so verschwenkbar, daß nach Einstellung des Zieles in dem einen, stets senkrecht zur Basis verbleibendenden Gerät (1) auch von dem zweiten Gerät (2) das Ziel exakt erfaßbar ist;

c) mit dem zusätzlich verschwenkbaren Peilgerät (2) ist ein senkrecht zur Visierrichtung angeordneter, zur Projektion einer Strichmarke geeigneter Kollimator (14) starr verbunden;

d) mit dem anderen Peilgerät (1) ist, gleichfalls senkrecht zur Visierrichtung angeordnet, ein so ausgebildetes Fernrohr (13) starr verbunden, daß es Beobachtung des projizierten Markenbildes im Vergleich mit einer Normalmarke gestattet;

e) im Strahlengang zwischen Fernrohr (13) und Kollimator (14) ist ein Verschiebelinsenkompensator (17), gekoppelt mit einem Getriebe (20), so verstellbar angeordnet, daß er, nach Art einer Nullmethode, die beim Verschwenken des einen Peilgerätes (2) gegenüber dem anderen Peilgerät (1) bei der Visierung des Zieles durch beide Peilgeräte auftretende Verschiebung des Markenbildes im Gesichtsfeld des Fernrohres (13) meßbar in die der