DE1548482B2

DE1548482B2 - Rück strahlent f ernun-gsmes ser

Info

Publication number: DE1548482B2
Application number: DE19661548482
Authority: DE
Inventors: Hermanus ßerardus de Enschede Winter (Niederlande)
Original assignee: N.V. Optische Industrie De Oude Delft, Delft (Niederlande)
Priority date: 1965-02-03
Filing date: 1966-07-12
Publication date: 1970-03-05
Also published as: NL131544C; CH443703A; GB1088437A; DE1548482A1; NL6501330A; US3533696A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rückstrahlentfernungsmesser mit einem optischen Sender zur Aussendung eines gegen das Ziel gerichteten Lichtsignals, einem ein Empfangsobjektiv und ein lichtelektrisches Element aufweisenden optischen Empfänger für das vom Ziel reflektierte Lichtsignal sowie einer elektrischen Vergleichsvorrichtung zum Herleiten der Zielentfernung aus den ausgesandten und reflektierten Lichtsignalen.

Eine besondere Art solcher Entfernungsmesser bildet diejenige, bei welcher der optische Sender eine zum Abgeben sehr kräftiger impulsförmiger Lichtsignale eingerichtete Laseranordnung und der Empfänger eine dem kleinen Raumwinkel des Laserstrahls entsprechend geöffnete Feldblende aufweist. Bei diesen Geräten wird die Laufzeit des Lichtimpulses bis an das Ziel und zurück zum Empfänger gemessen und daraus die Entfernung des Ziels hergeleitet. Um den Nullpunkt der Zeitmessung zu bestimmen, wird ein Teil des ausgesandten Lichtimpulses abgelenkt und direkt einem lichtelektrischen Element zugeführt, das den elektronischen Zähler startet.

Bisher war es bei Laserentfernungsmessern üblich, zur Erzeugung des Startimpulses ein gesondertes lichtelektrisches Element vorzusehen, das neben dem Laserstrahlengang angeordnet war und dem über einen kleinen Spiegel oder ein Drahtgitter etwas von der Laserstrahlung zugeleitet wurde.

Bei elektrooptischen Entfernungsmessern, die mit amplitudenmodulierten Lichtsignalen arbeiten und die Entfernung aus den Phasenlagen der Sende- und Empfangssignale herleiten, ist es bereits bekannt, das reflektierte Signal und das als Teillichtstrom des ausgesandten Lichtsignals gebildete Vergleichssignal ein einziges lichtelektrisches Element beaufschlagen zu lassen. Damit sollen unterschiedliche Phasenverschiebungen, die bei Verwendung gesonderter Verstärker für die beiden Signale leicht auftreten können und darin zu Fehlmessungen führen würden, vermieden werden.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird eine Rückkopplung des Vergleichssignals zum Empfangsobjektiv mittels eines in den Sendestrahlengang und in den Empfangsstrahlengang ragenden optischen Ablenkelements bewirkt, wobei das Empfangsobjektiv das Vergleichssignal dem lichtelektrischen Element zuleitet.

Die Erfindung geht vom ähnlichen Gedankengang aus, um sich den einfacheren elektrischen Aufbau, der bei Verwendung eines einzigen lichtelektrischen Elements möglich wird, zunutze zu machen. Sie betrifft aber einen Laserentfernungsmesser und hat die Lösung eines nur bei solchen Instrumenten in Erscheinung tretenden Problems zur Aufgabe. Dieses Problem besteht darin, die Ablenkmittel so zu gestalten, daß einerseits ohne eine zeitraubende und mechanisch empfindliche Justierung mit Sicherheit ein Teil des ausgesandten Lichtsignals an das lichtelektrische Element gelangt und andererseits das ausgesandte Laserlicht vor Erreichen des lichtelektrischen Elements die notwendige außerordentlich starke Abschwächung erfährt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das optische Ablenkmittel mindestens eine Ablenkfläche mit derartig zerstreuender Wirkung aufweist, daß ein dem reflektierten Lichtimpuls entsprechend geschwächter Teillichtstrom des ausgesandten Lichtimpulses durch die Feldblendenöffnung an das lichtelektrische Element gelangt.

Durch die Zerstreuung des abgelenkten Lichts in einem großen Raumwinkel tritt mit Sicherheit ein Teil der Strahlungsenergie durch die äußerst kleine Feldblendenöffnung, die z. B. einem Raumwinkel von 1 Milliradian entspricht, hindurch. Dieser Teil ist aber zu gleicher Zeit mit Sicherheit sehr klein, so daß der erforderliche Dämpfungsfaktor in der Größenordnung von 10⁶ bis 10⁸ erreicht werden kann.

ίο Vorzugsweise kann die an das lichtelektrische Element gelangende Lichtmenge noch dadurch geregelt werden, daß mindestens eine der Ablenkflächen zwecks Änderung ihrer wirksamen Oberfläche winkelmäßig einstellbar ist.

Zweckmäßig besteht das Ablenkelement aus einem um seine Achse drehbar gelagerten Stab, der zwei abgeschrägte Endflächen aufweist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und erklärt werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigt

F i g. 1 eine Längsschnittansicht eines Laserentfernungsmessers gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Teilvorderansicht des in F i g. 1 gezeigten Laserentfernungsmessers,

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des in F i g. 2 gezeigten Koppelelements.

Das in F i g. 1 gezeigte Gehäuse 1 besteht aus zwei durch eine lichtdichte Trennwand getrennten Kammern. In der oberen Kammer befindet sich ein Laser 2, während sich in der unteren Kammer ein Fernrohr 3 mit einem Objektiv 4, ein Prismensystem 5 und ein Okular 6 befindet. Die Laser- und die Fernrohrachse liegen parallel zueinander. In der Brennebene des Okulars ist ein Fadenkreuz 7 vorgesehen, mit dem eine Ausrichtung auf das Ziel, dessen Abstand zu messen ist, vorgenommen wird.

Der Laser, der üblicherweise infrarote Strahlung erzeugt, hat in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Rubinstab 8 als aktives Element, das optisch mit Hilfe einer spiralförmigen aufblitzenden Lampe 9 »gepumpt« wird. Mit Hilfe eines Dreieckprismas 10 werden Impulse mit großer Energie und von sehr kurzer Dauer erzeugt. Dieses Prisma begrenzt den Laserraum an einer Seite und kann mit Hilfe von nicht dargestellten Antriebseinrichtungen sehr schnell gedreht werden. Diese Technik ist dem Fachmann unter der Bezeichnung ß-Schaltung bekannt. Der erzeugte impulsförmige Strahl aus monochromatischer kohärenter Strahlung 11 wird auf einen sehr kleinen Raumwinkel konzentriert. Er verläuft genau parallel zur Achse des Fernrohres 3.

Ein paralleler Strahl 12 von vom entfernten Ziel reflektierter Strahlung wird durch das Objektiv 4 gebündelt. In dem konvergenten Strahl hinter dem Objektiv ist ein strahlenbrechendes Prisma 13 angeordnet, das vorteilhafterweise eine Dichroitoberfläche 14 aufweist, die bekanntlich für sichtbares Licht praktisch durchlässig ist, jedoch die infrarote Komponente der auffallenden Strahlung einschließlich der Laserstrahlung selektiv auf das Prisma 15 lenkt. Durch einen engen Bandpaßfilter 16 fällt die Laserstrahlung auf eine Blende 17, die in der Ebene der besten Bündelung angeordnet ist und die eine punktförmige Öffnung entsprechend dem Zielpunkt, auf den der Laserstrahl gerichtet wurde, hat. Die von der Öffnung durchgelassene Strahlung gelangt in einen Fotovervielfacher 18. Während durch das

Okular 6 der ganze Bereich des Fernrohres 3 beobachtet werden kann, empfängt der Fotovervielfacher 18 nur die von einem kleinen Ziel in der Mitte dieses Bereichs reflektierte Laserstrahlung.

Um einen Start- oder Nullimpuls für die Zeitmessung abzuleiten, wird ein Teil der Strahlungsenergie des Laserstrahls 11 direkt mit Hilfe des Stabes 19 auf den Fotovervielfacher 18 rückgekoppelt. Der Stab 19 besteht aus einem Material, das für sind, daß der Reflektor im reflektierten Strahl etwas von der durch den Reflektor im Laserstrahl abgeleiteten Strahlung empfängt. Mindestens einer von diesen Reflektoren hat zerstreuende Eigenschaften, 5 oder ein getrenntes zerstreuendes Element, beispielsweise Mattglas, ist in dem durch die Reflektoren gegebenen optischen Weg vorgesehen. Es kann auch auf einen Reflektor im Laserstrahl verzichtet werden und dort ein zerstreuendes Element irgendeiner Art,

Laserstrahlung durchlässig ist. Sein eines Ende er- io beispielsweise ein Gitter, zusammen mit einem Spiegel streckt sich in den Laserstrahl, während sich das im reflektierten Strahl vorgesehen sein, so daß etwas andere Ende in den reflektierten Strahl 12 erstreckt. Die Befestigung des Stabes 19 erkennt man am besten in Fig. 2, während Fig. 3 die Endbereiche des Stabes im vergrößerten Maßstab zeigt.

Der Stab 19 ist zylindrisch geformt und ist drehbar in einem Loch der Halterung 20 befestigt, die am Gehäuse 1 angebracht ist. Ein gerändelter am Stab befestigter Ring 21 erleichtert dessen Winkeleinstellung, und eine Blattfeder 22 hält den Stab in der 20 förmige Element statt gerade zu sein, auch gebogene gewählten Lage. Endteile und Eingangs- und Ausgangsoberflächen

von der gestreuten Strahlung auf den optischen Empfänger übertragen wird. Vorzugsweise in Anordnungen für militärische Zwecke sollte jedoch ein zerstreuendes Element im Laserstrahl, das Strahlung nach vorn streut, vermieden werden, da dies die Erkennung des Entfernungsmessers durch die feindlichen Truppen erleichtern würde. Zum Schluß sei darauf hingewiesen, daß das beschriebene stab-

Beide Endoberflächen des Stabes 19 sind unter 45° zur Stabachse abgeschrägt (s. F i g. 3). Die Oberfläche 23 ist optisch eben poliert und dient zum vollständigen Reflektieren aller vom Laserstrahl durch die zylindrische Oberfläche des Stabes fallenden Strahlung zur Ausgangsoberfläche 24 hin. Die Ausgangsoberfläche wirkt zerstreuend, beispielsweise durch Anschleifen, so daß die diese Oberfläche erreichende Strahlung in einem großen Raumwinkel gestreut wird, wie durch das Pfeilbündel in F i g. 3 angedeutet. Daher kommt nur ein sehr kleiner Teil dieser Strahlung unter einem solchen Winkel in das Objektiv 4, daß sie durch die Punktöffnung in der Blende 17 in den Fotovervielfacher 18 gelangen kann.

Andererseits braucht der Stab nicht sehr genau eingestellt zu werden, da durch die Zerstreuung an der Oberfläche 24 erreicht wird, daß unter allen Umständen etwas von der Laserstrahlung in den kleinen Winkel fällt, aus dem das Objektiv 4 diese auf die Punktöffnung der Blende 17 bündelt. Die der Anzeigeeinrichtung zugeleitete Energiemenge kann leicht den Erfordernissen der Anzeigeeinrichtung und der zugehörigen Schaltung durch Drehung des Stabes 19 angepaßt werden. Dadurch wird der Winkel, unter dem der Laserstrahl auf die Oberfläche 23 fällt, und damit die wirksame Fläche dieser Oberfläche verändert und damit auch der Prozentsatz an den Stab an der Oberfläche 24 verlassender Strahlung, die möglicherweise in den Fotovervielfacher 18 gelangt. Dies geschieht, da die durch die Oberfläche 24 bewirkte Zerstreuung nicht derart ist, daß die Intensität der resultierenden Strahlung in allen Richtungen gleich ist.

Das gezeigte und beschriebene Gerät kann auf verschiedene Weisen abgeändert werden, ohne daß seine vorteilhafte Arbeitsweise verlorengeht oder daß es nicht mehr unter die Erfindung fällt. Es ist beispielsweise auch erfindungsgemäß, wenn im Laserstrahl und im reflektierten Strahl getrennte kleine Reflektoren verwendet werden, die bezüglich der Strahlachsen unter einem solchen Winkel angeordnet senkrecht zur Strahlachse haben kann, von denen mindestens eine lichtstreuende Eigenschaften haben muß.

Claims

Patentansprüche:

1. Rückstrahlentfernungsmesser mit einem optischen Sender zur Aussendung eines gegen das Ziel gerichteten Lichtsignals, einem ein Empfangsobjektiv und ein lichtelektrisches Element aufweisenden optischen Empfänger für das vom Ziel reflektierte Lichtsignal sowie einer elektrischen Vergleichsvorrichtung zum Herleiten der Zielentfernung aus den ausgesandten und reflektierten Lichtsignalen, bei welchem ein Teil des ausgesandten Lichtsignals mittels eines in den Sendestrahlengang und in den Empfangsstrahlengang ragenden optischen Ablenkelements zum Empfangsobjektiv geleitet und von diesem dem lichtelektrischen Element des Empfängers zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der optische Sender eine zum Abgeben impulsförmiger Lichtsignale eingerichtete Laseranordnung (2) und der Empfänger eine dem kleinen Raumwinkel des Laserstrahls entsprechend geöffnete Feldblende (17) aufweist und daß das optische Ablenkelement (19) mindestens eine Ablenkfläche (23, 24) mit derart lichtzerstreuender Wirkung aufweist, daß ein dem reflektierten Lichtimpuls entsprechend geschwächter Teillichtstrom des ausgesandten Lichtimpulses durch die Feldblendenöffnung an das lichtelektrische Element (18) gelangt.

2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Ablenkflächen (23, 24) zwecks Änderung ihrer wirksamen Oberfläche winkelmäßig einstellbar ist.

3. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement (19) ein um seine Achse drehbar gelagerter Stab ist, der zwei abgeschrägte Endflächen (23, 24) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen