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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Laser und optischen Mitteln zum Ausweiten des Laserstrahles in einer Ebene, vorzugsweise bei Lichtschranken für ballistische Messungen.
Bei bekannten Anordnungen mit einem Laser und nachgeschalteter Zylinderlinse zum Aufweiten des parallelen Laserstrahles nimmt die Intensität des Laserlichtbündels mit zunehmendem Divergenz- winkel ab. Die Ursache hiefür liegt in der unterschiedlichen Helligkeitsverteilung über dem Quer- schnitt des parallelen Laserstrahls (Gauss'sche Intensitätsverteilung). Diese Abnahme der Intensität ist in manchen Anwendungsfällen, z. B. bei Laserlichtschranken für ballistische Messungen, störend.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu beheben und mit einfachen Mitteln eine optische Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das divergierende Laserlichtbündel eine möglichst gleichmässige Helligkeitsverteilung aufweist.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass zwischen dem Laser und den optischen Mitteln zum Aufweiten des Laserstrahles mindestens ein doppelbrechendes Prisma, vorzugsweise ein Wollaston-Prisma, eingefügt ist, das zur optischen Achse so orientiert ist, dass die Intensitäten der austretenden Teilstrahlen etwa gleich gross sind, so dass sich eine weitgehend konstante Helligkeitsverteilung über den gesamten Divergenzwinkel des Laserlichtbündels ergibt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung können die optischen Mittel zum Aufweiten des Laserstrahles wenigstens eine Zylinderlinse enthalten.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. l eine optische Anordnung nach der Erfindung, Fig. 2 die Helligkeitsverteilung an der Schnittlinie II-II des Laserlichtbündels, Fig. 3 die Anwendung der Erfindung bei einer Laserlichtschranke für ballistische Messungen und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
In Fig. l ist zwischen dem Laser-L-und der Zylinderlinse -Z, -- erfindungsgemä'3 das optische Element angeordnet, das den parallelen Laserstrahl in mehrere Teilstrahlen gleicher Inten- sität aufteilt, ein doppelbrechendes Prisma-PR--, vorzugsweise ein Wollaston-Prisma, das zur optischen Achse so orientiert ist, dass eine weitgehend konstante Helligkeitsverteilung über den gesamten Divergenzwinkel-2w-- des Laserlichtbündels erreicht wird. Gegebenenfalls kann dem Prisma --PR-- ein Beugungsgitter --T1-- zugeordnet sein, das sich zwischen dem Prisma --PR--
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verteilung an der Schnittlinie II-II des Laserlichtbündels-LS--. Eine solche günstige Helligkeitsverteilung ist in vielen Anwendungsfällen erwünscht.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung bietet sich für die Erfindung bei Laserlichtschranken für ballistische Messungen.
Die Fig. 3 und 4 2eigen eine photoelektronische Anordnung zur Messung der Geschwindigkeit fliegender Körper, vorzugsweise von Geschossen. Der Laserstrahl wird hiebei mittels zweier Zylinderlinsen-Z, und Z -ZL. einem dünnen Laserlichtband-LS, --aufgeweitet und mittels zweier Spie- gel-us und U-so umgelenkt, dass zwei zueinander parallele Lichtbänder-LSt/LS-mit genau festgelegtem gegenseitigem Abstand s entstehen. Das Laserlichtband --LS 2- wird mittels einer Zylin- derlinse-Z-einem photoelektronischen Wandler (z. B. einer Photodiode) --P-- zugeführt, dessen analoges Ausgangssignal in einem Verstärker --V-- verstärkt und in einem Trigger-R-- in Rechteckimpulse J,/3,. umgeformt wird.
Der Ausgang des Triggers-R-ist an einen elektronischen Zäh- ler-Z-angeschlossen, der jeweils beim Auftreten eines Impulses J, gestartet und beim Auftreten eines Impulses J gestoppt wird.
Die Ermittlung der Geschwindigkeit von Geschossen-G-- erfolgt in der Weise, dass die Flugzeit t für eine vorbestimmte Strecke-s-der Flugbahn gemessen und der Quotient vs = s/t gebildet wird. Zur Ermittlung der Zeit t ist in Fig. 3 der Zeitzähler-Z-vorgesehen, der durch die elektrischen Impulse J, /J l gestartet bzw. gestoppt wird. Ein Startimpuls J, wird beim Durchflie-
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Das zwischen dem Laser-LS-und der Zylinderlinse -Z, - vorgesehene optische Element - teilt den parallelen Laserstrahl in mehrere Strahlen von im wesentlichen gleicher Intensität auf. Dadurch ergibt sich die gleichmässige Helligkeitsverteilung, wie aus Fig. 2 hervorgeht.
Bei der Überlagerung der Teilstrahlen auftretende Interferenzstreifensysteme wirken sich bei dieser Anordnung nicht störend aus.
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Das optische Element ist, wie in Fig. l dargestellt, ein doppelbrechendes Prisma-PR-- (z. B. ein Wollaston-Prisma), dem ein Beugungsgitter-T'-zugeordnet sein kann.
Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung besitzt folgende Vorteile : Hohe Messgenauigkeit, da die Intensitätsverteilung über den gesamten Divergenzwinkel --2w-- des Laserlichtbündels --LS-- weitgehend konstant ist. Durch die Verwendung nur eines Photodetektors --P--, eines Verstärkers --V-- und eines Triggers-R-sind Messfehler ausgeschaltet, die bei bekannten Anordnungen mit gesonderten Baueinheiten zum Erzeugen zweier Laserlichtbänder durch Phasenlaufzeiten in der Elektronik auftreten können. Ein weiterer Vorteil ist der geringe bauliche Aufwand, da nur ein Laser --L-- und ein Satz der vorgenannten elektronischen Bauelemente --P/V/R-- erforderlich ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung mit einem Laser und optischen Mitteln zum Aufweiten des Laserstrahles in einer Ebene, vorzugsweise bei Lichtschranken für ballistische Messungen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Laser (L) und den optischen Mitteln (Z zum Aufweiten des Laserstrahles ein doppelbrechendes Prisma (PR), vorzugsweise ein Wollaston-Prisma eingefügt ist, das zur optischen Achse so orientiert ist, dass die Intensitäten der austretenden Teilstrahlen etwa gleich gross sind, so dass sich eine weitgehend konstante Helligkeitsverteilung über dem gesamten Divergenzwinkel (Zw) des Laserlichtbündels (LS) ergibt.
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