DE10149423B4 - Method and device for measuring distances in optically opaque media - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Messung von Entfernungen in optisch trüben Medien, enthaltend: Senden von Laserpulsen von einem Sender (17) zu einem Objekt (50), wobei sich zwischen dem Sender (17) und dem Objekt (50) ein optisch trübes Medium befindet; Erfassen eines Lichtsignals, das sich aus am optisch trüben Medium zurückgestreuten Photonen und am Objekt (50) reflektierten Photonen der Laserpulse zusammensetzt; Ermitteln des Zeitpunktes, an dem ein Peak (15) in einer zeitlichen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtsignals auftritt, wobei die Intensitätsverteilung im wesentlichen eine Dämpfungskurve darstellt, und Berechnen der Entfernung zwischen dem Sender (17) und dem Objekt (50) aus dem Zeitpunkt des Peaks (15), dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sender zum Objekt ausgesendeten Laserpulse eine Divergenz aufweisen, die im Bereich von 100 μrad bis ca. 0,5 mrad liegt, dass eine periodische Folge von Laserpulsen ausgesendet wird, deren Pulsdauer 0,5 bis 100 Pikosekunden beträgt, und dass die vom Objekt (50) zurückreflektierten Signale durch eine abschnittsweise, schnelle Fouriertransformation eines Amplituden-Zeit-Spektrums herausgefiltert werden.A method of measuring distances in optically opaque media, comprising: transmitting laser pulses from a transmitter (17) to an object (50), wherein there is an optically opaque medium between the transmitter (17) and the object (50); Detecting a light signal composed of photons backscattered on the optically opaque medium and photons of the laser pulses reflected on the object (50); Determining the time at which a peak (15) occurs in a temporal intensity distribution of the detected light signal, the intensity distribution being substantially an attenuation curve, and calculating the distance between the transmitter (17) and the object (50) from the time of the peak (15), characterized in that the emitted from the transmitter to the object laser pulses have a divergence, which is in the range of 100 μrad to about 0.5 mrad, that a periodic sequence of laser pulses is emitted whose pulse duration 0.5 to 100 Picoseconds, and that the signals reflected back from the object (50) are filtered out by a section-wise, fast Fourier transform of an amplitude-time spectrum.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Entfernungen in optisch trüben Medien gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und dem Oberbegriff von Patentanspruch 12. Dabei wird mit einem Sender eine Folge von Laserpulsen zu einem Objekt gesendet und mit einem Detektor ein in Antwort auf die Laserpulse zurückkommendes Lichtsignal erfasst, um aus einer Laufzeit die Entfernung zwischen dem Sender und dem Objekt zu ermitteln.The present invention relates to a method and a device for measuring distances in optically opaque media according to the preamble of claim 1 and the preamble of claim 12. In this case, a sequence of laser pulses is sent to an object with a transmitter and a detector in response detected on the laser pulses light signal to determine the duration of the distance between the transmitter and the object.

Laseroptische Messverfahren zur Bestimmung des Abstandes zu einem Objekt sind in vielen Anwendungen weit verbreitet, da sich große Genauigkeiten erzielen lassen. Bei vielen bekannten Anordnungen zur Entfernungsmessung werden von einem Laser kurze Pulse ausgesandt, die von einem Objekt reflektiert werden. Die Laufzeit der von einem Detektorsystem registrierten zurücklaufenden Pulse ist dann ein Maß für den Abstand.Laser-optical measuring methods for determining the distance to an object are widely used in many applications, since great accuracies can be achieved. In many known arrangements for distance measurement, short pulses are emitted by a laser, which are reflected by an object. The transit time of the returning pulses registered by a detector system is then a measure of the distance.

Dabei werden sehr häufig Festkörperlaser verwendet, die mittels Güteschaltung kurze Pulse im Bereich von einigen Nanosekunden (ns) bis zu einigen zehn ns emittieren. In speziellen Fällen werden auch Pulszüge für solche Messungen eingesetzt, wobei sich dann sehr große Messgenauigkeiten ergeben können.Very often, solid-state lasers are used which emit short pulses in the range of a few nanoseconds (ns) to several tens of ns by means of Q-switching. In special cases, pulse trains are also used for such measurements, which can then result in very large measurement accuracies.

Ein erheblicher Nachteil dieser bekannten Messverfahren besteht jedoch darin, dass diese im allgemeinen nicht in stark streuenden Medien wie Nebel, Rauch etc. angewandt werden können. In diesem Falle ist man bisher gezwungen, beispielsweise Mikrowellen-basierte Radar-Systeme einzusetzen, die dann allerdings nur eine sehr viel geringere Messgenauigkeit bieten können.However, a significant disadvantage of these known measuring methods is that they can generally not be used in strongly scattering media such as fog, smoke, etc. In this case, one has previously been forced, for example, to use microwave-based radar systems, which then can only offer a much lower measurement accuracy.

Die Druckschrift US 5 489 982 A beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Sichtweite, bei dem auch die Entfernung zu einem vorhandenen Hindernis bestimmt wird. Dabei wird ein Laserpuls ausgesendet und der zeitliche Verlauf der Intensität des vom Hindernis reflektierten Laserpulses gemessen. Ein Peak im Intensitätsverlauf wird zur Bestimmung der Entfernung des Hindernisses herangezogen.The publication US 5,489,982 A describes a method for determining the visibility, in which the distance to an existing obstacle is determined. In this case, a laser pulse is emitted and the time course of the intensity of the laser pulse reflected by the obstacle is measured. A peak in the intensity curve is used to determine the distance of the obstacle.

Die Druckschrift US 4 097 148 A beschreibt ein Verfahren zur Laserentfernungsmessung, bei dem ultrakurze Pulse eines modengekoppelten Lasers verwendet werden. Zur Bestimmung der Entfernung werden die detektierten Pulse innerhalb eines Zeitintervalls gezählt. Durch die ultrakurzen Pulse soll die Genauigkeit bei diesen Verfahren verbessert werden.The publication US 4 097 148 A describes a method for laser range finding that uses ultrashort pulses of a mode-locked laser. To determine the distance, the detected pulses are counted within a time interval. The ultrashort pulses are intended to improve the accuracy of these processes.

Die Patentschrift DE 35 40 157 C2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung nach dem Impulslaufzeitprinzip. Dabei wird einleitend das sogenannte TAC-Verfahren (TAC = time-to-amplitude conversion bzw. Zeitamplituden-Umwandlung) zur Einzelpulsmessung erwähnt.The patent DE 35 40 157 C2 describes a method and a device for distance measurement according to the pulse transit time principle. The so-called TAC method (TAC = time-to-amplitude conversion or time-amplitude conversion) for single-pulse measurement is mentioned in the introduction.

Weiter zeigt die Offenlegungsschrift DE 101 03 861 A1 ein Verfahren zum Aufnehmen eines Objektraumes mit einem Laser-Entfernungsmesser nach dem Impuls-Laufzeitverfahren. Durch eine Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtung wird der Objektraum rasterartig abgetastet.Next shows the publication DE 101 03 861 A1 a method of recording an object space with a laser rangefinder according to the pulse transit time method. By a scanning device for deflecting the optical axes of the transmitting and receiving device of the object space is scanned in a grid.

Schließlich sind aus der DE 199 61 855 A1 Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter bekannt, wobei ein Meßsignal in Richtung der Oberfläche des Füllguts ausgesendet und an der Oberfläche des Füllguts reflektiert und durch Auswertung des reflektierten Echosignals der Füllstand bzw. eine Füllstandsänerung des Füllguts im Behälter bestimmt wird. Das Meßsignal können dabei gepulste Mikrowellen, Ultraschallwellen oder gepulste Laserstrahlen sein. Es ist vorgesehen, dass der zeitliche Verlauf des Echosignals erfasst, das im Zeitbereich erfasste Echosignal in den Frequenzbereich transformiert und anhand einer Änderung der Phasenlage des Echosignals im Frequenzbereich die Füllstandshöhe bzw. eine Änderung der Füllstandshöhe bestimmt wird. Weiter kann vorgesehen sein, dass daß für den Fall hochfrequenter Meßsignale das im Zeitbereich ermittelte Echosignal durch sequentielle Abtastung aus dem Hochfrequenzbereich in den Niederfrequenzbereich transformiert wird und dass das in den Niederfrequenzbereich transformierte Echosignal einer Fourier-Transformation unterzogen wird. Der Vorteil der Transformation der hochfrequenten Signale in den Niederfrequenzbereich wird darin gesehen, dass kostengünstige Hardware zur Auswertung herangezogen werden kann. Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung wird in der Druckschrift vorgeschlagen, dass in einem ersten Verfahrensschritt der Füllstand in dem Behälter anhand des zeitlichen Verlaufs des Echosignals ermittelt wird und nachfolgend dann zusätzlich das Echosignal einer Fouriertransformation unterzogen wird, und eine weitere Auswertung im Frequenzbereich erfolgt. Damit soll eine erhöhte Meßgenauigkeit erreicht werden, wenn Mehrwegeausbreitung oder Mehrmodenausbreitung auftritt. Mehrwegeausbreitung soll dabei bedeuteten, dass das Echosignale neben dem eigentlichen Nutzsignal, das an der Oberfläche des Füllguts direkt reflektiert wird, zusätzlich einen Störsignalanteil enthalten, der auf Retroreflexionen des Meßsignals an der Behälterwand oder an sonstigen im Behälterinnenraum befindlichen Einbauten zurückzuführen ist.Finally, from the DE 199 61 855 A1 Method and device for determining the filling level of a filling material in a container known, wherein a measuring signal emitted in the direction of the surface of the medium and reflected on the surface of the medium and determined by evaluation of the reflected echo signal, the level or a filling level of the filling material in the container. The measuring signal may be pulsed microwaves, ultrasonic waves or pulsed laser beams. It is envisaged that the chronological course of the echo signal is detected, the echo signal detected in the time domain is transformed into the frequency domain, and the fill level level or a change in fill level height is determined on the basis of a change in the phase position of the echo signal in the frequency domain. It can further be provided that, in the case of high-frequency measurement signals, the echo signal determined in the time domain is transformed from the high-frequency range into the low-frequency range by sequential sampling, and the echo signal transformed into the low-frequency range is subjected to a Fourier transformation. The advantage of transforming the high-frequency signals into the low-frequency range is seen in the fact that inexpensive hardware can be used for the evaluation. According to yet another embodiment, it is proposed in the document that, in a first method step, the level in the container is determined on the basis of the time profile of the echo signal and subsequently the echo signal is subsequently subjected to a Fourier transformation, and a further evaluation takes place in the frequency domain. Thus, an increased measurement accuracy is to be achieved when multipath propagation or multimode propagation occurs. Multipath propagation is intended to mean that the echo signals in addition to the actual useful signal, which is directly reflected on the surface of the medium, additionally contain a Störsignalanteil, which is due to retroreflections of the measuring signal to the container wall or other located in the container interior fittings.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur laseroptischen Entfernungsmessung anzugeben, womit der Abstand von Objekten auch in stark streuenden Medien mit höherer Präzision bestimmt werden kann.It is the object of the present invention to provide a method and an apparatus for laser-optical distance measurement, whereby the Distance of objects can also be determined in highly scattering media with higher precision.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Messung von Entfernungen in optisch trüben Medien gemäß Patentanspruch 1 und durch die Vorrichtung zur Messung von Entfernungen in optisch trüben Medien gemäß Patentanspruch 12.This object is achieved by the method for measuring distances in visually opaque media according to claim 1 and by the device for measuring distances in visually opaque media according to claim 12.

Weitere vorteilhafte Details und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Further advantageous details and features of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Entfernungen in optisch trüben Medien umfasst:
Senden von Laserpulsen von einem Sender zum einem Objekt; wobei sich zwischen dem Sender und dem Objekt ein optisch trübes Medium befindet; Erfassen eines Lichtsignals, das sich aus am optisch trüben Medium zurückgestreuten Photonen und am Objekt reflektierten Photonen der Laserpulse zusammensetzt; Ermitteln des Zeitpunktes, an dem ein Peak in einer zeitlichen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtsignals auftritt, wobei die Intensitätsverteilung im wesentlichen eine Dämpfungskurve darstellt; und Berechnen der Entfernung zwischen dem Sender und dem Objekt aus dem Zeitpunkt des Peaks; wobei die vom Sender zum Objekt ausgesendeten Laserpulse eine Divergenz aufweisen, die im Bereich von 100 μrad bis ca. 0,5 mrad liegt, wobei eine periodische Folge von Laserpulsen ausgesendet wird, deren Pulsdauer 0,5 bis 100 Pikosekunden beträgt, und wobei die vom Objekt zurückreflektierten Signale durch eine abschnittsweise, schnelle Fouriertransformation eines Amplituden-Zeit-Spektrums herausgefiltert werden.The inventive method for measuring distances in optically turbid media comprises:
Sending laser pulses from a transmitter to an object; wherein there is an optically opaque medium between the transmitter and the object; Detecting a light signal composed of photons scattered back on the optically opaque medium and photons of the laser pulses reflected on the object; Determining the time at which a peak occurs in a temporal intensity distribution of the detected light signal, the intensity distribution being substantially an attenuation curve; and calculating the distance between the transmitter and the object from the time of the peak; wherein the emitted from the transmitter to the object laser pulses have a divergence, which is in the range of 100 μrad to about 0.5 mrad, wherein a periodic train of laser pulses is emitted whose pulse duration is 0.5 to 100 picoseconds, and wherein the Object back-reflected signals are filtered out by a section-wise, fast Fourier transform an amplitude-time spectrum.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es, den Abstand von Objekten auch in stark streuenden Medien mit sehr hoher Präzision zu bestimmen. Die Pulsfolge ist periodisch, wobei die vom Objekt zurückreflektierten Signale durch eine abschnittsweise, schnelle Fouriertransformation eines Amplituden-Zeit-Spektrums herausgefiltert werden. Es könnten definiert aufeinanderfolgende Laserpulse gesendet und erfasst werden, die miteinander verglichen werden, um den Peak zu ermitteln.By means of the method according to the invention, it is possible to determine the distance of objects even in highly scattering media with very high precision. The pulse sequence is periodic, with the signals reflected back from the object being filtered out by a section-wise, fast Fourier transformation of an amplitude-time spectrum. Defined successive laser pulses could be transmitted and detected, which are compared with one another to determine the peak.

Die Basis hierfür bilden ultrakurze Laserpulse, deren Pulsdauer 0,5 bis 100 Pikosekunden beträgt. Das Auffinden eines kurzen, scharfen Peaks wird wesentlich erleichtert, da eine als Peak identifizierte Stelle im Spektrum auch eine zweite Unregelmäßigkeit in einer definierten Umgebung aufweist.The basis for this is ultrashort laser pulses whose pulse duration is 0.5 to 100 picoseconds. Finding a short, sharp peak is greatly facilitated because a peak identified site in the spectrum also has a second irregularity in a defined environment.

Vorteilhafterweise wird das Lasersignal mit einem Detektor erfasst, dessen Apertur möglichst klein ist. Die Apertur kann beispielsweise einen Durchmesser zwischen 0,5 und 5 cm und bevorzugt zwischen 2 und 3 cm aufweisen. Damit kann eine sehr hohe Genauigkeit erzielt werden.Advantageously, the laser signal is detected by a detector whose aperture is as small as possible. The aperture may for example have a diameter between 0.5 and 5 cm and preferably between 2 and 3 cm. This allows a very high accuracy can be achieved.

Der Laserpuls hat eine Divergenz im Bereich von 100 mrad bis ca. 0,5 mrad. Auch diese Maßnahme dient der weiteren Erhöhung der Genauigkeit und der weiteren Verbesserung des Signal-/Rauschverhältnisses.The laser pulse has a divergence in the range of 100 mrad to about 0.5 mrad. This measure also serves to further increase the accuracy and the further improvement of the signal / noise ratio.

Bevorzugt sind der Sender und der Detektor auf einer gemeinsamen Achse kollinear angeordnet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein möglichst kleiner Raumwinkel erfasst wird. Das erfasste Lichtsignal wird beispielsweise mit einem schnellen TAC-Konverter (Time-To-Amplitude-Konverter) in ein Zeitspektrum transformiert. Vorteilhafterweise hat der Laserpuls eine Wellenlänge bei etwa 1540 nm.Preferably, the transmitter and the detector are arranged collinearly on a common axis. It is particularly advantageous if the smallest possible solid angle is detected. The detected light signal is transformed, for example, with a fast TAC converter (time-to-amplitude converter) into a time spectrum. Advantageously, the laser pulse has a wavelength at about 1540 nm.

Bevorzugt wird der Laserpuls mit einem diodengepumpten ps-Lasersystem, einem Faserlaser oder einem Diodenlaser erzeugt. Vorteilhafterweise hat der Laser eine passive Modenkopplung.Preferably, the laser pulse is generated with a diode-pumped ps laser system, a fiber laser or a diode laser. Advantageously, the laser has a passive mode coupling.

Insbesondere ist es möglich, ein Scannen der Umgebung durchzuführen, um Objektbilder zu erfassen. Beispielsweise wird es durch schnelles Abtasten mit dem Laserstrahl bzw. durch Scanning möglich, die Form des Objekts zu vermessen.In particular, it is possible to perform a scan of the environment to capture object images. For example, fast scanning with the laser beam or scanning makes it possible to measure the shape of the object.

Bevorzugt beträgt die Pulsdauer der Laserpulse 1 bis 20 Pikosekunden. Insbesondere wird ein Bereich zwischen 1The pulse duration of the laser pulses is preferably 1 to 20 picoseconds. In particular, a range between 1

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird eine definierte Folge von Laserpulsen ausgesendet, deren Zeitabstände im rückgestreuten Lichtsignal erfasst werden. Dadurch kann insbesondere eine Verbesserung der Rauschunterdrückung erreicht werden.In a preferred embodiment of the method, a defined sequence of laser pulses is emitted whose time intervals are detected in the backscattered light signal. This can be achieved in particular an improvement of the noise reduction.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Messung der Entfernungen in optisch trüben Medien geschaffen, mit einem Sender zum Aussenden von Laserpulsen zu einem Objekt; einem Detektor zum Erfassen eines in Antwort auf die Laserpulse zurückkommenden Lichtsignals; und einer Analyseeinheit, die aus der zeitlichen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtsignals einen Zeitpunkt ermittelt, an dem ein Peak in der Intensitätsverteilung des erfassten Lichtsignals auftritt, wobei der Zeitpunkt des Peaks zur Bestimmung der Entfernung zwischen dem Sender und dem Objekt verwendet wird, wobei der Sender dazu vorgesehen ist, dass er eine periodische Folge von Laserpulsen aussendet, deren Pulsdauer 0,5 bis 100 Pikosekunden beträgt, deren in Antwort auf die Laserpulse zurückkommendes Lichtsignal vom Detektor detektiert und von der Analyseeinheit analysiert wird, wobei die vom Sender zum Objekt ausgesendeten Laserpulse eine Divergenz aufweisen, die im Bereich von 100 μrad bis ca. 0,5 mrad liegt, und die Analyseeinheit derart ausgestaltet ist, dass die vom Objekt zurückreflektierten Signale durch eine abschnittsweise, schnelle Fouriertransformation eines Amplituden-Zeit-Spektrums herausgefiltert werden.According to a further aspect of the invention, a device is provided for measuring the distances in optically turbid media, comprising a transmitter for emitting laser pulses to an object; a detector for detecting a light signal returning in response to the laser pulses; and an analysis unit which determines, from the temporal intensity distribution of the detected light signal, a time at which a peak occurs in the intensity distribution of the detected light signal, the time of the peak being used to determine the distance between the transmitter and the object, the transmitter It is provided that it emits a periodic sequence of laser pulses whose pulse duration is 0.5 to 100 picoseconds, the light signal coming back in response to the laser pulses detected by the detector and analyzed by the analysis unit, wherein the emitted from the transmitter to the object laser pulses divergence that range from 100 μrad up 0.5 mrad, and the analysis unit is designed in such a way that the signals reflected back from the object are filtered out by a section-wise, fast Fourier transformation of an amplitude-time spectrum.

Durch die Vorrichtung wird es möglich, den Abstand von Objekten auch in stark streuenden Medien mit besonders hoher Präzision zu bestimmen. Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden.By the device, it is possible to determine the distance of objects in highly scattering media with very high precision. In particular, the method according to the invention can be carried out with the device according to the invention.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die besonderen Vorteile erzielt, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits angesprochen sind. Vorteilhafterweise umfasst der Sender einen Laser, der Laserpulse im Bereich von Pikosekunden erzeugt. Durch derart kurze Pulse ergibt sich ein besonders gutes Signal-Rausch-Verhältnis.With the device according to the invention, the particular advantages are achieved, which are already mentioned above in connection with the method according to the invention. Advantageously, the transmitter comprises a laser which generates laser pulses in the range of picoseconds. Such short pulses result in a particularly good signal-to-noise ratio.

Bevorzugt umfasst die Analyseeinheit einen schnellen TAC-Konverter, d. h. einen Time-to-Amplitude-Konverter. Damit können die Detektorsignale in ein Zeitspektrum transformiert werden.Preferably, the analysis unit comprises a fast TAC converter, i. H. a time-to-amplitude converter. Thus, the detector signals can be transformed into a time spectrum.

Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wie es oben bereits beschrieben ist, ausgestattet sein.In particular, the device according to the invention for carrying out the method, as already described above, be equipped.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben, in denenThe invention will be described below with reference to the figures, in which

1 eine prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung zur Detektion eines Objekts im Nebel als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt; 1 a schematic representation of a measuring arrangement according to the invention for the detection of an object in the mist as a preferred embodiment of the invention;

2a eine zeitliche Signalverteilung der Intensität eines im Nebel zurückgestreuten ps-Laserpulses zeigt; 2a shows a temporal signal distribution of the intensity of a backscattered ps laser pulse in the fog;

2b eine zeitliche Signalverteilung eines im Nebel zurückgestreuten ps-Laserpulses zeigt, der Photonen enthält, die an einem im Nebel befindlichen Objekt reflektiert wurden; 2 B shows a temporal signal distribution of a backscattered ps laser pulse containing photons reflected on an object in fog;

3 eine Darstellung zweier Laserpulse gleicher Energie, jedoch verschiedener Pulslänge zeigt; 3 a representation of two laser pulses of the same energy, but different pulse length shows;

4 eine schematische Darstellung eines ns-Laserpulses in Relation zu einem ps-Laserpules zeigt; 4 a schematic representation of an ns laser pulse in relation to a ps laser pules shows;

5 ein Schemabild eines ns-Laserpulses zeigt, der aus vielen einzelnen ps-Laserpulsen zusammengesetzt dargestellt ist; 5 shows a schematic of an ns laser pulse composed of many individual ps laser pulses;

6a den zeitlichen Verlauf der Intensität für einzelne ps-Element-Laserpulse aus dem ns-Laserpuls gemäß 4 zeigt, wobei die jeweils zugehörigen Koordinatensysteme gestrichelt dargestellt sind; und 6a the time course of the intensity for individual ps-element laser pulses from the ns-laser pulse according to 4 shows, wherein the respectively associated coordinate systems are shown in dashed lines; and

6b die aufsummierte gesamte Intensität des in 6a dargestellten ns-Laserpulses in Abhängigkeit von Zeit zeigt. 6b the summed total intensity of the in 6a shows ns-laser pulse as a function of time shows.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Messanordnung 10 zur Detektion eines Objektes 50 im Nebel. Die Messanordnung 10 hat einen Laser 11, der Laserpulse im Pikosekundenbereich aussendet. Über ein Sendeteleskop 12 und einen halbdurchlässigen Spiegel 13 wird der Laserpuls auf einer Strahlachse A auf das Objekt 50 gerichtet, von dem er reflektiert wird. Der zurückreflektierte Laserpuls bildet ein Lichtsignal, das auf derselben Strahlachse A in eine Analyseeinheit 14 der Messanordnung 10 gelangt. Die Messanordnung 10 umfasst einen schnellen Detektor 16 zum Erfassen des zurückreflektierten und im Nebel gestreuten Laserpulses. Die Analyseeinheit 14 ermittelt aus der zeitlichen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtsignals einen Zeitpunkt, an dem ein Peak 15 in der Intensitätsverteilung des erfassten Lichtsignals auftritt. Aus dem Zeitpunkt des Peaks wird die Entfernung zwischen der Messanordnung 10 und dem Objekt 50 bestimmt. 1 shows a schematic diagram of a measuring arrangement 10 for the detection of an object 50 In the fog. The measuring arrangement 10 has a laser 11 which emits laser pulses in the picosecond range. Via a transmission telescope 12 and a half-transparent mirror 13 the laser pulse on a beam axis A on the object 50 directed, from which it is reflected. The reflected back laser pulse forms a light signal on the same beam axis A in an analysis unit 14 the measuring arrangement 10 arrives. The measuring arrangement 10 includes a fast detector 16 for detecting the reflected back and scattered in the fog laser pulse. The analysis unit 14 determined from the temporal intensity distribution of the detected light signal, a time at which a peak 15 occurs in the intensity distribution of the detected light signal. From the time of the peak, the distance between the measuring arrangement becomes 10 and the object 50 certainly.

Dem Detektor 16 ist ein Empfangsteleskop 21 vorgeschaltet, um die zurückgestreuten Photonen in einem möglichst engen Kanal zu erfassen. Das Sendeteleskop 12 vor dem Laser 11 dient ebenfalls der Bildung eines engen Kanals für die Laserpulse. Der Laser 11 bildet mit dem Sendeteleskop 12 einen Lasersender 17. Auf der Einggangsseite der Analyseeinheit 14 befindet sich ein TAC-Konverter 22 (Time-To-Amplitude-Converter) und ein ADC-Wandler 23 (Analog-Digital-Converter). The detector 16 is a reception telescope 21 upstream to capture the backscattered photons in as narrow a channel as possible. The transmitting telescope 12 in front of the laser 11 also serves to form a narrow channel for the laser pulses. The laser 11 forms with the transmitting telescope 12 a laser transmitter 17 , On the input side of the analysis unit 14 there is a TAC converter 22 (Time-to-Amplitude Converter) and an ADC converter 23 (Analog to digital converter).

Nachfolgend wird das Verfahren und seine Wirkungsweise näher erläutert:
In Medien wie beispielsweise Nebel erfährt die von dem Laser 11 bzw. Pulslaser ausgesandte Strahlung durch Mehrfachstreuung eine sehr starke Dämpfung. Die Laser-Photonen werden durch Mehrfachstreuung an den Nebeltröpfchen über einen sehr großen Winkelbereich verteilt, wobei auch zahlreiche Photonen zurückgestreut werden. Ein Bruchteil der vom Laser 11 ausgesandten Photonen trifft auf das in einem bestimmtem Abstand vom Lasersender 17 befindliche Objekt 50.The method and its mode of action are explained in more detail below:
In media such as fog that experiences from the laser 11 or pulse laser emitted radiation by multiple scattering a very strong attenuation. The laser photons are distributed by multiple scattering at the mist droplets over a very large angular range, whereby also numerous photons are scattered back. A fraction of the laser 11 emitted photons hits this at a certain distance from the laser transmitter 17 located object 50 ,

Die auftreffenden Photonen werden von dem Objekt 50 gestreut, wobei je nach Beschaffenheit und Orientierung der Objektoberfläche mehr oder weniger Photonen auch zum Detektor 16 zurückgestreut werden. Der größte Teil der zurückgestreuten Photonen wird wiederum an den Nebeltröpfchen gestreut. Ein geringer Teil der Photonen gelangt auch in die Apertur des Detektors 16, mit dem die Photonen nachgewiesen werden.The incident photons are from the object 50 scattered, depending on the nature and orientation of the object surface more or less photons also to the detector 16 be scattered back. Most of the backscattered photons are scattered by the mist droplets. A small portion of the photons also get into the aperture of the detector 16 , with which the photons are detected.

Durch die breite Verteilung der von den Photonen zurückgelegten Wegstrecken entsteht eine große zeitliche Verbreiterung des ursprünglichen Laserpulses. Diese Verbreiterung liegt im Bereich der Nanosekunden-Zeitskala, was ersichtlich wird, wenn man die sich durch Mehrfachstreuung ergebenden größeren Weglängen betrachtet. Diese Weglängen können typischerweise im Bereich von mehreren cm bis zu einigen 10 cm liegen. Ein Photon legt z. B. in 1 ns etwa 30 cm zurück. In theoretischen Arbeiten wurde diese zeitliche Verbreiterung in Abhängigkeit vom Beobachtungswinkel durch ausführliche Rechnungen beschrieben (K. Altmann: Recursive calculation of time-dependent multiple forward scattering: comparison between small-angle approximation and exact model; SPIE Proc. Vol. 1312, 1990).Due to the broad distribution of the paths covered by the photons, a large temporal broadening of the original laser pulse occurs. This broadening is in the nanosecond timescale range, as seen by the longer path lengths resulting from multiple scattering. These path lengths can typically be in the range of several cm to several tens of cm. A photon lays z. B. in 1 ns back about 30 cm. In theoretical work, this temporal broadening as a function of the angle of observation was described by detailed calculations (K. Altmann: Recursive calculation of time-dependent multiple forward scattering: comparison between small-angle approximation and exact models, SPIE Proc., Vol. 1312, 1990).

Von dem Lasersender 17 wird bei der Durchführung des Verfahrens eine hinreichend große Anzahl von Photonen ausgesandt, von denen auch eine Anzahl von Photonen übrigbleiben, welche den direkten Weg, d. h. den zweifachen Abstand zu dem Objekt 50, bis zur Registrierung im Detektor 16 zurückgelegt haben. Mit diesen Photonen wird der Abstand zu dem im streuenden Medium befindlichen Objekt 50 bestimmt.From the laser transmitter 17 When carrying out the method, a sufficiently large number of photons are emitted, of which a number of photons remain, which are the direct path, ie twice the distance to the object 50 until registration in the detector 16 have covered. With these photons, the distance to the object located in the scattering medium 50 certainly.

Der aus dem Laser 11 und dem Sendeteleskop 12 bestehenden Lasersender 17 und die Detektorapertur sind auf der gemeinsamen Achse (A) kollinear bzw. „on-axis” so angeordnet, so dass nur ein kleiner Raumwinkel der zurückgestreuten Photonen erfaßt wird. Der Detektor 16 weist eine sehr große Bandbreite bzw. eine sehr kurze Anstiegszeit auf, so dass im ps-Bereich ablaufende Vorgänge erfaßt werden (s. Handbook of Optics, McGraw-Hill, Inc., New York, 1995, Vol. 1. Chapt. 17, ”High-speed photodetectors”). Die Detektorsignale werden mit dem schnellen TAC-Konverter 22 in ein Zeitspektrum transformiert.The one from the laser 11 and the sending telescope 12 existing laser transmitter 17 and the detector aperture are arranged on the common axis (A) collinear or "on-axis" so that only a small solid angle of the backscattered photons is detected. The detector 16 has a very large bandwidth or a very short rise time, so that processes occurring in the ps range are detected (see Handbook of Optics, McGraw-Hill, Inc., New York, 1995, Vol. "High-speed photodetectors"). The detector signals are sent to the fast TAC converter 22 transformed into a time spectrum.

Als Laser 11 wird ein kompakter ps-Pulslaser verwendet, mit dem ein ultrakurzer Laserpuls mit hinreichend vielen Photonen ausgesandt wird. Von diesen Photonen erfährt ein großer Teil eine Winkel-, Weg- und Zeitverbreiterung. Durch Rückstreuung eines großen Teils der vom Laser 11 ausgesandten Photonen wird im Detektor 16 eine zeitliche Signalverteilung detektiert, welche typischerweise der in 2a gezeigten entspricht, wenn kein Objekt 50 vorhanden ist.As a laser 11 a compact ps pulsed laser is used to emit an ultrashort laser pulse with a sufficient number of photons. Of these photons, much of them undergo angular, path, and time broadening. By backscattering a large part of the laser 11 emitted photons is in the detector 16 detects a temporal signal distribution, which is typically the in 2a shown corresponds to if no object 50 is available.

2b zeigt dagegen eine Signalverteilung, die auftritt, wenn sich in der direkten Richtung des ausgesandten Laserstrahls das Objekt 50 befindet. Es erscheint in der zeitlichen Signalverteilung der scharfe Peak 15, der von denjenigen Photonen stammt, die den kürzesten Weg vom Lasersender 17 zum Objekt 50 und zurück in den Detektor 16 zurückgelegt haben, d. h., die keine oder nur eine geringe Streuung erfahren haben. 2 B on the other hand shows a signal distribution which occurs when in the direct direction of the emitted laser beam, the object 50 located. It appears in the temporal signal distribution of the sharp peak 15 that comes from those photons that are the shortest path from the laser transmitter 17 to the object 50 and back to the detector 16 who have experienced little or no dispersion.

Dabei wird durch den ultrakurzen Laserpuls und die bevorzugt kleine Apertur des Detektorsystems der Abstand zum Objekt 50 definiert meßbar. Die Dämpfung des Laserstrahles läßt sich mit Hilfe der folgenden Formeln abschätzen (H. S. Stewart and R. F. Hopfield: Atmospheric Effects, in: Applied Optics and Engineering, R. Kingslake, ed., Academic Press, New York, 1965):

Figure DE000010149423B4_0002
In this case, the distance to the object is determined by the ultrashort laser pulse and the preferably small aperture of the detector system 50 defines measurable. The attenuation of the laser beam can be estimated by the following formulas (HS Stewart and RF Hopfield: Atmospheric Effects, Applied Optics and Engineering, R. Kingslake, ed., Academic Press, New York, 1965):
Figure DE000010149423B4_0002

Dabei ist σs der Extinktionskoeffizient, λ die Laserwellenlänge und Vn die Sichtweite. Es gilt mit einer anfangs vorhandenen Intensität I0 für die nach einer Weglänge 2z schließlich noch vorhandene Intensität I: I = I0·exp(–σs·2z) Where σ s is the extinction coefficient, λ is the laser wavelength and V n is the field of view. It applies with an intensity I 0 initially present for the intensity I still remaining after a path length 2z: I = I 0 · exp (-σ s · 2z)

Danach bleibt je nach Sichtweite immer ein bestimmter Bruchteil an nicht gestreuten Photonen übrig, d. h. Photonen, die in der zeitlichen Signalverteilung bei einer Zeit nachgewiesen werden können, die dem zweifachen Abstand zum Objekt 50, d. h. 2z, entspricht. Wesentliche Voraussetzung ist jedoch, dass eine genügend große Anzahl von Photonen in einer hinreichend kurzen Zeit ausgesandt wird, d. h. große Intensität, aber auch gleichzeitig eine hinreichend kleine Pulslänge. Von entscheidender Bedeutung ist hierbei die Zeitskala.After that, depending on the visibility, there is always a certain fraction of non-scattered photons left, ie photons that can be detected in the temporal signal distribution at a time that is twice the distance to the object 50 , ie 2z, corresponds. The essential prerequisite is, however, that a sufficiently large number of photons is emitted in a sufficiently short time, ie high intensity, but at the same time a sufficiently short pulse length. Of crucial importance here is the time scale.

Nur die Photonen, die sich in einem engen Kanal zwischen dem Lasersender 17 und dem Objekt 50 bewegen, sind für die Signalerfassung relevant, denn nur bei diesen Photonen sind Laufzeitdifferenzen im ps-Bereich vorhanden. Dieser Kanal wird durch den ps-Laserpuls einerseits und die kleine Detektorapertur andererseits mit typischerweise 2–3 cm Durchmesser definiert, wobei eine geringe Divergenz des Laserstrahles im Bereich von einigen 100 μrad bis etwa 0.5 mrad zugrundegelegt wird. Weiterhin ist eine eventuell vorhandene Rauhigkeit der Objektoberfläche zu beachten. So würde eine Oberflächenrauhigkeit von 3 mm bei einem 1 ps langen Laserpuls eine Verbreiterung von etwa 10 ps bewirken.Only the photons that are in a narrow channel between the laser transmitter 17 and the object 50 are relevant for the signal acquisition, because only with these photons transit time differences are present in the ps range. This channel is defined by the ps laser pulse on the one hand and the small detector aperture on the other hand, typically 2-3 cm in diameter, with a small divergence of the laser beam in the range of some 100 μrad to about 0.5 mrad is used. Furthermore, any roughness of the object surface must be taken into account. For example, a 3 mm surface roughness would result in a broadening of about 10 ps for a 1 ps laser pulse.

Im Falle gleich großer Pulsenergie des Laserpulses, jedoch mit einer ns-Breite wie in 3 schematisch dargestellt, würden durch die Mehrfachstreuung und die resultierende Signaldämpfung nur sehr wenige Photonen in dem für die Abstandsmessung relevanten Zeitbereich des Spektrums verbleiben. Andererseits wäre durch die große, a priori vorhandene zeitliche Verschmierung des Laserpulses auch ein großer Untergrund vorhanden, d. h., es wäre nur ein sehr kleines Signal/Rausch-Verhältnis möglich.In the case of equal pulse energy of the laser pulse, but with a ns width as in 3 schematically illustrated, would remain due to the multiple scattering and the resulting signal attenuation very few photons in the relevant time for the distance measurement time range of the spectrum. On the other hand, due to the large, a priori temporal smearing of the laser pulse, a large background would also be present, ie only a very small signal-to-noise ratio would be possible.

Auch bei gleich großer Intensität des ns-Laserpulses, was eine um 3–4 Größenordnungen höhere Pulsenergie bedeuten würde und für Anwendungen nicht mehr praktikabel wäre, würde das Verfahren nicht funktionieren. Dies wird ersichtlich, wenn man einen ns-Laserpuls entsprechend 4 gedanklich in viele ps-Pulse zerlegt, wie in 5 gezeigt. Jeder einzelne ps-Puls würde ein Zeitspektrum gemäß 5 generieren. Die resultierende Summe aller Einzelspektren würde nicht nur einen sehr großen Untergrund sondern auch eine starke Verschmierung des Signal-Peaks erzeugen.Even with the same intensity of the ns-laser pulse, which would mean a 3-4-order higher pulse energy and would not be practical for applications, the process would not work. This can be seen by considering a ns laser pulse 4 mentally broken down into many ps pulses, as in 5 shown. Every single ps pulse would have a time spectrum according to 5 to generate. The resulting sum of all individual spectra would not only produce a very large background but also a strong smearing of the signal peak.

6a und b zeigen zur Erklärung des Detektorsignals einen starken ns-Laserpuls, der sich gemäß 5 aus vielen einzelnen ps-Laserpulsen zusammengesetzt darstellen läßt, nach Reflexion an einem Objekt im Nebel. Dabei wird in 6a der zeitliche Verlauf für einige wenige einzelne ps-Element-Laserpulse (aus dem ns-Laserpuls, entsprechend 5, mit jeweils zugehörigem Koordinatensystem, gestrichelt) gezeigt, und in 6b die sich aufsummierende Gesamtintensität. Es läßt sich erkennen, dass ein sehr hoher Untergrund entsteht sowie eine zeitliche Verschmierung des vom Objekt zurückgestreuten Pulses resultiert. 6a and b show a strong ns laser pulse to explain the detector signal 5 composed of many individual ps laser pulses, after reflection on an object in the fog. It will be in 6a the time course for a few individual ps element laser pulses (from the ns laser pulse, corresponding to 5 , with their respective coordinate system, dashed), and in 6b the cumulative total intensity. It can be seen that a very high background occurs and a temporal smearing of the backscattered by the object pulse results.

Für den Laser 11 ist eine Wellenlänge bei etwa 1540 nm besonders geeignet, da hier optimale Bedingungen für die Augensicherheit gewährleistet sind. So liegt die Grenze der Augensicherheit im Falle eines ps-Lasers bei 1013 W/cm2 bzw. 104 J/cm2. Auch gibt es hier empfindliche Detektoren wie z. B. InGaAs- oder Ge-Dioden.For the laser 11 a wavelength at about 1540 nm is particularly suitable, since optimal conditions for eye safety are ensured here. Thus, the limit of eye safety in the case of a ps laser is 10 13 W / cm 2 or 104 J / cm 2 . There are also sensitive detectors such. InGaAs or Ge diodes.

Weiterhin ist diese Wellenlänge im IR günstiger als kürzere Wellenlängen, da die Dämpfung des Laserstrahles geringer ist.Furthermore, this wavelength in the IR is cheaper than shorter wavelengths, since the attenuation of the laser beam is lower.

Für das Meßverfahren eignen sich sehr kompakte diodengepumpte ps-Laser nach dem Stande der Technik, beispielsweise Cr:YAG-Laser, Faserlaser, oder auch Diodenlaser, die mittels passiver Modenkopplung bei dieser Wellenlänge ultrakurze Pulse erzeugen können. Zusätzlich können die Laserpulse durch geeignete Verstärker auf höhere Pulsenergien skaliert werden, so dass im Bedarfsfalle sehr viele Photonen für die Meßpulse bereitgestellt werden können und auch bei sehr dichten streuenden Medien und sehr gering reflektierenden Objekten noch ein hinreichendes Signal-/Rauschverhältnis erreicht wird.Very compact diode-pumped ps lasers according to the prior art are suitable for the measuring method, for example Cr: YAG lasers, fiber lasers or even diode lasers, which can generate ultrashort pulses by means of passive mode-locking at this wavelength. In addition, the laser pulses can be scaled by suitable amplifiers to higher pulse energies so that, if required, a large number of photons can be provided for the measuring pulses and a sufficient signal-to-noise ratio is achieved even with very dense scattering media and objects of very low reflectivity.

Dies sei prinzipiell am Beispiel eines 1 mJ Pulses von 1 ps Länge, entsprechend 1 GW Pulsleistung erläutert, der bei 1540 nm etwa 0.775 × 1016 Photonen enthält. Bei einer Sichtweite von beispielsweise 50 m befindet sich ein Objekt 50 in einer Entfernung z von 100 m vom Laser/Detektor 11 bzw. 16 im Nebel verborgen. Das bedeutet, dass die ungestreuten, nur vom Objekt 50 reflektierten Photonen einen Weg von 200 m zurückgelegt haben, wenn sie auf den Detektor 16 treffen. Gemäß den oben genannten Formeln für die Dämpfung eines Laserstrahls ergibt sich ein Abschwächungsfaktor von 4.89 × 10–6 für diese direkten Photonen, d. h., es bleiben 3.8 × 1010 Photonen übrig. Selbst wenn das zu erkennende Objekt 50 nur einen extrem geringen Bruchteil der auftreffenden Photonen in die Richtung des Laser/Detektor-Systems 10 reflektiert, beispielsweise 10–6, so würden immerhin noch 3.8 × 104 Photonen am Meßsystem 10 ankommen, entsprechend 4.9 mW.This is explained in principle by the example of a 1 mJ pulse of 1 ps length, corresponding to 1 GW pulse power, which contains about 0.775 × 10 16 photons at 1540 nm. At a visibility of, for example, 50 m, there is an object 50 at a distance z of 100 m from the laser / detector 11 respectively. 16 hidden in the fog. That means the unscathed, only from the object 50 Reflected photons have traveled a distance of 200 m when they hit the detector 16 to meet. According to the above-mentioned formulas for the attenuation of a laser beam, an attenuation factor of 4.89 × 10 -6 results for these direct photons, ie 3.8 × 10 10 photons remain. Even if the object to be recognized 50 only an extremely small fraction of the incident photons in the direction of the laser / detector system 10 reflected, for example, 10 -6 , so would still be 3.8 × 10 4 photons on the measuring system 10 arrive, corresponding to 4.9 mW.

Da man im allgemeinen von sehr viel günstigeren Bedingungen für die Reflexion am Objekt 50, d. h. erheblich größerer Rückreflexion, ausgehen kann (beispielsweise hat eine spiegelnde Oberfläche mit einer Normalen parallel zur Laserstrahlachse eine Rückreflexion nahe 1), kann die erforderliche Laserpulsenergie erheblich reduziert werden, beispielsweise in den nJ-Bereich, was bedeutet, dass das Lasersendesystem in einer für Anwendungen besonders gut geeigneten, miniaturisierten Form aufgebaut werden kann.Because you are generally of much more favorable conditions for reflection on the object 50 , ie, having a reflective surface with a normal parallel to the laser beam axis back reflection near 1), the required laser pulse energy can be significantly reduced, for example in the nJ range, which means that the laser transmission system in a for Applications particularly well suited, miniaturized form can be constructed.

Claims (15)

Verfahren zur Messung von Entfernungen in optisch trüben Medien, enthaltend: Senden von Laserpulsen von einem Sender (17) zu einem Objekt (50), wobei sich zwischen dem Sender (17) und dem Objekt (50) ein optisch trübes Medium befindet; Erfassen eines Lichtsignals, das sich aus am optisch trüben Medium zurückgestreuten Photonen und am Objekt (50) reflektierten Photonen der Laserpulse zusammensetzt; Ermitteln des Zeitpunktes, an dem ein Peak (15) in einer zeitlichen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtsignals auftritt, wobei die Intensitätsverteilung im wesentlichen eine Dämpfungskurve darstellt, und Berechnen der Entfernung zwischen dem Sender (17) und dem Objekt (50) aus dem Zeitpunkt des Peaks (15), dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sender zum Objekt ausgesendeten Laserpulse eine Divergenz aufweisen, die im Bereich von 100 μrad bis ca. 0,5 mrad liegt, dass eine periodische Folge von Laserpulsen ausgesendet wird, deren Pulsdauer 0,5 bis 100 Pikosekunden beträgt, und dass die vom Objekt (50) zurückreflektierten Signale durch eine abschnittsweise, schnelle Fouriertransformation eines Amplituden-Zeit-Spektrums herausgefiltert werden.Method for measuring distances in visually opaque media, comprising: transmitting laser pulses from a transmitter ( 17 ) to an object ( 50 ), whereby between the transmitter ( 17 ) and the object ( 50 ) is an optically turbid medium; Detecting a light signal that consists of photons scattered back on the optically opaque medium and the object ( 50 ) composed of reflected photons of the laser pulses; Determining the point in time at which a peak ( 15 ) occurs in a temporal intensity distribution of the detected light signal, wherein the intensity distribution is substantially an attenuation curve, and calculating the distance between the transmitter ( 17 ) and the object ( 50 ) from the time of the peak ( 15 ), characterized in that the emitted from the transmitter to the object laser pulses have a divergence, which is in the range of 100 μrad to about 0.5 mrad, that a periodic sequence of laser pulses is emitted, the pulse duration is 0.5 to 100 picoseconds , and that of the object ( 50 ) reflected back signals by a section, fast Fourier transform an amplitude-time spectrum are filtered out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer der Laserpulse 1 bis 20 Pikosekunden, bevorzugt ca. 1 bis 5 Pikosekunden beträgt.A method according to claim 1, characterized in that the pulse duration of the laser pulses 1 to 20 picoseconds, preferably about 1 to 5 picoseconds. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsignal mit einem Detektor (16) erfasst wird, dessen Apertur einen Durchmesser zwischen 0,5 und 5 cm aufweist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the light signal with a detector ( 16 ) is detected, whose aperture has a diameter between 0.5 and 5 cm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsignal mit einem Detektor (16) erfasst wird, dessen Apertur einen Durchmesser zwischen 2 und 3 cm aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the light signal with a detector ( 16 ) is detected, whose aperture has a diameter between 2 and 3 cm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesendeten Laserpulse und die vom Objekt (50) zurückreflektierten und einer Messanordnung (10) zugeführten Signale auf derselben Strahlachse (A) liegen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the emitted laser pulses and those of the object ( 50 ) and a measuring arrangement ( 10 ) are on the same beam axis (A). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Lichtsignal mit einem schnellen TAC-Konverter (18) in ein Zeitspektrum transformiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detected light signal with a fast TAC converter ( 18 ) is transformed into a time spectrum. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse eine Wellenlänge bei etwa 1540 nm haben.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser pulses have a wavelength at about 1540 nm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse mit einem diodengepumpten ps-Lasersystem, Faserlaser oder Diodenlaser erzeugt werden, der eine passive Modenkopplung aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser pulses are generated with a diode-pumped ps laser system, fiber laser or diode laser having a passive mode-locking. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scannen der Umgebung erfolgt, um Objektbilder zu erfassen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the environment is scanned in order to capture object images. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitabstände der Laserpulse im rückgestreuten Lichtsignal erfasst werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the time intervals of the laser pulses are detected in the backscattered light signal. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei definiert aufeinander folgende Laserpulse gesendet und erfasst werden, die miteinander verglichen werden um den Peak (15) zu ermitteln.Method according to one of the preceding claims, characterized in that two defined successive laser pulses are transmitted and detected, which are compared with one another around the peak ( 15 ) to investigate. Vorrichtung zur Messung von Entfernungen in optisch trüben Medien, mit einem Sender (17) zum Aussenden von Laserpulsen zu einem Objekt (50); einem Detektor (16) zum Erfassen eines in Antwort auf die Laserpulse zurückkommenden Lichtsignals; und einer Analyseeinheit (14), die aus der zeitlichen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtsignals einen Zeitpunkt ermittelt, an dem ein Peak (15) in der Intensitätsverteilung des erfassten Lichtsignals auftritt, wobei der Zeitpunkt des Peaks (15) zur Bestimmung der Entfernung zwischen dem Sender (17) und dem Objekt (50) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (17) dazu vorgesehen ist, dass er eine periodische Folge von Laserpulsen aussendet, deren Pulsdauer 0,5 bis 100 Pikosekunden beträgt, deren in Antwort auf die Laserpulse zurückkommendes Lichtsignal vom Detektor (16) detektiert und von der Analyseeinheit (14) analysiert wird, wobei die vom Sender zum Objekt ausgesendeten Laserpulse eine Divergenz aufweisen, die im Bereich von 100 μrad bis ca. 0,5 mrad liegt, und dass die Analyseeinheit (14) derart ausgestaltet ist, dass die vom Objekt (50) zurückreflektierten Signale durch eine abschnittsweise, schnelle Fouriertransformation eines Amplituden-Zeit-Spektrums herausgefiltert werden.Device for measuring distances in optically opaque media, with a transmitter ( 17 ) for emitting laser pulses to an object ( 50 ); a detector ( 16 ) for detecting a light signal returning in response to the laser pulses; and an analysis unit ( 14 ), which determines from the temporal intensity distribution of the detected light signal a time at which a peak ( 15 ) occurs in the intensity distribution of the detected light signal, wherein the time of the peak ( 15 ) for determining the distance between the transmitter ( 17 ) and the object ( 50 ) is used, characterized in that the transmitter ( 17 ) is arranged to emit a periodic sequence of laser pulses whose pulse duration is 0.5 to 100 picoseconds, the light signal coming back from the detector in response to the laser pulses ( 16 ) and detected by the analysis unit ( 14 ), wherein the laser pulses emitted by the transmitter to the object have a divergence which is in the range of 100 μrad to about 0.5 mrad, and in that the analysis unit ( 14 ) is designed such that the object ( 50 ) back-reflected signals are filtered out by a section-wise, fast Fourier transform of an amplitude-time spectrum. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (17) einen Laser (11) umfasst, der Laserpulse im Bereich von 0,5 bis 100 Pikosekunden erzeugt.Device according to claim 12, characterized in that the transmitter ( 17 ) a laser ( 11 ) which generates laser pulses in the range of 0.5 to 100 picoseconds. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (14) einen schnellen TAC-Konverter (18) umfasst.Apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that the analysis unit ( 14 ) a fast TAC converter ( 18 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (17) und der Detektor (16) derart angeordnet sind, dass die ausgesendeten Laserpulse und die vom Objekt (50) zurückreflektierten und einer Messanordnung (10) zugeführten Signale auf derselben Strahlachse (A) liegen.Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the transmitter ( 17 ) and the detector ( 16 ) are arranged such that the emitted laser pulses and the emitted from the object ( 50 ) and a measuring arrangement ( 10 ) are on the same beam axis (A).
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