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Die Erfindung betrifft eine Laserentfernungsmessvorrichtung zur Bestimmung einer Entfernung zu einem Ziel. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Laserentfernungsmessvorrichtung.
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Die Bestimmung der Entfernung zwischen einem Beobachter und einem Ziel kann, insbesondere bei Waffensystemen, mittels Laserentfernungsmessgeräten durchgeführt werden. Laserentfernungsmessgeräte beruhen auf dem Prinzip der Messung der Laufzeit eines optischen Impulses vom Beobachter zum Ziel und zurück vom Ziel zum Beobachter. Aus der Laufzeit des optischen Impulses und der Kenntnis der Geschwindigkeit lässt sich die Entfernung bestimmen. Der optische Puls bzw. Impuls wird von einem Laser erzeugt. Als Lasersender werden sowohl Diodenlaser mit geringer Pulsleistung oder Pulsenergie als auch Riesenimpulslaser mit vergleichbar hoher Pulsleistung und Pulsenergie eingesetzt. Um mit den Diodenlaserentfernungsmessgeräten eine hinreichend große Reichweite erzielen zu können, werden die verwendeten Laser in der Regel mit einer hohen Pulsfolge betrieben und die rückgestreute Energie vieler Laserpulse wird addiert (sogenanntes Sampling-Prinzip). Bei Riesenimpulslasern wird genau ein Laserimpuls emittiert und die rückgestreute Strahlung mit einem Empfänger detektiert.
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Riesenimpulslaser werden in Laserentfernungsmessgeräten eingesetzt, um hohe Reichweiten von mehreren Kilometern zu erzielen. In Abhängigkeit von der Transmission der Atmosphäre und den insbesondere reflektiven Eigenschaften des Ziels können Reichweiten unter günstigen Bedingungen von mehr als 20 Kilometer Entfernung erreicht werden. Trifft der Laserstrahl eines Riesenimpulslasers jedoch auf ein hochreflektierendes Ziel in geringer Entfernung auf, dann ist die reflektierte Pulsenergie so groß, dass es zu einer Zerstörung der Empfangsdiode oder der Empfängerelektronik kommt.
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Der in der
DE 102 15 109 B4 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Laserentfernungsmesser für ein Waffensystem so auszubilden, dass die Empfängerdiode durch eigene Reflexionsstrahlung, nach Anvisieren eines Retroreflektors, nicht zerstört wird. Zur Lösung dieses Problems wird ein Laserentfernungsmesser für ein Waffensystem, eine Empfängerdiode, eine Ein- und Ausschaltvorrichtung sowie ein Schutzfilter aufweisend vorgeschlagen, bei dem der Schutzfilter beim Empfang eines reflektierten ersten Laserimpulses eingeschaltet ist, die Ein- und Ausschaltvorrichtung die Energie eines reflektierten ersten Laserimpulses mit einem Grenzwert vergleicht und ein zweiter Laserimpuls zur Entfernungsmessung ausgesendet wird bei Unterschreitung des Grenzwertes. Durch den verwendeten Schutzfilter ergeben sich jedoch erhebliche Einschränkungen bei den einsetzbaren Lasern.
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Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Laserentfernungsmessvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Laserentfernungsmessvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden, insbesondere ohne Einschränkungen bei den Laserlichtquellen einen Schutz der Empfängereinrichtung vor eigener Reflexionsstrahlung gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Laserentfernungsmessvorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch Anspruch 15 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird eine Laserentfernungsmessvorrichtung zur Bestimmung einer Entfernung zu einem Ziel, insbesondere für ein Waffensystem, vorgeschlagen, wenigstens umfassend:
- – eine erste Laserlichtquelle, welche dazu ausgelegt ist, Laserimpulse mit einer ersten Pulsleistung oder Pulsenergie zu emittieren;
- – eine zweite Laserlichtquelle, welche dazu ausgelegt ist, Laserimpulse mit einer zweiten Pulsleistung oder Pulsenergie zu emittieren, wobei die zweite Pulsleistung oder Pulsenergie der zweiten Laserlichtquelle höher ist als die erste Pulsleistung oder Pulsenergie der ersten Laserlichtquelle;
- – eine Empfängereinrichtung, welche zum Empfang einer von dem Ziel reflektierten Laserimpulsstrahlung ausgelegt ist;
- – eine elektronische Steuereinrichtung zur Ansteuerung der ersten Laserlichtquelle, der zweiten Laserlichtquelle und der Empfängereinrichtung,
- – wobei die elektronische Steuereinrichtung zur Bestimmung der Entfernung zu dem Ziel dazu eingerichtet ist, einen ersten Laserimpuls mittels der ersten Laserlichtquelle zu emittieren, wonach falls mit dem ersten Laserimpuls über die Empfängereinrichtung keine Entfernung zu dem Ziel bestimmbar ist, ein zweiter Laserimpuls mittels der zweiten Laserlichtquelle emittiert wird.
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Zur Vermeidung der Zerstörung des Empfängers wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Laser geringerer Pulsleistung zusätzlich zu einem Laser mit einer hohen Pulsleistung in ein Laserentfernungsmessgerät zu integrieren. Die Pulsleistung des ersten Lasers mit geringer Pulsleistung ist so gewählt, dass die rückreflektierte Strahlung von hochreflektierenden Zielen aus geringer Entfernung nicht zu der Zerstörung des Empfängers führt. Für eine Entfernungsmessung wird nun zunächst ein Laserimpuls geringer Pulsenergie des ersten Lasers emittiert. Lässt sich mit diesem Laserpuls bereits eine Entfernung bestimmen, wird der zweite Laser nicht mehr gezündet. Der Vorgang der Entfernungsmessung ist in diesem Fall bereits abgeschlossen. Lässt sich keine Entfernung mit dem ersten Laserpuls des ersten Lasers bestimmen, ist davon auszugehen, dass kein hochreflektierendes Ziel anvisiert wird und nun der zweite Laser mit hoher Pulsleistung gefahrlos ausgelöst werden kann. Durch den Einsatz des ersten Lasers mit geringer Pulsleistung wird somit wirksam verhindert, dass hochreflektierende Ziele mit dem Laser mit hoher Pulsleistung angepeilt werden und der Empfänger zerstört wird. Hierdurch wird ein wirksamer Schutz der Empfängereinrichtung gewährleistet. Ein Schutzfilter mit entsprechenden Einschränkungen, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann somit entfallen. Darüber hinaus müssen keine Vergleichsrechnungen mit Grenzwerten der Strahlungsintensität durchgeführt werden. Zudem ergibt sich der sehr vorteilhafte Synergieeffekt, dass bei der Detektion eines Ziels mit dem ersten Laserimpuls geringer Energie bereits die Entfernung bestimmt werden kann und somit der zweite Laser mit hoher Pulsleistung nicht mehr gezündet werden muss. Vorliegend wird die Pulsleistung zur näheren Charakterisierung der Laserlichtquellen verwendet. Es könnte mit den notwendigen Änderungen jedoch auch die abgegebene Pulsenergie herangezogen werden.
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Die zweite Pulsleistung der zweiten Laserlichtquelle kann um einen Faktor von größer oder gleich 100 höher sein als die erste Pulsleistung der ersten Laserlichtquelle.
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Die erste Laserlichtquelle kann ein Halbleiterlaser, insbesondere ein Diodenlaser, sein.
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Die erste Laserlichtquelle kann eine Pulsleistung aufweisen, welche in einem Bereich von etwa 1 W bis etwa 10 kW, insbesondere zwischen etwa 3 W und etwa 5 W liegt.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn die erste Pulsleistung oder Pulsenergie der ersten Laserlichtquelle so gewählt ist, dass rückreflektierte Strahlung von insbesondere hochreflektierenden Zielen (Retroreflektoren) in geringer Entfernung nicht zu einer Zerstörung der Empfängereinrichtung führt.
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Die zweite Laserlichtquelle kann ein Riesenimpulslaser, insbesondere ein Festkörperlaser sein. Durch diese Maßnahme können mit der Laserentfernungsmessvorrichtung hohe Reichweiten von mehreren Kilometern erzielt werden.
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Die zweite Laserlichtquelle kann eine Pulsleistung aufweisen, welche in einem Bereich von etwa 0,1 MW bis etwa 10 MW liegt. Hierdurch können Ziele in größeren Entfernungen detektiert werden.
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Die zweite Pulsleistung oder Pulsenergie der zweiten Laserlichtquelle kann so gewählt sein, dass die Entfernung von Zielen in großen Entfernungen, insbesondere von mehreren Kilometern, vorzugsweise größer oder gleich 20 km, bestimmbar ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn die elektronische Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den zweiten Laserimpuls in einem zeitlichen Abstand von etwa 100 µs bis etwa 1 ms, insbesondere von etwa 150 µs nach dem ersten Laserimpuls zu emittieren. Der zeitliche Abstand zwischen der Emission des ersten Laserimpulses und der Emission des zweiten Laserimpulses wird dementsprechend so gewählt, dass Bewegungen des Beobachters oder des Ziels in dieser Zeitspanne nahezu ausgeschlossen werden können.
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Vorteilhaft ist es, wenn die erste Laserlichtquelle und die zweite Laserlichtquelle dazu ausgelegt sind, Laserstrahlung wenigstens annähernd der gleichen Wellenlänge, insbesondere innerhalb eines Toleranzbereichs vorzugsweise von etwa kleiner oder gleich 20 nm zu emittieren.
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Die Wellenlänge beider Laser kann ähnlich sein, so dass der Empfänger die Strahlung beider Laser detektieren kann. Es können auch sogenannte augensichere Wellenlängen ab 1400 nm, vorzugsweise zwischen 1500 und 1600 nm, verwendet werden.
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Erfindungsgemäß kann die Laserentfernungsmessvorrichtung einen gemeinsamen Senderstrahlengang für die erste Laserlichtquelle und die zweite Laserlichtquelle umfassen. Hierdurch wird es ermöglicht, dass die beiden Laser dieselbe Optik bei der Aussendung der Laserimpulse verwenden.
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Die von der ersten Laserlichtquelle oder die von der zweiten Laserlichtquelle abgegebene Laserstrahlung kann in den gemeinsamen Senderstrahlengang eingekoppelt werden. Beispielsweise kann der Strahl der ersten Laserlichtquelle, insbesondere des Diodenlasers, von dem Strahlengang der zweiten Laserlichtquelle, insbesondere des Riesenimpulslasers überlagert werden, so dass beide Laser den gleichen Senderstrahlengang verwenden. Alternativ könnte selbstverständlich auch der Strahl der zweiten Laserlichtquelle, insbesondere des Riesenimpulslasers, von dem Strahlengang der ersten Laserlichtquelle, insbesondere des Diodenlasers überlagert werden. Durch diese Maßnahmen ist nur eine Optik für beide Laser erforderlich. Beide Laserlichtquellen verwenden somit eine gemeinsame Austrittspupille. Hierdurch können Kosten und Bauraum eingespart werden.
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Die von der ersten Laserlichtquelle oder die von der zweiten Laserlichtquelle abgegebene Laserstrahlung kann mittels eines teildurchlässigen oder eines eine Aussparung aufweisenden Spiegels oder mittels eines Polarisators in den gemeinsamen Senderstrahlengang eingekoppelt werden.
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Die Einkopplung bzw. Überlagerung kann beispielsweise mittels eines teildurchlässigen oder halbdurchlässigen Spiegels oder eines eine Aussparung aufweisenden Spiegels (sogenanntes Area-Sharing), aber auch mit weiteren Strahlverbindern oder über entsprechende Polarisation erfolgen.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Empfängereinrichtung zum Empfang von reflektierter Laserstrahlung sowohl der ersten Laserlichtquelle als auch der zweiten Laserlichtquelle ausgelegt ist. Sonach kann ein gemeinsamer Empfänger für beide Laser verwendet werden.
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In Anspruch 15 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Laserentfernungsmessvorrichtung zur Bestimmung einer Entfernung zu einem Ziel, insbesondere für ein Waffensystem, angegeben, bei welchem:
- – die Entfernungsmessung mit der Aussendung eines ersten Laserimpulses oder eines zweiten Laserimpulses durchgeführt wird;
- – ein erster Laserimpuls mit einer ersten Pulsleistung emittiert wird; und
- – ein zweiter Laserimpuls mit einer zweiten Pulsleistung nur dann emittiert wird, wenn mittels des ersten Laserimpulses keine Entfernung zu dem Ziel bestimmt werden konnte, wobei die zweite Pulsleistung des zweiten Laserimpulses, insbesondere um einen Faktor von größer oder gleich 100, höher ist als die erste Pulsleistung des ersten Laserimpulses.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend ist anhand der Zeichnung prinzipmäßig ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessvorrichtung.
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Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Laserentfernungsmessvorrichtung 1 zur Bestimmung einer Entfernung zu einem Ziel, insbesondere für ein nicht dargestelltes Waffensystem, wenigstens umfassend:
- – eine erste Laserlichtquelle TX1, welche dazu ausgelegt ist, Laserimpulse P1 mit einer ersten Pulsleistung zu emittieren;
- – eine zweite Laserlichtquelle TX2, welche dazu ausgelegt ist, Laserimpulse P2 mit einer zweiten Pulsleistung zu emittieren, wobei die zweite Pulsleistung der zweiten Laserlichtquelle TX2 höher ist als die erste Pulsleistung der ersten Laserlichtquelle TX1;
- – eine Empfängereinrichtung 2, welche zum Empfang einer von dem Ziel reflektierten Laserimpulsstrahlung RP ausgelegt ist;
- – ein Auswerteschaltkreis bzw. eine elektronische Steuereinrichtung 3 zur Ansteuerung der ersten Laserlichtquelle TX1, der zweiten Laserlichtquelle TX2 und der Empfängereinrichtung 2,
- – wobei die elektronische Steuereinrichtung 3 zur Bestimmung der Entfernung zu dem Ziel dazu eingerichtet ist, einen ersten Laserimpuls P1 mittels der ersten Laserlichtquelle TX1 zu emittieren, wonach, falls mit dem ersten Laserimpuls P1 über die Empfängereinrichtung 2 keine Entfernung zu dem Ziel bestimmbar ist, ein zweiter Laserimpuls P2 mittels der zweiten Laserlichtquelle TX2 emittiert wird.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Laserlichtquelle TX1 als Halbleiterlaser, insbesondere Diodenlaser, ausgebildet. Die zweite Laserlichtquelle TX2 ist als Riesenimpulslaser, insbesondere Festkörperlaser, ausgeführt.
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Die zweite Pulsleistung der zweiten Laserlichtquelle TX2 kann um einen Faktor von größer oder gleich 100 höher sein als die erste Pulsleistung der ersten Laserlichtquelle TX1.
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Die erste Laserlichtquelle TX1 kann eine Pulsleistung aufweisen, welche in einem Bereich von etwa 1 W bis etwa 10 kW, insbesondere zwischen etwa 3 W und etwa 5 W liegt.
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In vorteilhafter Weise ist die erste Pulsleistung der ersten Laserlichtquelle TX1 so gewählt, dass rückreflektierte Strahlung von reflektierenden oder hochreflektierenden Zielen in geringer Entfernung nicht zu einer Zerstörung der Empfängereinrichtung 2 führt.
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Die zweite Laserlichtquelle TX2 kann eine Pulsleistung aufweisen, welche in einem Bereich von etwa 0,1 MW bis etwa 10 MW liegt.
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Die zweite Pulsleistung der zweiten Laserlichtquelle TX2 kann so gewählt sein, dass die Entfernung von Zielen in großen Entfernungen, insbesondere von mehreren Kilometern, vorzugsweise größer oder gleich 20 km, bestimmbar ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die elektronische Steuereinrichtung 3 eine Laser-Trigger-Einheit 3a und eine Time-Delay-Einheit 3b auf. Die Laser-Trigger-Einheit 3a steuert die Aussendung der Laserimpulse P1, P2 der Laserlichtquellen TX1, TX2. Die elektronische Steuereinrichtung 3 ist dazu eingerichtet, den zweiten Laserimpuls P2 in einem zeitlichen Abstand von etwa 100 µs bis etwa 1 ms, insbesondere von etwa 150 µs, nach dem ersten Laserimpuls P1 zu emittieren. Die Laser-Trigger-Einheit 3a steuert hierzu die Laserlichtquellen TX1, TX2 über die Time-Delay-Einheit 3b an, welche den zeitlichen Abstand bzw. die zeitliche Verzögerung erzeugt.
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Die erste Laserlichtquelle TX1 und die zweite Laserlichtquelle TX2 sind dazu ausgelegt, Laserstrahlung wenigstens annähernd der gleichen Wellenlänge, insbesondere innerhalb eines Toleranzbereichs, vorzugsweise von etwa kleiner oder gleich 20 nm zu emittieren. Die Wellenlänge kann sich in einem Bereich von größer 1400 nm, insbesondere von 1500 bis 1600 nm, bewegen.
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Die erfindungsgemäße Laserentfernungsmessvorrichtung 1 umfasst ferner einen gemeinsamen Senderstrahlengang 4 für die erste Laserlichtquelle TX1 und die zweite Laserlichtquelle TX2. Dadurch können die Laserlichtquellen TX1, TX2 dieselbe Optik bzw. ein gemeinsames Senderobjektiv 4a des Senderstrahlengangs 4 verwenden.
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Die von der ersten Laserlichtquelle TX1 oder die von der zweiten Laserlichtquelle TX2 abgegebene Laserstrahlung kann in den gemeinsamen Senderstrahlengang 4 eingekoppelt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die von der zweiten Laserlichtquelle TX2 abgegebene Laserstrahlung mittels eines teildurchlässigen Spiegels 4b in den gemeinsamen Senderstrahlengang 4 eingekoppelt. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen könnte auch die von der ersten Laserlichtquelle TX1 abgegebene Laserstrahlung in den gemeinsamen Senderstrahlengang 4 eingekoppelt bzw. diesem überlagert werden. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen könnten auch andere optische Elemente zur Strahlverbindung bzw. Überlagerung, beispielsweise ein Spiegel mit einer Aussparung oder ein Polarisator, vorgesehen sein.
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Die Empfängereinrichtung 2 ist zum Empfang von reflektierter Laserstrahlung RP sowohl der ersten Laserlichtquelle TX1 als auch der zweiten Laserlichtquelle TX2 ausgelegt.
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Mit der Laserentfernungsmessvorrichtung 1 kann nun ein Verfahren zum Betreiben der Laserentfernungsmessvorrichtung 1 zur Bestimmung einer Entfernung zu einem Ziel, insbesondere für ein Waffensystem, ausgeführt werden, bei welchem:
- – die Entfernungsmessung mit der Aussendung eines ersten Laserimpulses P1 oder eines zweiten Laserimpulses P2 durchgeführt wird;
- – ein erster Laserimpuls P1 mit einer ersten Pulsleistung emittiert wird; und
- – ein zweiter Laserimpuls P2 mit einer zweiten Pulsleistung nur dann emittiert wird, wenn mittels des ersten Laserimpulses P1 keine Entfernung zu dem Ziel bestimmt werden konnte, wobei die zweite Pulsleistung des zweiten Laserimpulses P2, insbesondere um einen Faktor von größer oder gleich 100, höher ist als die erste Pulsleistung des ersten Laserimpulses P1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laserentfernungsmessvorrichtung
- 2
- Empfängereinrichtung
- 3
- elektronische Steuereinrichtung
- 3a
- Laser-Trigger-Einheit
- 3b
- Time-Delay-Einheit
- 4
- Senderstrahlengang
- 4a
- Senderobjektiv
- 4b
- teildurchlässiger Spiegel
- TX1
- erster Laserlichtquelle
- TX2
- zweite Laserlichtquelle
- P1
- Laserimpuls mit erster Pulsleistung
- P2
- Laserimpuls mit zweiter Pulsleistung
- RP
- reflektierte Laserimpulsstrahlung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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