DE1623512C - Laser Entfernungsmessemnchtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laser-Entfernungsmeßeinrichtung mit einer Laser-Einrichtung zum Erzeugen und Aussenden von Lichtimpulsen und mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der von einem entfernten Zielobjekt reflektierten ausgesendeten Impulse.

Bei der Anwendung von Laser-Einrichtungen zum Bestimmen von Entfernungen wird die Entfernung eines Zielobjektes üblicherweise durch Messen der Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens und dem Zeitpunkt des Empfangs eines reflektierten Impulses erhalten. Das zum Durchführen der Zeitmessung übliche Mittel besteht darin, daß ein Zeitzähler durch ein vom ausgesendeten Impuls abgeleitetes Signal in Gang gesetzt und angehalten wird, wenn der vom Zielobjekt reflektierte Impuls von einem Detektor empfangen wird. Dieses Verfahren bedeutet eine starke Einschränkung bei dem für die Einrichtung zu wählenden Detektor. Um zwischen zwei aufeinanderfolgenden reflektierten Impulsen unterscheiden und eine Entfernungsauflösung erzielen zu können, die der Impulslänge des Signals entspricht, muß die Ansprechzeit des Detektors kleiner sein als die Länge des Impulses..

Einrichtungen mit einem geringen Rauschen, wie

Photovervielfacher, die mit hoher Geschwindigkeit ansprechen, stehen im allgemeinen als Detektor für Strahlungswellenlängen von mehr als 1,2 Mikron nicht zur Verfügung. Daher werden Photonendetektoren wie Pbs, InAs und Ge benutzt, die mit Cu,. Au, Zn oder Cd oder mit Pb Te dotiert sind. Die Ansprechzeit dieser Detektoren liegt in der Größenordnung von einer Mikrosekunde. Damit ein mit einem

5Q Detektor ausgestatteter Empfänger das geringste Rauschen aufweist, muß die Bandbreite des Empfängers gleich dem Kehrwert der Ansprechzeit des Detektors sein, so daß die günstigste Bandbreite ein Megahertz beträgt für eine Ansprechzeit von einer Mikrosekunde bei dem Detektor. In der Praxis muß jedoch die Bandbreite des Empfängers gleich dem oder größer sein

" als der Kehrwert der Ansprechzeit des Detektors. Die verscheidenen Arten des Rauschens sind sämtlich der Quadratwurzel der Bandbreite direkt proportional.

Damit ein Empfänger auf einen reflektierten Laserimpuls mit einer Impulslänge innerhalb von 10 Nanosekunden ansprechen kann, muß die Bandbreite des _t Empfängers mindestens größer sein als oder gleich ' 100 Megahertz. Infolgedessen werden alle Rauschstörungen um das Zehnfache vergrößert.

Lasermaterialien erzeugen Impulse mit einer hohen Energie jenseits der 1,2-Mikron-Empfindlichkeit der Photovervielfacher. Außer für kryogenische Tempe-

ratiiren wurden wegen der Beschränkungen durch die Ansprechzeit noch keine Detektoren entwickelt, die auf die Impulslänge von Q-geschalteten Laserimpulsen für Wellenlängen im infrarot-Band oberhalb 5 Mikron ansprechen. (Bei ß-geschalteten Laserimpulsen steigt das Q des die Laser-Komponenten enthaltenden Resonanzkreises im Resonanzfall um 10" Größenordnungen gegenüber dem Fall, daß sich dieselbe Schaltung nicht in Resonanz befindet.)

Für den Bereich von 1,2 bis 5 Mikron stehen Detektoren mit einer Ansprechzeit von weniger als 1 Mikrosekunde zur Verfügung, sind jedoch für Laserimpulse zum Messen der Entfernung ungeeignet. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Laser-Entfernungsmeßeinrichtung, mit der unter Verwendung herkömmlieher Detektoren eine hohe Entfernungsauflösung erreicht wird.

Dieses Ziel wird mit einer Laser-Entfernungsmeßeinrichtung erreicht, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Synchronisieren der Erzeugung der Laserenergie mitderEmpfangseinrichtungunddadurch, daß die Empfangseinrichtung eine Ablenkeinrichtung aufweist, die eine Ablenkung der zurückkehrenden Energieimpulse um einen Winkel bewirkt, der der Zeit zwischen der Erzeugung und der Rückkehr der impulse proportional ist.

Die empfangenen Impulse werden über einen vorgewählten Winkel hinweg auf eine Detektoreinrichtung abgelenkt, z. B. auf eine Anordnung von Phötospannungszellen oder auf eine Matrize von Detektoren. Die Anordnung bei der Detektoreinrichtung kann so gewählt werden, daß eine Reihe von auf Abstand stehenden Detektoren einer weiteren Reihe von auf Abstand stehenden Detektoren gegenübersteht, die jedoch in bezug auf die erste Reihe seitlich so verschoben ist, daß die Abstände von den Detektoren der zweiten Reihe überdeckt werden;; Auf diese Weise werden alle Stellen im Raum besetzt, und wenn ' ein Impuls zwischen die Detektoren der ersten Reihe fällt, so stößt er auf die zweite Reihe von Detektoren.

Die mit der Sendeeinrichtung synchronisierte Ablenkeinrichtung kann aus einem sich drehenden oder hin und her schwingenden Reflektor oder aus einem Prisma bestehen, der bzw. das auf der optischen Rückkehrbahn des reflektierten Laserstrahls angeordnet wird. Um ein Hin- und Herschwingen des Reflektors oder des Prismas zu bewirken, kann der piezoelektrische Effekt benutzt, werden, oder es kann für den Antrieb des Reflektors oder des Prismas ein Motor oder eine andere Einrichtung vorgesehen werden, so daß der reflektierte Strahl innerhalb eines vorherbestimmten Winkels abgelenkt wird.

Es ist eine Einrichtung vorhanden, die eine Kompensation einer Abweichung, odereines Fehlers bewirkt, die bzw. der von dem Signal verursacht wird, das unter einem Winkel in bezug auf eine bestimmte primäre optische; Achse im optischen System, des Empfängers zurückkehrt. Der Laserimpuls kann auf der optischen Achse des optischen Systems oder unter einem Winkel in bezug auf die optische Achse reflektiert werden, Im letztgenannten Fall muß eine Kompensation erfolgen, wenn kein Fehler bei der Entfernung eingeführt werden soll. Bei der. Einrichtung nach der Erfindung;hängt weiterhin die Kompensation von dem Winkel in bezug auf die optische Achse ab, unter dem die Laserenergie zurückkehrt. .

Die Erfindung wird nunmehr an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, in den Zeichnungen ist F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Laser-Entfernungsmeßeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. la eine Darstellung einer typischen Wellenform des Ausgangs des Sägezahnwellengenerators nach der Fig. 1, _: :■

F i g. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform eines optischen Systems und des Prismas mit veränderlicher Ablenkung zum Messen des Winkels der Abweichung von der optischen Achse,

F i g. 3 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Einrichtung mit einem sich drehenden Reflektor und die

F i g. 4 eine schaubildliche Darstellung der bei der Einrichtung nach der Erfindung benutzten Detektoranordnung.

Die Fig. 1 zeigt die Laser-Entfernungsmeßein-' richtung nach der Erfindung mit einem Laser-Sender 1 und einem Laser-Detektor 2. Bei der dargestellten Aüsführungsform weist der Sender 1 auf: einen Laserstab 3 mit einem teilweise versilberten Spiegel 3a, eine g-Schalteinrichtung 4, vorzugsweise mit einem drehbaren dachförmigen Reflektor 4a, der eine verspiegelte Außenseite hat, eine optische Einrichtung 5, die die Laserstrahlung auf ein Ziel,richtet, und eine Blitzlichteinrichtung 6 zum Erregen des Laserstabes 3. Der Laserstab kann aus irgendeinem Lasermaterial hergestellt werden, ζ. B. aus Rubin oder aus mit Neodynium dotierten Materialien, die an sich bekannt sind. Die Blitzlichtdinrichtung 6 besteht aus einem Auslöser 7 und einer Blitzlichtlampe 8. Im Betrieb wird das Licht aus der Lichtquelle 28 von der auf der Schalteinrichtung 4 angeordneten sich drehertden Spiegelfläche Aa auf eine Photodiode im Auslöser 7 reflektiert. Der Auslöser 7 zündet die Blitzlichtlampe 8, z. B. eine Wolfram-Blitzlichtlampe, die weißes Licht ausstrahlt.

Das Licht aus der Lampe 8 in der Blitzlichteinrichtung 6 versorgt den Laserstab 3 mit Pumpenenergie. Wird die BHtzlichteinrichtuhg 6 mit Energie versorgt, so erfolgt im Laserstab 3 eine Umschichtung der Ladungsträger, die verstärkt wird, wenn die innere reflektierende Fläche des Reflektors 4 auf den Laserstab 3 optisch ausgerichtet ist. Das-ausgestrahlte Licht wird von der optischen Einrichtung 5 auf das Zielobjekt gerichtet. Die verschiedenen Elemente des Senders 1 sind so synchronisiert, daß der Auslöser 7 die Blitzlichteinrichtüng 8 zündet, kurz bevor der Reflektor der Schalteinrichtung 4 optisch ausgerichtet ist/Der Reflektor der Schalteinrichtung 4 kann z. B. von einenj luftbetriebenen Motor mit einer Drehzahl von 20 000 U/min in Umdrehung versetzt werden.

Bei djeser Ausführungsform der Erfindung kann ferner auch einje andere ß-Schalteinrichtuhg 4 verwendet werden, z. B. ein sich drehendes Prisma, ein sich drehender Reflektor, eine Kerrzelle oder j andere bekannte Vorrichtungen. Die optische. Einrichtung 5, die.die Läserenergie auf ein Zieiobjekt richtet, ist an sich bekannt und braucht daher nicht weiter beschrieben zu werden. ,. : ■ V^: ..'■■ '■.'.■. ■'·.

Dem Sender! ist eine Kopplungseinrichtung 9 zugeordnet, die den. Lasersender .überwacht und die die Sende- und Detektorfunktionen der, Laser-Entfernungsmeßeinrichtung synchronisiert. Im besonderen wird von einem Prisma .oder einer anderen reflektierenden Vorrichtung 27 ein kleiner Teil des von der optischen Einrichtung 5 auf das Zielobjekt gerichteten Lichtes zu einem Photodiodenkreis 9 abgelenkt Bei einer Erregung durch das Licht aus dem Prisma 27

synchronisiert die Kopplungseinrichtung 9 die Laser-Empfangseinrichtung 2, wie später noch beschrieben wird.

Die Laser-Empfangseinrichtung 2 weist auf die veränderlichen Prismen 10 und 11 sowie die Detektoreinrichtungen 12 und 13. Die auf das nicht dargestellte Zielobjekt gerichteten optischen Einrichtungen 20 und 21 sind parallel zu einander angeordnet und zur primären Achse, die den Empfänger 2 mit dem Zielobjekt verbindet, welche optischen Einrichtungen 20 und 21 das reflektierte Licht auf die veränderlichen Prismen 10 und 11 richten. Wenn erforderlich, können zwischen den Prismen 10 und 11 und den Detektoren weitere Linsen vorgesehen werden, die den Lichtstrahl auf die Detektoren fokussieren.

Bei der Ausführungsform nach der F i g. 1 weist der Empfänger 2 einen Sägezahnwellengenerator 22 auf, der auf den Impulsausgang aus der Kopplungseinrichtung 9 anspricht, sowie einen Verstärker 23, der das Signal aus dem Generator 22 auf die gewünschte Amplitude verstärkt.

Die Fig. la zeigt die prismatische Verformung in Abhängigkeit von dem vom Generator 22 erzeugten Signal. Für die Zwecke der Beschreibungen werden gewisse Annahmen aufgestellt. Es wird. z. B. angenommen, daß die Detektoreinrichtungen 12 und 13 aus je 20 Detektoren (A bis T) bestehen und daß jeder Detektor eine Ansprechzeit von 0,75 Mikrosekunden benötigt. Die Detektoren sind in einer Zwillingsbeziehung zur prismatischen Verformung dargestellt. Es wird ferner bei den Laserimpulsen eine Länge von 60 Nanosekunden bei 3 Dezibel angenommen. Ferner wird angenommen, daß die Kurve 29 vom Prisma 10 und die Kurve 30 vom Prisma 11 abgeleitet worden sind.

Wie aus der Fig. la zu ersehen ist, verformt sich das Prisma 10 bei der Drehung im Uhrzeigersinne von einem angenommenen Ursprung R aus von einem angenommenen Mindestwert zu einem angenommenen Höchstwert bei R + 1. Zugleich verformt sich das Prisma 11 bei seiner Drehung im Uhrzeigersinne. Wird ein Laserimpuls 14 empfangen, so wird dieser im Uhrzeigersinne durch das Prisma 10 auf die Detektoren G und F der Detektoreinrichtung 12 abgelenkt. Ebenso wird der Impuls 15 durch das Prisma 11 im Uhrzeigergegensinne auf die Detektoren W und O der Detektoreinrichtung 13 abgelenkt. Die Detektoren erzeugen ungefähr 0,75 Mikrosekunden nach Empfang der Laserimpulse die durch die Kurven 14 und 15 dargestellten Signale. Die Signale werden zur Zählersteuerung 16 geleitet, um die Position der Impulse zu registrieren. Sind die Zeitkonstanten der Detektoren in Ausdrücken der Ansprechzeit bekannt, so können die an sich bekannten Ausgangskreise so eingerichtet werden, daß sie die Entfernung des .Zielobjektes anzeigen, das den Impuls reflektiert hat. . Die beiden Prismen dienen zum Kompensieren von Fehlern oder Abweichungen, die eingeführt werden, wenn die Laserimpulse unter einem von der Hauptachse der optischen Einrichtung abweichenden Winkel empfangen werden.

Die Prismen 10 und 11 werden aus einem piezoelektrischen Material hergestellt, daß sich auf Grund eines Signals aus dem Verstärker 23 um einen vorherbestimmten Wert verformt.

Das Prisma 10 ist so ausgerichtet, daß bei Zuführung eines Impulses aus dem Verstärker 23 das aus der tiptischen -Einrichtung 20 empfangene Licht um einen vorherbestimmten Wert in einer vorherbestimmten Richtung, z. B. im Uhrzeigersinne, abgelenkt wird. Das Prisma 11 ist so ausgerichtet, daß bei Zuführung eines Impulses aus dem Verstärker 23 das aus der

5 optischen Einrichtung 21 empfangene Licht in der entgegengesetzten Richtung abgelenkt wird, d. h. im Uhrzeigergegensinne, wobei der Wert der Ablenkung in beiden Fällen vorzugsweise der gleiche ist. Beide Prismen 10 und 11 sprechen auf denselben

ίο Impuls an.

Jede Detektoreinrichtung 12 und 13 enthält eine Anzahl von Detektoreinheiten, die mit Abstand voneinander angeordnet sind. Wie aus der F i g. 4 zu ersehen ist, weist jede Einheit eine Anzahl einzelner Zellen 17 auf, die mit Abstand voneinander in den Höhenlagen 31 und 32 angeordnet sind. Auf diese Weise kann das Licht entweder auf Höhenstufe 31 oder durch die transparente Schicht 46 hindurch auf die versetzten Zellen der Höhenstufe 32 gerichtet werden. Die Fig. 4a zeigt den Detektor 13 in dessen Einzelteile zerlegt.

In jeder Höhenstufe 31 oder 32 ist eine Vielzahl einzelner Zelleneinheiten 35 in einer zur optischen Achse senkrechten Richtung mit Abstand voneinander angeordnet. Die beiden Höhenstufen 31 und 32 sind so angeordnet, daß die Bezirke zwischen den Zellen 35 in der Höhenstufe 31 mit den Bezirken der Zellen 35 in der Höhenstufe 32 zusammenfallen. Auf diese Weise wird die Gefahr vermieden, daß ein reflektierter Lichtimpuls auf einen Bezirk zwischen zwei Detektorzellen fallen kann. Bei der in der F i g. 4 dargestellten Zellenanordnung, bei der die Reihe 32 ungefähr um eine halbe Zellenbreite hinter der Reihe 31 liegt, werden alle Stellen im Raum abgedeckt. Die Reihen 31 und 32 können aus Detektoreinrichtungen wie photoelektrischen Zellen oder aus einer Matrize von Detektoren bestehen, diejn der geeigneten Weise miteinander verbunden sind.

Im Betrieb wird von der Sendeeinrichtung 1 ein Energieimpuls in Richtung zu einem Zielobjekt ausgesendet, von diesem reflektiert und von der Empfangseinrichtung 2 empfangen. Das durch die optische Einrichtung 20 eintretende Signal wird auf das Prisma 10 fokussiert. Je nach dem Betriebszustand des Verstärkers 23 lenkt das Prisma 10 das Signal in einer vorherbestimmten Richtung auf eine Stelle der Detektoreinrichtung 12 ab.

Diese Ablenkung ist aus der Fig. 2 zu ersehen, die die optischen Einrichtungen 20 und 21, die Detektoreinrichtungen 12 und 13 und die Prismen 10 und 11 aus der F i g. 1 zeigt. Wenn erforderlich, können weitere Linsen vorgesehen werden, die den ankommenden Strahl nach der Ablenkung durch die Prismen nochmals fokussieren. Die Bahn, die der ankommende Strahl verfolgen würde, wenn das Zielobjekt auf der Hauptachse der Empfangseinrichtung 2 liegen würde, ist in der F i g. 2 mit den unterbrochenen Linien 35, 36 und 37 dargestellt. Bildet die zum Zielobjekt laufende Linie mit der Hauptachse der optischen Einrichtung des Empfängers einen Winkel Φ, so wird das als Vollinie 40 dargestellte zurückkehrende Lasersignal von einem der Prismen 10 oder 11 um einen weiteren Winkel abgelenkt, der dem Winkel zwischen der Ziellinie und der optischen Achse proportional ist.

Die gemessene Entfernung des Raumdetektors weist einen Fehler in einem Bereich auf, der dem Winkel proportional ist, den die Ziellinie mit der Hauptachse der Empfangseinrichtung bildet. ■ '.,'

Wie bereits gesagt, werden die Prismen 10 und 11 auf Grund eines elektrischen Signals aus einem Generator (F i g. 1) während der Periode verformt,- in der ein Energieimpuls ausgesendet und empfangen wird. Diese Verformung bewirkt, daß der zurückkehrende Impuls über einen bekannten Winkel abgelenkt wird, der der Verformung des Prismas proportional ist. Für die Zwecke der Beschreibung wurden die Detektor-. einrichtung und der Ablenkwinkel des Prismas so

sen werden sollen, so wird eine Zählersteuerung 26a verwendet. Die Zählersteuerung setzt den Zähler 26 auf Grund des auf die Detektoreinrichtungen 12 und 13 fallenden reflektierten Strahls außer Betrieb. Die Anzahl der Zählungen, d. h. der vom Zähler 26 gezählten Sägezahnwellen, würde' dann den ungefähren Wert der Entfernung anzeigen, während die Feinmessung des genauen Wertes mit Hilfe der räumlichen Ablenkung erfolgen würde. Angesichts der

groß bemessen, um die gesamte Entfernung des Ziel- io Ansprechgeschwindigkeit einer solchen Anordnung Objektes anzeigen zu können. Liegt das Zielobjekt würde diese nur für sehr große Enfernungen benutzt auf der Hauptachse der Einrichtung, so folgt ein werden.

zurückkehrender Impuls der Bahn 35, 36 und 37 Im Betrieb wird die Entfernung eines Zielobjektes

und wird von den Prismen 10 und 11 auf die entspre- bestimmt durch Umwandlung der zwischen demchenden Detektoreinrichtungen 12 und 13 und auf 15 Aussenden und dem Empfang eines Energieimpulses, die Stellen 38 und 38a .abgelenkt. In jedem Falle verstrichenen Zeit in eine Ablenkung. Wird z. B. erfolgt in den Prismen 10 und 11 eine Brechung des als Ablenkmittel während der genannten Zeit ein sich Lichtes über einen bekannten Winkel, da die Brech- drehender Reflektor benutzt, so dreht sich dieser über zahlen der Prismenmaterialien bekannt sind und da den Winkel Θ. In diesem Falle wird der empfangene der Winkel vorgewählt werden kann, unter dem der 20 Energieimpuls über eine entsprechende Strecke zu Strahl auf das Prisma fällt, .z.B. senkrecht. Bei einer, seitlichen Stelle auf den Detektoreinrichtungen entfernten Zielobjekten werden jedoch die zurück- abgelenkt. Diese Stelle zeigt die Entfernung des Zielkehrenden Impulse während der Verformung der Objektes an.

¹ Prismen 10 und 11 empfangen und von diesen auf die Die nachstehenden Ableitungen zeigen an, in welcher

Detektoren 12 und 13 an den Stellen 39 und 39a 25 Weise die Entfernung eines Zielobjektes durch die geworfen. Die Entfernungen zwischen den Haupt- Einrichtung nach der Erfindung bestimmt wird und.

punkten 38, 38α und den entsprechenden Punkten 39, 39 a sind jedoch nicht gleich groß, da bei der Verformung der Prismen sich deren Brechungswinkel ändert und deren entgegengesetzte Ausrichtung, so 3« daß die Ablenkung über verschiedene Strecken erfolgt. Bildet die Ziellinie zum Zielobjekt mit der Hauptachse der Einrichtung einen Winkel Φ, so werden die zurückkehrenden Signale über einen größeren Winkel abgelenkt, da sich der Auffallwinkel an den Prismen 10 und 11 geändert hat. Für einen Winkel Φ wird daher das Signal am Detektor 12 weiter abgelenkt bis zu den Punkten 40 und 40a, wobei die Ablenkung am Detektor 13 um einen kleineren Winkel erfolgt. Wegen der unterschiedlichen Brechung sind daher die Entfernungen zwischen den Hauptpunkten 38, 38 a und den Punkten 40 und 40a nicht gleich groß. Dadurch, daß die zurückkehrenden Strahlen durch Prismen geleitet werden, die die Strahlen in bezug aufeinander gegensinnig ablenken, kann die richtige Entfernung und der Abweichungswinkel aus den nachstehenden Gleichungen bestimmt werden:

weiche Elemente für den Empfänger 2 zu wählen sind. Für die Zwecke einer Analysis werden die folgenden Definitionen gegeben:

Te = Zeit zwischen Aussendung und Empfang eines Impulses,

r = Radius zwischen dem veränderlichen Prisma oder dem sich drehenden Reflektor urid der Ebene, in der die Detektoreinrichtungen angeordnet sind,

W = Drehgeschwindigkeit des Reflektors oder Schwenkgeschwindigkeit des veränderlichen Prismas in rad/sec,

Q = winkelmäßige Versetzung des Reflektors oder des Prismas während der Zeit T,

R = Entfernung des Zielobjektes, c — Lichtgeschwindigkeit.

Es kann gezeigt werden, daß

Φ —

(R + γΦ) + (-R +

(7)

(8)

2R = cT

dR = cd T/2

ist, wobei dR die kleinste Einheit der Änderung der Bei den obenstehenden Gleichungen sind die in 55 Entfernung des Zielobjektes ist, die von den Detektor-Klammern stehenden Ausdrücke die relativen Signal- zellen ermittelt werden kann. dT entspricht der Impositionen 63 auf den beiden Detektoreinrichtungen. pulsbreite des zurückkehrenden Lasersignals. Der Winkel Φ stellt entweder die Höhe oder den Aus der räumlichen Anordnung der Elemente der

Azimuth in bezug auf die Hauptachse dar, je nach der zusammengesetzten Einrichtung ist ferner zu ersehen, Ausrichtung der veränderlichen Prismen. In der 6o daß

Praxis soll die Ablenkung τΦ in der Größenordnung dQ = WdT (3)

der Ablenkungskomponente R liegen. Wenn das und veränderliche Prisma den rückkehrenden Strahl für je 300 m Entfernung um 2,5° ablenkt, so muß die Einrichtung imstande sein, Abweichungswinkel von der Achse in der Größenordnung von 2,5° behandeln zu können.
Wenn außerordentlich große Entfernungen gemes-

WdB Ic

ist. Da die Ablenkung in der Fokalebene während der Impulsbreite dT gleich rd<9 ist, so ist die Auflösung

209 642/161

9 10

der Entfernung des Zielobjektes durch die Detektor- Im Betrieb leitet das sich drehende Prisma die

einrichtung gleich Aussendung eines Impulses aus dem zuvor aufge

pumpten Laserstab 3 ein und ist daher mit dem emp-

λ σ _ ^SlA^L (S) fangenen Signal synchronisiert. Das Prisma dreht sich

2 Wr ⁵ ·^η der Zeit, in der der Impuls ausgesendet, empfangen

und auf die Detektoreinriehtung 45 reflektiert wird über

Aus der Auflösung der Detektoreinriehtung kann einen bestimmten Winkel. Offensichtlich brauchen die der Radius r nach der folgenden Gleichung berechnet Reflektoren 42 und 43 nicht an dem sich drehenden werden· Prisma angebracht zu sein, wenn zusätzliche Mittel

ίο vorgesehen werden, die eine Synchronisation des sich (r άΘ) drehenden Prismas mit den sich drehenden Reflektoren

'' = — (6) sichern.

¹ ' Bei der Beschreibung der Ausführung nach der

F i g. 3 wurde angenommen, daß das Zielobjekt sich

wobei (r άθ) der Abstand der lichtempfindlichen 15 auf der Hauptachse der Fokussierungs- oder Emp-Elemente der Detektoreinrichtung von Mitte zu Mitte fängeroptiken 20, 21 und 44 bei den Ausführungsgemessen und eine Einheit bildend ist. Für die Zwecke formen nach den F i g. 1 und 3 befindet. Diese Ander Beschreibung sei angenommen, daß W = 400 Hz nähme trifft nicht immer zu, da das Zielobjckt sich und dr=20-10~⁹ Sekunden ist. Unter diesen auch nicht auf der Hauptachse befinden kann, infolge-Bedingungen beträgt der erforderliche Wert für r 20 dessen in der Einrichtung Mittel zum Kompensieren ungefähr 50,8 cm. Wird dieser Wert für r eingesetzt, der Abweichung vorgesehen werden,
so beträgt die Auflösung der Entfernung der Zelle Zum Kompensieren des Abweichungswinkels in

ungefähr 3 m. Mit anderen Worten, der Detektor kann bezug auf die Achse sind in der Einrichtung zusätzliche Entfernungsänderungen von ungefähr 3 m ermitteln. Elemente vorgesehen. Zum Beispiel kann zusätzlich Bei dem obenstehenden Beispiel mußte ferner ange- 25 die Optik 47 und der Reflektor 49 zum Reflektieren nommen werden, daß der gegenseitige Abstand der der zurückkehrenden Impulse auf die Detektorlichtempfindlichen Elemente (F i g. 4), von Mitte zu einrichtung 48 vorgesehen werden.
Mitte gemessen, 0,025 mm beträgt und daß (r άθ) den Die verspiegelten Flächen 42 und 43 werden im

Abstand in der Gleichung, von Mitte zu Mitte ge- Zeitpunkt des Aussendens eines Laserimpulses in messen darstellt. 30 bezug auf die Hauptachse der Empfangsoptik ausge-

Die Anzahl der lichtempfindlichen Elemente in der richtet. In der Zeit Τχ zwischen Aussendung und Fokalebene der Detektoreinriehtung wird von den Empfang dreht sich das Prisma 4 über einen bestimmten Entfernungsbereichen bestimmt, in denen die Einrich- Winkel. Läge das Zielobjekt in einer Entfernung Null tung arbeiten soll. auf der Hauptachse, wie in Verbindung mit der

Die F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfin- 35 F i g. 2 beschrieben, so würde ein Impuls an den dung mit einem sich drehenden Reflektor an Stelle Stellen 38 und 38α auf den Detektorflächen empfangen der zuvor beschriebenen veränderlichen Prismen. werden, d. h., die vom Prisma reflektierten Strahlen

Es wird nur ein Satz Elemente beschrieben, obwohl würden parallel zur Hauptachse verlaufen. Bei einem im Empfangsteil beide Sätze von Elementen dargestellt auf der Hauptachse in einer Entfernung R liegenden sind, die zum Bestimmen des Abweichungswinkels in 40 Zielobjekt wurden die zurückkehrenden Signale bei bezug auf die Achse benutzt werden, wie in bezug auf R oder bei —R ermittelt werden, je nachdem der die F i g. 1 bereits beschrieben wurde. Spiegel sich im Uhrzeigersinne oder im Gegensinne

In der F i g. 3 ist der Sendeteil 1 dargestellt sowie dreht. Liegt jedoch das Zielobjekt nicht auf der Haupteine optische Einrichtung 44 zum Fokussieren des achse, so können die bei der Beschreibung der F i g. 2 zurückkehrenden Impulses auf die reflektierende 45 aufgestellten Gleichungen gleichfalls^ angewendet wer-Fläche 41. Bei der dargestellten Ausführungsform be- den. Die räumlichen Ablenkungen auf den Detektorsteht der sich drehende Reflektor aus einem sich einrichtungen 45 und 48 wären gleich den Ablenkungen drehenden Prisma 4 mit den reflektierenden Flächen 40 und 40a nach der F i g. 3, und es könnten bei einem 42 und 43 an der.Rückseite. Die Detektoreinrichtungen nicht auf der Hauptachse liegenden Zielobjekt die 45 und 48 sind nur schematisch dargestellt. 50 entsprechenden Korrekturen durchgeführt . werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Laser-Entfernungsmeßeinrichtung mit einer Laser-Einrichtung zum Erzeugen und Aussenden von Lichtimpulsen und mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der von einem entfernten Zielobjekt reflektierten ausgesendeten Impulse, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Synchronisieren der Erzeugung der Laserenergie mit der Empfangseinrichtung und dadurch, dai3 die Empfangseinrichtung eine Ablenkeinrichtung (10, 11; 4, 42, 43) aufweist, die eine Ablenkung der zurückkehrenden Energieimpulse um einen Winkel· bewirkt, der der Zeit zwischen der Erzeugung und der Rückkehr der Impulse proportional ist.

2. Laser-Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine optische Einrichtung (20, 21, 44, 47), die die zurückkehrenden Impulse auf die Ablenkeinrichtung (10, 11; 4, 43) fokussiert und eine primäre optische Achse aufweist, und dadurch, daß die Ablenkeinrichtung eine Kompensationseinrichtung (4, 12, 13, 42, 43) aufweist, die Abweichungen kompensiert, welche bei der Rückkehr der ausgesendeten Impulse unter einem Winkel zur genannten optischen Achse auftreten.

3. Laser-Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (41, 44, 47, 49) zum Kompensieren von Abweichungen, die auftreten, wenn der ausgesendete Laser-Impuls unter einem gegen die Hauptachse der Empfangseinrichtung versetzten Winkel zurückkehrt, wobei die Kompensationseinrichtung optische Mittel enthält, die eine Ablenkung des zurückkehrenden Impulses in entgegengesetzte Richtungen bewirken.

4. Laser-Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel mindestens zwei optische Pfade aufweisen.

5. Laser-Entfernungsmeßeinrichtuhg nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel eine Einrichtung (9, 16, 22, 27) aufweisen, die eine Bezugszeit für die Kompensationseinrichtung in Bezug auf den Zeitpunkt des Aussendens des Laser-Impulses festsetzt.

6. Laser-Entfernungsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung eine von den ausgesendeten Impulsen betätigte und sich drehende Einrichtung (4, 10, 11, 42, 43) zum Drehen der Ablenkeinrichtung (10, 11, 42, 43) ist, um eine Ablenkung der zurückkehrenden Energieimpulse zu bewirken, und daß eine zusätzliche Detektoreinrichtung (12, 13, 45, 48) vorgesehen ist, die den Winkel der Ablenkung der zurückkehrenden Impulse anzeigt.

7. Laser-Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detekcinrichtung zwei Sätze von Detektoren (12, 13, 45, 48) enthält und daß die Ablenkeinrichtung zwei reflektierende Mittel (10, 11, 42, 43) aufweist, die sich synchron miteinander drehen, wobei zurückkehrende Laser-Impulse von beiden reflektierenden Mitteln zugleich auf entsprechende Detektoren reflektiert werden zwecks Kompensation von Abweichungen, die von Laser-Impulsen verursacht werden, wenn diese auf die Ablenkeinrichtung unter einem Winkel einfallen, der gegen die Hauptachse der Ablenkeinrichtung versetzt ist.

8. Laser-Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung mindestens zwei Pegel von Detektoreinheiten (31, 32) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und die zurückkehrenden Energieimpulse empfangen.