DE1946864A1

DE1946864A1 - Laserentfernungsmesser

Info

Publication number: DE1946864A1
Application number: DE19691946864
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Rer Nat Roess
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-16
Filing date: 1969-09-16
Publication date: 1971-04-01

Description

Laserentfernungsmesser Mit Laserstrahlen betriebene Entfernungsmesser sind bereits seit längerer Zeit bekannt. Sie beruhen meist auf dem Prinzip der Laufzeitmessung der ausgesandten und am Meßobjekt reflektierten Lichtimpulse. Derartige Entfernungsmesser bedürfen jedoch eines relativ großen meßtechnischen Aufwandes an Elektronik, insbesondere bei Messungen von Entfernungen im Bereich nur einiger Meter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und billig herzustellenden Laserentfernungsmesser anzugeben, der es neben seiner eigentlichen Aufgabe, Entfernungen zu messen, auch gestattet, einen vorgegebenen Entfernungsbereich zu überwachen und stets dann ein signal abzugeben, wenn ein Objekt in diesen Bereich eindringt.
Ausgehend von einem taserentfernungsmesser mit einem optischen Molekularverstärker als Strahlungssender und einem davon räumlich getrennten optischen Empfänger, wird diese Aufgabe gemaß der Erfindung dadurch gelöst, daß der optische Empfänger mit einer Richtungablende ausgestattet ist, die alle Strahlung bis auf einen vorgegebenen Raumwinkelbereich vom Detektor des Empfängers fernhält, so daß der Detektor nur dann ein Signal erhält, wenn sich im Überscbneidungsbereioh des Sendestrahls und des vom optischen Empfänger gebildeten Raumwinkelbereiches ein Objekt befindet, dessen Entfernung vom Strahlungssender aus der relativen Lage des Raumwinkelbereiches zum Sendestrahl bestimmt wird.
Im einfachsten Fall kann dabei der optische Empfänger bzw. der durch den optischen Empfänger festgelegte Raumwinkelbereich zur Messung der Entfernung eines anvisierten Objektes durch den Beobachter so weit dem Sendestrahl entlang gedreht werden, bis die vom Objekt reflektierte Laserstrahlung auf den Detektor fällt, der dann ein Signal abgibt. Die dabei nötige Auswerteelektronik ist hier äußerst unkompliziert. Sie besteht lediglich aus einem für die verwendete Laserstrahlung empfindlichen optoelektronischen Wandler und einem nachgeschalteten Signalgeber. Der Wert der Entfernung wird in dieser Anordnung aus der momentanen relativen Lage des Raumwinkelbereiches zum Send es trahl abgelesen. Die Laserstrahlung ist dabei nicht auf den Bereich des sichtbaren Lichtes beschränkt.
In welchem Maß weitere technische Verfeinerungen angebracht sind, wird durch den Verwendungszweck des Entfernungsmessers bestimmt. So ist es in manchen Anwendun gen günstig, die Drehung des Raumwinkelbereiches relativ zum Sendestrahl automatisch, beispielsweise durch eine Wobbeleinrichtung, durchzuführen. Diese Wobbeleinrichtung wird dabei vorteilhafterweise mit einer Vorrichtung zur Anzeige der Entfernung von im Sende strahl befindlichen ObJ-ekten gekoppelt.
Ohne wesentliche Abänderungen der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich der Laserentfernungsmesser als Überwachungseinrichtung verwenden, die stets dann ein Signal abgibt wenn ein Objekt in einen vorgegebenen Etferxlulabereich eintritt. Diese Aufgabe wird in der Technik beispielsweise bei der Überwachung des PUllstandes in Tanks, beim automatischen Stapeln von Waren oder bei der Kollisionssicherung von mehreren Kränen auf einer gemeinsamen Schiene gestellt. Derartige Aufgaben werden meist mechanisch oder durch Lichtschranken gelöst.
Eine solche Lösung ist jedoch in manchen Fällen nicht praktikabel. Ein typisches Beispiel ist die Auffahrsicherung von Kraftfahrzeugen, wo es gilt, stets dann eine Warnung abzugeben bzw. eine Bremsung einzuleiten, wenn ein weiteres Fahrzeug in Fahrtrichtung in einen bestiinmten, nicht mehr zuträglichen Entfernungsbereich gerät.
Eine derartige Überwachungseinrichtung läßt sich auf einfache Weise dadurch erzielen, daß der Öffnungswinkel des Raumwinkelbereiches so groß gewählt ist, daß der berschneidungsbereich von einer vorgegebenen Entfernung bis zum Sender reicht.
Da in solchen Pällen die vorgegebene, maximal zu erfassende Entfernung von äußeren Großen, wie beispiels weise der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt, ist es vorteilhaft, wenn der OffnungsvJinkel des Raumwinkelbereiches steuerbar ist.
Im Sinne einer möglichst wartungsfreien und billigen Anordnung ist es günstig, wenn der Sendestrahl durch eine mit Impulsen hoher Folgefrequenz gespeiste Laserdiode erzeugt wird. Durch Wahl einer speziellen Dotierung des Grundmaterials der Laserdiode ist es möglich, auch bei Temperaturen über 0 C eine befriedigende Ausgangsleistung zu erzielen.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Anordnung soll das Prinzip der Entfernungsinessung noch näher erläutert werden.
Die wesentlichen Bestandteile des Laserent-fernungsmessers sind der Sender S und der Empfänger E. Der Empfänger besteht im wesentlichen aus einem2 durch einen optoelektronischen Wandler W gebildeten Detektor, dem eine Anzeigevorrichtung A nachgeschaltet ist und einer aus zwei Linsen L1 und L2 zusammengesetzten Optik Op mit einer Richtungsblende B. Die Richtungsblende B ist in der gemeinsamen Brennebene der beiden Linsen L1 und L2 angeordnet und als Toch- oder Schlitzblende mit veränderbarer Öffnungsweite ausgebildet.
Die Öffnungsweite der Richtungsblende bestimmt den Öffnungswinkel des von der Optik Op bzw. dem optoelektronischen Wandler W erfaßten Raumwinkelbereichs.
Die relative Lage des Raumwinkelbereiches zur Optik wird bestimmt durch die Lage der Öffnung der Richtungsblende in der Brennebene und ist durch eine entsprechend bewegliche Lagerung variabel gestaltet. Der Raumwinkelbereich ist hier durch die beiden, den Winkel a einschließenden Geraden, dargestellt. Der optoelektronische Wandler W spricht nur auf Strahlung aus dem Sender S an2 was durch eine im optischen Strahlengang angeordnete Filterscheibe F mit Bandpaßcharakter erreicht ist Zur Messung der Entfernung des Objektes 0 vom Sender S wird der Sendestrahl St auf das Objekt gerichtet. Dieses streut die auffallende Strahlung in verschiedene Raumrichtungene Der Empfänger E wird nun so lange entlang dem Sendestrahl gedreht, bis die Anzeigevorrichtung h, angesteuert durçh den optoelektronischen Wandler W, ein Signal an seinen Ausgang liefert. In dieser momentanen Lage wird das Objekt O von dem Raumwinkelbereich erfaßt Alus dem Winkel zwischen Sende- und Empfangs strahl kann direkt die Entfernung des Objektes 0 vom Sender S bestimmt werden.
Bei der bereits geschilderten Verwendung des Laserentfernungsmessers als Kraftfahrzeug-Auffahrsicherung ist der Winkel a des Raumwinkelbereiches so groß gewählt, daß Streus-trahlung von Objekten innerhalb des Bereiches vom Sender bis zu einer maximal zu erfassenden Entfernung den optoelektronischen Wandler erreichen kann.
1 Figur 6 Patentansprüche

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Laserentfernungsmesser mit einem optischen Molekularverstärker als Straiilungssender und einem davon räumlich getrenntenoptischen Empfänger, d a d u r c h g e k e n n z c i c h n e t , daß der optische Empfänger mit einer Richtungsblende (B) ausgestatt-et ist, die alle Strahlung bis auf einen vorgegebenen Raumwinkelberoich vomDetoktor des Empfängers (E) fernhält, so daß der Detektor nur dann ein Signal erhält, wenn sich im Uberschneidungsbereich des Sendestrahls und des vom optischen Empfänger gebildeten Raumwinkelbereichs ein Objekt (o) befindet, dessen Entfernung vom Strahlungssender durch die relative Lage des Raumwinkelbereiches zum Sendestrahl bestimmt ist.
2. Laselen-tfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennæoichnet, daß zur periodischen Änderung der relativen Lage des Raumwinkelbereiches des Empfängers zum Sendestrahl eine Wobbelvorrichtung vorgesehen ist, die mit einer Vorrichtung zur Anzeige der Entfernung von im Bereich des Sende strahls liegenden Objekten gekoppelt ist.
3. Laserentfernungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Offnungswinkel (α) des Raumwinkelbereiches so groß gewühlt ist, daß der tJberschneidungbereich von einer vorgegebenen maximal zu erfassenden Entfernung bis zum Sender reicht.
4. Laserentfernungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (a) des Raumwinkelbereiches steuerbar ist.
5. Laserenfernungsmesscr nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung als Äuffahrsicherung in einem Kraftfahrzeug diente
6. Laserentfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendestrahl (ist) durch eine mit Impulsen ausreichend hoher Folgefrequenz gespeiste Laserdiode erzeugt ist0 L e e r s e i t e