DE19733992C2 - Vorrichtung zum Erfassung von über dem Gefahrenpegel liegender Bestrahlungsstärke bei unsichtbaren Strahlungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz gegen Strahlungen, die von Lichtsendern nach dem Oberbegriff des A1 ausgestrahlt werden und in der Nähe ihrer Austrittsstelle, genannt das Nahfeld, unter bestimmten Bedingungen über dem Gefahrenpegel liegen und die maximal zulässige Bestrahlungsstärke, genannt MZB, überschreiten nach der Hauptanmeldung 196 36 626.7-52.

Große Bestrahlungsstärken werden zum Anlasern von weit entfernt liegenden Objekten, beispielsweise zur Objekterkennung bis zu einer Entfernung von mehreren Kilometern, bei schlechten Sichtverhältnissen oder auch nachts angewendet. Die Erfindung nach der o. g. Hauptanmeldung verwendet hierfür einen von Hand verstellbaren und von einer Lichtquelle gespeisten Kollimator, dessen Strahlen im Fernfeld liegende Objekte treffen und ihre Reflektionen in einer dafür vorgesehenen Empfängereinheit auswerten. Die Strahlen sind zwar bis zum Zielobjekt und nach ihrer Reflektion für die Empfängereinheit auf einen gefahrenlosen Pegel abgeschwächt, weisen jedoch in der Nähe der Austrittsstelle für zufällig das sogenannte Nahfeld gelangte Objekte gefährliche Bestrahlungsstärken auf. Die Vorrichtung nach der Erfindung selektiert nun die aus dem Nahfeld kommenden Strahlen von denen aus dem Fernfeld kommenden aus und schaltet beim Auftreten die Schaltschwelle überschreitender Strahlungsstärken den Lichtsender aus.

Zum Empfangen der aus dem Nahfeld kommenden Strahlen verwendet die Vorrichtung einen separaten Halbkugelspiegel als Reflektor, der in seinem Brennpunkt einen Sensor aufweist, um die reflektierten Strahlen zu sammeln und seine Signale nach ihrer Verstärkung an den Lichtsender weiterzuleiten.

Bei ungenauer Justierung des Sensors auf der Symmetrieachse des Halkugelspiegels wird der Sensor von den reflektierten Strahlen nicht ausreichend getroffen, was die Empfindlichkeit dieser Schutzvorrichtung nachteilig beeinflußt. Zu diesem Nachteil addiert sich noch die eingeschränkte Empfangsmöglichkeit der Reflektorfläche durch die zentrische und teilweise innerhalb des Halbkugelraumes vorgenommene Anordnung des Kollimators, wodurch den reflektierten Strahlen ein wesentlicher Empfangsbereich, nämlich im Bereich der Symmetrie­ achse, versperrt bleibt und ein Hantieren am Kollimator für seine optische Verstellung eingeschränkt ist. Um nun die maximal zulässige Bestrahlungsstärke zuverlässig empfangen zu können sind eine praktisch durchführbare Einstellbarkeit der Optik des Kollimators, eine optimale Aufnahmemöglichkeit der reflektierten Strahlen sowie Bauelemente der elektrischen Schaltung mit kleinen Ansprechzeiten zweckmäßig.

Zur Erfüllung dieser Anforderungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung nach der Hauptanmeldung so weiter auszubilden, daß bei vereinfachter Fertigung der Vorrichtung ein optimaler Empfang der aus dem Nahfeld kommenden Strahlen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Duch die achsparallele Verschiebung des Kollimators aus der Symmetrieachse wird Platz geschaffen im Bereich der Symmetrieachse für einfallende Strahlen aus dem Nahfeld, die vom Sensor wirkungsvoller erfaßt werden können. Im anderen Fall könnten Strahlen nur im äußeren Bereich des Spiegels auftreffen, die aber vielfach am Sensor vorbeilaufen, insbesondere auch dann, wenn der Sensor nicht an der für den Empfang der Strahlen günstigsten Stelle angebracht ist. Für den Fall, daß die aus dem Kollimator ausstretenden Strahlen für eine Veränderung ihrer Reichweite in Bezug auf ihre Strahlenstärke verändert werden, muß auch der einzuhaltende Sicherheitsabstand ab der Strahlenaustrittsstelle verändert werden. Eine motorische Verstellbarkeit der Kollimator-Optik erweist sich hierbei als zweckmäßig, da diese mit der Reichweitenverstellung der Lichtquelle und der Einstellung der Schaltschwelle im Sensor-Komparatorschaltkreis schaltungstechnisch gegeneinander abgestimmt wird. Die Anordnung des Kollimators außerhalb des Halbkugelraumes machte die Verwendung eines Stellantriebs für den Kollimator konstruktiv möglich.

Zur Vermeidung von Fremdeinflüssen auf das sehr kleine Eingangssignal des Sensors wird der Sensor unmittelbar in den Vorverstärkerkreis integriert, der zusammen mit Verstärker- und Komparatorschaltkreis auf einer innerhalb des Halbkugelraumes befindlichen Schaltungsplatte aufgebracht ist. Der Sensor mußte deshalb aus seiner Brennpunktlage in die Nähe des Krümmungsmittelpunktes versetzt werden. Um nun die vom Halbkugelspiegel erfaßten Strahlen optimal dem Sensor zuzuführen, ist zunächst der Sensor mit einer Sammellinse versehen. Ferner dient ein über Linse und Sensor gestülptes Glasrohr mit leicht angeätzter Innenwandung dazu, auch die im Halkugelraum reflektierten Strahlen einzufangen, die andernfalls am Brennpunkt vorbeilaufen. Durch die ausreichende Länge des Glasrohres, das sich innerhalb des Halbkugelraumes über fast die gesamte Länge der Symmetrieachse erstreckt, wird der größte Teil der an der Spiegelfläche reflektierten Strahlen vom Glasrohr eingefangen, um dann einmal oder mehrmals an der leicht angeätzten Innenwand bzw. am Parabolspiegel zu reflektieren bis sie schließlich auf die Sammellinse und den Sensor treffen. Durch den Einsatz eines Glasrohres als Strahlensammler können aufwendige Montagearbeiten, wie sie bei einer exakten Einjustierung eines Sensors an der günstigsten Stelle innerhalb des Halbkugelraumes erforderlich sind, entfallen.

Bei einer Empfangseinrichtung nach der DE 35 17 650 A1 werden aus der Atmosphäre kommende Laserstrahlen von einem zylindrischen Körper empfangen. Dieser Körper ist beim Bekannten der Strahlenempfänger. Er ist stirnseitig abgeschlossen und weist in seinem Inneren jeweils endseitig einen oder zwei Detektoren auf. Die strahlendurchlässige Mantelfläche des Körpers ist mehrschichtig, deren einzelne Schichten unterschiedliche Brechungsindices aufweisen. Außerdem sind die Flächen profiliert oder aufgerauht, um eine möglichst effektive Streuung der einfallenden Strahlen im Inneren des Körpers zu erzeugen, der nach dem Prinzip eines Lichtleiters diese Strahlen durch Reflektionen den Detektoren zuleitet. Durch die so erzeugte Streuung läßt sich die Empfindlichkeit der Empfangseinrichtung erhöhen und bei definierten Abmessungen des zylindrischen Körpers die Einfallsrichtung der Laserstrahlen bestimmen.

Bei der Erfindung dagegen werden nach Obigem die aus dem Nahfeld der Lichtquelle reflektierten Strahlen von einem Halbkugelspiegel empfangen und teils dem Sensor direkt und teils über einen ebenfalls als Lichtleiter wirkenden Strahlensammler zugeführt. Der Sensor ist im Vorverstärkerkreis der Gesamtschaltung integriert. Er empfängt ein Signal, das von Streu- und Fremdstrahlung selektiert wird. Dazu genügt ein einfaches Glasrohr mit angeätzten Wandungen, das sich im Halbkugelspiegel auf den Elementen der Schaltungsplatte leicht einbauen läßt.

Zur Erzielung kürzerer Abschaltzeiten wird als weitere Ausbildung des Gegenstandes nach Anspruch 1 als Sensor eine PIN-Photodiode verwendet. Bei Betrieb des Kollimators mit kleinem Streuwinkel erweist sich zum Empfangen der reflektierten Strahlen als Reflektor ein Parabolspiegel als vorteilhaft.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Danach ist mit 1 die Strahleroptik, Kollimator genannt, bezeichnet, dessen mit einer Divergenz ausgesandte Strahlen 2 auf ein Zielobjekt gerichtet sind. Der Kollimator 1 selbst besteht aus einem zylindrischen Metallgehäuse zur Aufnahme der erforderlichen optischen Elemente. Er ist teleskopartig durch motorischen Antrieb verstellbar. An seiner Rückseite 3 befindet sich der Lichtleiteranschluß für die von einem Lichtsender kommende Einspeiseleitung 5, die zusammen mit der elektrischen Leitung 10 über die im Scheitel A der Halbkugelkappe 6 eingesetzte Leiterhaltung 11 durch den Halbkugelraum 6 geführt ist. An die Rückseite 3 des Kollimators 1 schließt sich - aus der Symmetrieachse verschoben - die Fläche des in der Ebene des Krümmungsmittelpunktes 0 liegenden Wellenfilters 12 an, der den Raum des Halbkugelspiegels 6 abschließt. Der Halbkugelspiegel 6 hat die Aufgabe, die von einem in das Nahfeld des Kollimators 1 gelangten Objekt reflektierten Strahlen 8 zu sammeln und diese einem auf der Symmetrieachse 7 im Halbkugelraum 6 angeordneten Sensor 9 zuzuführen, der die reflektierten Strahlen 8 in ein Gleichspannungssignal umformt, das nach seiner Weiterleitung über die elektrische Leitung 10 den Lichtsender abschaltet. Damit das sehr kleine Eingangssignal des Sensors 9 nicht durch Fremdeinflüsse verfälscht werden kann, ist der Sensor 9 in den Vorverstärkerkreis der zugehörigen elektrischen Schaltung integriert und gemeinsam mit den übrigen Schaltkreisen wie Verstärker, Schaltschwellenkreis, Komparatorschaltkreis und Endverstärkerkreis auf einer Schaltungsplatte 13 angeordnet. Auf die obere Seite des Sensors 9 ist eine Sammellinse 16 gesetzt. Über die Teile 9 und 16 ist dann ein Glasrohr 14 gestülpt, dessen innere Wandungen leicht angeätzt sind. Die dem Sensor 9 gegenüberliegende Öffnung des Glasrohres 14 ist mit einem Parabolspiegel 15 zur Erhöhung der Reflektionsfähigkeit gasdicht abgeschlossen. Die in den Halbkugelspiegel 6 einfallenden Strahlen 8 werden an seinen Spiegelflächen reflektiert und dringen anschließend in den in der Symmetrieachse 7 liegenden Glasrohrraum 14 ein, wo sie an den angeätzten Wandungen und am Parabolspiegel 15 mehrfach reflektieren, um dann schließlich über die Sammellinse 16 den Sensor 9 zu treffen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Erfassen von über dem Gefahrenpegel liegender Bestrahlungsstärke beim Aussenden unsichtbarer Strahlungen im Bereich des infraroten Lichts, die zum Zwecke der Objektvermessung oder der Objekterkennung in einem Fernfeld dienen und von einer Lichtquelle ausgehen, wobei die Lichtquelle für den Strahlenaustritt mit einem die Strahlenoptik enthaltenden Kollimator (1) verbunden ist, dessen von dem Objekt aus dem Fernfeld reflektierte Strahlen von einem Bildempfänger empfangen und ausgewertet werden, bei der zum Empfangen refektierter Strahlungen (8) von Objekten, die zufällig oder unvorhergesehen in das Nahfeld des Kollimators (1) gelangen, eine vom Bildempfänger separat arbeitende Strahler- und Empfängereinheit vorgesehen ist und dergestalt ausgebildet ist, daß über die Rückseite (3) des Kollimators (1) als Reflektor ein Halbkugelspiegel (6) gestülpt ist, der in der Ebene seines Krümmungsmittelpunktes (0) zur Bildung eines Halbkugelraumes (6) durch einen Wellenfilter (12) abgeschlossen ist, von dem der zylinderförmige Kollimator (1) wegragt, so daß als zusammenhängende Einheit ein etwa pilzartiger Körper entsteht, bei dem auf der Symmetrieachse (7) des Halbkugelspiegels (6) ein Sensor (9) angeordnet ist, um die durch das Wellenfilter (12) achsenparallel gelangten und von der konkaven Fläche des Halbkugelspiegels (6) reflektierten Strahlungen (8) im Sensor (9) zu sammeln und seine Signale über durch den Scheitel (A) der Halbkugelkappe (6) geführte elektrische Leitungen (10) an die Lichtquelle weiterzuleiten, um die Abschaltung der Lichtquelle zu bewirken, von der auch die Einspeiseleitung (5) durch den Scheitel (A) der Halbkugelkappe (6) zum Kollimator (1) geführt ist, nach der Hauptanmeldung 196 36 626.7- 52, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (1) motorisch verstellbar sowie außerhalb des Halkugelraumes (6) und achsparallel zur Symmetrieachse (7) verschoben angeordnet ist, daß der Sensor (9) auf der Symmetrieachse (7) in der Nähe des Krümmungsmittelpunktes (0) in einen Vorverstärkerkreis integriert ist, der gemeinsam mit der gesamten elektrischen Schaltung für den Sensor (9) auf einer Schaltungsplatte (13) aufgebracht ist, daß auf die obere Seite des Sensors (9) eine Sammellinse (16) aufgesetzt und über Sensor (9) und Sammellinse (16) ein zylinderförmiges Glasrohr (14) mit leicht angeätzter Innenwandung gestülpt ist, dessen dem Sensor (9) gegenüberliegende Öffnung durch einen Parabolspiegel (15) gasdicht abgeschlossen ist, wobei sich das Glasrohr (14) über fast die gesamte Länge der Symmetrieachse (7) innerhalb des Halbkugelraumes (6) erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9) eine PIN-Photodiode ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (6) ein Parabolspiegel ist.