DE2053111A1

DE2053111A1 - Optisches Entfernungsmeßgerät

Info

Publication number: DE2053111A1
Application number: DE19702053111
Authority: DE
Inventors: Georg von Dipl.-Phys. 8025 Unterh aching. P DallArmi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-10-29
Filing date: 1970-10-29
Publication date: 1972-05-04
Also published as: FR2111906B1; NL7114491A; US3848999A; FR2111906A1; DE2053111B2; NL159789B; GB1373237A; BE774703A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München, den 43.OK11970 Berlin und München Wittelsbacherpl. 2

^m 70/6789

Optisches Entfernungemeßgerät Die Erfindung betrifft ein optisches Entfernungsmeßgerät.

Bekannt sind optische Entfernungsmeßgeräte, bei denen ein. Laser Lichtimpulse aussendet, die nach Reflexion an einem oder mehreren im Strahlengang befindlichen Meßobjekten ▼on einem Empfänger aufgenommen werden. Aus der«Laufzeit der einzelnen reflektierten Impulse zwischen Laser und Empfänger werden die Entfernungen der einzelnen Meßobjekte er- * mitteit. Dabei kann nicht entschieden werden, welche Entfernung einem gesuchten Zielobjekt und welche Entfernungen störenden Meßobjekten zuzuordnen sind.

Bekannt ist ferner ein Nachtsehgerät der Firma Laser Diode Laboratories, U.S.A., das das Zielobjekt mittels einer Galliumarsenid-Laserdiode impulsweise beleuchtet und über ein Bildverstärker-Fernsehgerät auf einem Bildschirm sichtbar macht. Um vor dem Zielobjekt liegende Reflexionequellen auszuschalten, wird der Sapfangereingang nur während eines Zeitraumes geöffnet, in dem ein in der etwaigen Entfernung dee Zielobjekts reflektierter Impuls zum Empfänger zurückkehren kann. Dies wird ale "range-gating- oder gated-view- J ing-Verfauren" bezeichnet·

Aufgabe der Erfindung ist ee, ein Gerät zu realisieren, Bit dem zum einen die Entfernungen aller von wenigstens eines ausgesendeten Liehtimpulβ getroffenen Meßobjekte in eines vorgewählten Meßbereich ermittelt werden können und da· vom anderen eine Entscheidung darüber ermöglicht, welche· die-■er Xefiobjekte ein gesuchtes Zielobjekt ist.

Bei einem optischen Entfernungsmeßgerät wird diese Aufgabe VPA 9/649/1001 Jä/Bla -2-

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erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an sich bekanntes Laser-Entfernungsmeßgerät mit einem ersten, einen Laser enthaltenden Impulssender, einem ersten Empfänger und einer der Ermittlung und Anzeige der Entfernung des wenigstens einen erfaßten Meßobjekte dienende Entfernungs-Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, daß ein aktives Zielbetrach» tungs-Fernsehgerät mit einem zweiten, ebenfalls auf die Meßobjekte auszurichtenden optischen Impulssender, einem zweiten, Bildverstärker und Bildschirm enthaltenden Empfänger und einer Zielentfernungs-Auswahleinrichtung vorgesehen ist, die den zweiten Empfänger jeweils nach einem einstellbaren Zeitraum nach Aussendung jeden Impulses des zweiten optischen Impulssenders für einen einstellbaren Zeitraum öffnet (range-gating- bzw. gated-viewing-Verfahren), und daß eine Einstelleinrichtung vorgesehen ist, die die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung wahlweise auf eine der von dem Laser-Entfernungsmeßgerät ermittelten Meßobjekt-Entfernungen einstellt.

Für die praktische Ausführung des Erfindungsgedankens ist es vorteilhaft, wenn als zweiter optischer Impulssender ebenfalls ein Laser vorgesehen ist. Vorteilhaft ist es auch, wenn ein einziger Laser-Impulssender vorgesehen ist, der in einem ersten Betriebszustand als erster Impulssender und in einem zweiten Betriebszustand als zweiter Impulssender dient. Vorteilhaft ist es dabei, wenn für einen Betriebszustand in Strahlenweg des Lasers ein optischer Frequenzumsetzer vorgesehen ist.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist ein Laser-Impulseender vorgesehen, dessen Impulse jeweils von den Smpfängern sowohl des Entfernungsmeßgerätee als auch des Zielbetrachtungs-Fernsehgerätes verarbeitet _; werden. Vorteilhaft ist es dabei, wenn im Strahlenweg des Laser-Impulssenders ein Strahlteiler vorgesehen 1st und

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wenn im Strahlenweg eines Teilstrahles ein optischer Frequenzumsetzer vorgesehen ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung 1st ein Laser-Impulssender vorgesehen, der gleichzeitig Impulse zweier verschiedener Wellenlängen abgibt.

Vorteilhaft ist es, wenn der erste Impulssender infrarote optische Wellen einer Länge von 1,06 ai und der zweite Impulssender grüne optische Wellen einer Länge von 0,53/U auesendet oder der zwei Wellenlängen abgebende Laser-.Iapulesender auf diesen Wellenlängen arbeitet.

Pur die praktische Ausführung des Erfindungsgedankens hat es ^ sich als vorteilhaft erwiesen, eine die Entfernung der Meßobjekte jeweils digital anzeigende Entfernungs-Anzeigeeinrichtung vorzusehen und den einzelnen digitalen Anzeigefeldern zur Einstelleinrichtung gehörige Schalter zuzuordnen, bei deren Betätigung die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung jeweils auf eine der Meßobjektentfernungen eingestellt wird. Können sich das Zielobjekt und/oder das erfindungsgemäße Gerät örtlich verändern, so ist es von besonderem Vorteil, wenn eine automatische Nachführung der Zielentfernungs-Au8~ wähleinrichtung vorgesehen ist.

Vorteilhaft ist es auch, wenn bei örtlicher Veränderung dee Zielobjekts und/oder des Entfernungsmeß- und Zielbetrach- f tungsgerätee eine automatische Nachführung der Zielentfernungs-Auswahleinrichtung vorgesehen ist.

Für eine gleichzeitige Betrachtung von in verschiedenen Entfernungen befindlichen Meßobjekten ist es vorteilhaft, ein Zielbetrachtungs-Fernsehgerät mit mehreren Bildschirmen zu verwenden.

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Von besonderem Vorteil ist es, wenn das aktive Zielbetrachtunge-Fernsehgerät als Tag- und Nachtbetrachtungegerät auegebildet ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungeform der Erfindung ist ein Zielbetrachtunge-Fernsehgerät mit einem Empfänger veränderbaren öffnungswinkels vorgesehen. Vorteilhaft ist es dabei, wenn der öffnungswinkel in Abhängigkeit von der MeB-objektsentfernung automatisch verändert wird.

Bas erfindungsgemäße Gerät ist vorteilhaft in Land/-, Luftoder Wasserfahrzeugen zu verwenden.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert*

Die Fig.1 zeigt ein erstes Ausführungebeispiel des erfindungagemäßen optischen Entfernungsmeß- und Zielbetrachtungegerätes. Das Gerät enthält ein Laser-Entfernungsmeßgerät LG, ein Zielbetrachtungs-Fernsehgerät ZG und eine Einstelleinrichtung EE.

Das Laser-Entfernungsmeßgerät LG enthält einen Laser-Impui·- sender S1 mit optischem Ausgang al, einen Empfänger £1 mit optischem Eingang el und eine Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA mit Steuerauegang SA.

Das Zielbetrachtunge-Fernsehgerät ZG enthält einen Laser-Impuleeender S2 mit optischem Ausgang a2, einen Empfänger E2 mit Bildverstärker BV und optischem Eingang e2 und Bildschirm BS sowie eine Zielentfernungs-Auewahleinrichtung ZA.

Weiter Bind in Fig.1 drei Meßobjekte MO1, M02 und M03 eingezeichnet, von denen das Meßobjekt MO3 das Zielobjekt und dl· Meßobjekte M01 und M02 Störobjekte sind.

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Die Wirkungsweise des Gerätes nach der Fig.1 ist folgende: Der Laser-Impulssender S1 sendet an seinem optischen Ausgang al scharf gebündelte Impulse aus, die die Meßobjekte MO1, M02 und M03 treffen. An allen drei Meßobjekten werden die Impulse reflektiert und gelangen über den optischen Eingang el auf den Empfänger Έ1. Die Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA ermittelt die Laufzeit der an den verschiedenen Meßobjekten reflektierten Impulse zwischen Sender und Empfänger und gibt die jeweiligen Entfernungen an.

Vom Laser-Impulssender S2 werden über den optischen Ausgang a2 ebenfalls die drei Meßobjekte M01, M02 und M03 mit Impulsen einer Folgefrequenz von 25 Hz und einer Pulslänge von etwa ι 15 ns angestrahlt. Die Impulse werden an den Meßobjekten " reflektiert und gelangen in den optischen Eingang e2 des Bildverstärkers BV des Empfängers E2. Über die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung ZA wird die Öffnungszeit des optischen Eingangs e2 in ihrer Dauer und bezüglich ihres Beginns nach Aussendung des Impulses durch den Sender S2 bestimmt. Die Öffnungszeit des optischen Eingangs e2 kann beispielsweise so festgelegt werden, daß nur Impulse den Bildverstärker BV erreichen, die von Meßobjekten im Abstand von etwa 1000 m reflektiert werden.

Im vorliegenden Fall seien die Abstände des Gerätes zu den Meßobjekten M01, M02 und M03 beispielsweise 900 m, 1000 m und J 1050 m. Diese Werte werden von der Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA angezeigt. Das Bedienungepereonal weiß jedoch nicht, welche der drei Entfernungen dem Zielobjekt M03 zuzuordnen ist. Aus diesem Grund gibt die Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA der Zielentfernungs-Auswahleinrichtung ZA nacheinander die drei Entfernungswerte ein und das Bedienungspersonal sieht nacheinander auf dem Bildschirm BS die drei Meßobjekte M01, M02 und M03. Das Bedienungspersonal entscheidet, welches der drei Bilder das Zielobjekt zeigt und liest die zu-

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gehörige Entfernung an der Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA ab. Eine Information Über diese Entfernung kann an Steuerauegang SA abgenommen und in einem weiteren Gerät verarbeitet , werden.

Verändert sich nach der Erfassung des Zielobjekts 1103 durch das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät ZG die örtliche Lage, beispielsweise des Zielobjekte, so kann das Zielbetrachtunge-Fernsehgerät ZG über die Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA und die Einstelleinrichtung EE derart mitgezogen werden, daß das Zielobjekt M03 auf dem Bildschirm BS verbleibt und am Steuerausgang SA fortlaufend die Jeweilige Entfernung angegeben wird.

Beim Eineatz in heller Umgebung, wie am Tag oder auch bei Vollmond, muß durch Anordnung eines spektralen Filters vor dem optischen Eingang e2 gewährleistet sein, daß nur das Licht im Wellenlängenbereich des Impulesenders SI in den Bildverstärker BV gelangt.

Sie vom Impulssender 82 ausgesendeten Impulse können entweder das ganze Meßobjekt mit einem relativ großen Winkelbereich oder nur einen kleinen Teil davon erfassen.

Die Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem nach der Fig»1 dadurch unterscheidet, daß die Impulssender S1 und 32 zu einem gemeinsamen Impulssender S zusammengefaßt sind, dessen Strahlung sowohl zum ersten Empfänger E1 als auch zum zweiten Empfänger £2 reflektiert wird.

17 Patentansprüche 2 Figuren

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Claims

- 7 Patentansprüche

Optisches Entfernungsmeßgerät, dadurch gekennzeichnet, dasein an sich bekanntes Laser-Entfernungsmeßgerät (LGf) mit einem ersten, einen Laser enthaltenden Impulssender (S1), einem ersten Empfänger (E1) und einer der Ermittlung und Anzeige der Entfernung des wenigstens einen erfaßten Heßobjekts dienenden Entfernungs-Anzeigeeinrichtung (EA) vorgesehen ist, daß ein aktives Zielbetrachtungs-Fernsehgerät (ZG) mit einem zweiten, ebenfalls auf die Heßobjekte auszurichtenden optischen Impulssender (S2), einem zweiten, Bildverstärker (BV) und Bildschirm (BS) enthaltenden Empfänger (E2) und einer Zielentfernungs-Auswahleinrichtung (ZA) vorgesehen ist, die den zweiten Empfänger jeweils nach einem einstellbaren Zeitraum nach Aussendung jeden Impulses des zweiten optischen Impulssenders für einen einstellbaren Zeitraum öffnet (range-gating- bzw. gated-viewing-Verfahren), und daß eine Einstelleinrichtung (EE) vorgesehen ist, die die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung (ZA) wahlweise auf eine der von dem Laser-Entfernungsmeßgerät (LG) ermittelten Heßobjekt-Entfernungen einstellt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter optischer Impulssender (32) ein Laser vorgesehen ist.
3* Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser-Impulssender (S) vorgesehen ist, der in einem ersten Betriebszustand als erster Impulssender (S1) und anschließend in einem zweiten Betriebszustand als zweiter Impulssender (S2) dient.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Betriebszustand im Strahlenweg des Lasers ein optischer Frequenzumsetzer vorgesehen ist.

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5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser-Impulssender (S) vorgesehen ist, dessen Impulse jeweils von den Empfängern sowohl des Entfernungsmeßgerätes (LG) als auch des Zielbetrachtungs-Fernsehgerätes (ZG) verarbeitet werden.
6. Gerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlenweg des Laser-Impulssenders ein Strahlteiler vorgesehen ist, und daß im Strahlenweg eines Teilstrahles ein optischer Frequenzumsetzer vorgesehen ist*
7* Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser-Impulsβender (S') vorgesehen ist, der gleichzeitig Impulse zweier verschiedener Wellenlängen abgibt.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Impulssender (S1) optische Wellen einer Länge von 1,06/U und der zweite Impulssender (S2) optische Wellen einer Länge von 0,53/U oder ein einzelner Impulssender (S) optische Wellen beider Längen aussendet.
9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Entfernung der Meßobjekte jeweils digital anzeigende Entfemungs-Anzeigeeinrichtung (EA) vorgesehen ist, und daß den einzelnen digitalen Anzeigefeldern zur Einstelleinrichtung (EE) gehörige Schalter zugeordnet sind, bei deren Betätigung die Zielentfernungs-Auewahleinrichtung (ZA) jeweils auf eine der Meßobjektentfernungen eingestellt wird.
10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge· kennzeichnet, daß bei örtlicher Veränderung des Zielobjekte (M03) und/oder des Entfernungsmeß- und Zielbe-

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trachtungsgerätes (LG) eine automatische Nachführung der Zielentfernungs-Auswahleinrichtung (ZA) vorgesehen ist.
11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische oder elektronische Auslösevorrichtung vorgesehen ist, bei deren Betätigung die Entfernungs-Anzeigeeinrichtung (EA) zur Steuerung wenigstens eines weiteren Gerätes eine Information über die Entfernung des Zielobjekts abgibt.
12* Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktives Zielbetrachtungs-Fernsehgerät (ZG) mit mehreren Bildschirmen für die gleichzeitige Betrachtung mehrerer in verschiedenen Entfernungen befindlicher Heßobjekte vorgesehen ist.
13. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Zielbetrachtungs-Fernsehgerät (ZG) als Tag- und Nachtbetrachtungsgerät ausgebildet ist.
14. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktives Zielbetrachtunga-Fernsehgerät (ZG) mit einem Empfänger (E2) veränderbaren Öffnungswinkels vorgesehen ist.
15. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktives Zielbetrachtunge-Fernsehgerät (ZG) mit einem Empfänger (E2) vorgesehen ist, dessen öffnungswinkel in Abhängigkeit von der Xeßobjektsentfernung automatisch verändert wird.
16. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem optischen Eingang (e 2) des Bildverstärkers (BV) ein optisches Filter vorgeschaltet

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ist, das nur für vom Impulssender (S2, S') ausgesendete Wellenlängen durchlässig ist.

17· Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verwendung in Land-, Luftoder Wasserfahrzeugen. .

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