DE2053111B2 - Optische Objekterfassungsanordnung mit Laser-Entfernungsmeßgerät und aktivem Zielbetrachtungs-Fern sehgerät - Google Patents

Description

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (E 2) des aktiven Zielbetrachtungs-Fernsehgeräts {ZG) einen veränderbaren öffnungswinkel aufweist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungswinkel des Empfängers {El) des aktiven Zielbetrachtungs-Fernsehgeräts {ZG) in Abhängigkeit von der Meßobjektentfernung automatisch verändert wird.

15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem optischen Eingang (e2) des Bildverstärkers {BV) ein optisches Filter vorgeschaltet ist, das nur für vom zugehörigen Impulssender (S 2, S) ausgesendete Wellenlängen durchlässig ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Anordnung zur Erfassung von Objekten, bestehend aus einem mit einem Laser-Entfernungsmeßgerät kombinierten aktiven Zielbetrachtungs-Fernsehgerät.

Mit Hilfe von Zielbetrachtungs-Fernsehgeräten ist es möglich, Objekte in einem bestimmten Raumwinkel auf einem Bildschirm anzuzeigen. Hierzu wird ein impulsförmiger Lichtstrahl ausgesendet, dessen Reflexionen an den im Raum befindlichen Objekten vom Empfangsobjektiv eines Empfängers aufgenommen und nach entsprechender Verstärkung und Verarbeitung in einem Bildverstärker auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden. Bei der praktischen Anwendung solcher Zielbetrachtungs-Fernsehgeräte

kommt es neben der optischen Erfassung und Darstellung der Objekte auf einem Schirm vielfach darauf an, auch die Entfernung der erfaßten Objekte zu ermitteln. Durch die britische Patentschrift 1 052 178 ist ein solches mit einem Laserimpulssender arbeitendes Zielbetrachtungs-Fernsehgerät bekannt, bei dem das von einem Laserstrahl mit relativ großem öffnungswinkel ausgeleuchtete Gebiet auf einem Bildschirm se dargestellt wird, daß die aufleuchtenden Objekte in einer um so höheren Lage auf dem Bildschirm erscheinen, je größer ihre Entfernung vom Sichtgerät ist. Diese Art der Sichtbarmachung einer Szenerie vermittelt zwar einen Eindruck über die räumliche Tiefenstaffelung der einzelnen Objekte, jedoch ist hiermit eine genaue Entfernungsmessung tines bestimmten gesuchten Zielobjektes nicht möglich. Auch hat diese Anordnung den Nachteil, daß unerwünschte Reflexionsquellen, die vor dem eigentlichen Zielobjekt liegen, störend in Erscheinung treten können.

An sich sind optische Entfernungsmeßgeräte bekannt, die eine hohe Meßgenauij^eit aufweisen und bei denen ein Laser Lichtimpulse aussendet, die nach Reflexion an einem oder mehreren im Strahlengang befindlichen Objekten von einem Empfänger aufgenommen werden. Aus der Laufzeit der einzelnen reflektierten Impulse zwischen Laser und Empfänger werden die Entfernungen der einzelnen Objekte ermittelt. Allerdings kann hier nicht entschieden werden, welche Entfernung einem gesuchten Zieiobjekt und welche Entfernungen störenden Objekten zuzuordnen sind.

Andererseits ist ein Nachtsehgerät der Firma Laser Diode Laboratories USA bekannt, das das Zielobjekt mittels einer Galliumarsenid-Laserdiode impulsweise beleuchtet und über ein Bildverstärker-Fensehgerät auf einem Bildschirm sichtbar macht. Bei diesem Gerät weiden die vor dem Zielobjekt liegenden Reflexionsquellen dadurch ausgeschaltet, daß der Empfängereingang nur während eines Zeitraums geöffnet wird, in dem ein in der etwaigen Entfernung des Zielobjektes reflektierter Impuls zum Empfänger zurückkehren kann. Ein solches Gerät ist jedoch nicht in der Lage, eine genaue Entfernungsmessung durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Lösung für ein zugleich die Entfernung der erfaßten Objekte anzeigendes Zielbetrachtungs-Fernsehgerät anzugeben, das einerseits die eindeutige Auswahl eines von mehreren erfaßten Meßobjekten ermöglicht und gleichzeitig die Messung seiner Entfernung mit hoher Präzision.

Ausgehend von einer optischen Anordnung zur Erfassung von Objekten, bestehend aus einem Laser-Entfernungsmeßgerät und einem aktiven Zielbetrachtungs-Fernsehgerät, bei der das Laser-Entfernungsmeßgerät einen ersten, einen Laser enthaltenden Impulssender, einen ersten Empfänger und eine der Ermittlung der Anzeige der Entfernung des wenigstens einen erfaßten Meßobjektes dienende Entfernungs-Anzeigeeinrichtung aufweist und bei der das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät einen zweiten Impulssender, einen ans einem Bildverstärker und einem Bildschirm bestehenden zweiten Empfänger und eine Zielentfernungs-Auswahleinrichtung umfaßt, wobei die Zielentfernuc^J-Auswahleinrichtung den zweiten Empfänger jeweils nach einem einstellbaren Zeitraum nach Aussenden eines Impulses des zweiten Impulssenders öffnet, z. B. zur Verwendung in Land-, Luftoder Wasserfahrzeugen, wird diese Aufgabe gemäß de·, Eiundung dadurch gelöst, daß die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung des Zielbetrachtungs-Fernsehgerätes mit der Entfernungs-Anzeigeeinrichtung des Laser-Entfernungsmeßgerätes über eine Einstelleinrichtung in Verbindung steht, die die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung wahlweise auf eiue der vom Laser-Entfernungsmeßgerät ermittelten Meßobjektentfernungen mitziehbar einstellt.

Durch die in der erfindungsgemäßen Weise zu einem Funktionsblock vereinigten Geräte läßt sich ein gesuchtes Zielabjekt neben einem oder mehreren störenden Meßobjekten sehr schnell dadurch erkennen und damit seine vom Laserentfernungsmesser mit hoher Präzision ermittelte Entfernung, daß die einzelnen sich in verschiedenen Entfernungen vom Laser-Entfernungsmeßgerät befindlichen Objekte in Abhängigkeit der angegebenen Entfernungen auf dem Zielbetrachtungs-Femsehge*-ät nacheinander einzeln dargestellt werden.

Durch die schweizerische Patentschrift 350 694 ist zwar bereits eine Präzisions-Radaranlage bekannt, die über eine automatische Mitnehmerschaltung eine zweite Radaranlage auf ein von ihr erfaßtes Ziel einstellen kann. Hier handelt es sich jedoch um die raumrichtungsmäßige Synchronisation zwischen zwei Zielverfolgungs-Radaranlagen und nicht, wie beim Erfindungsgegenstand, um die Selektion der von einem Präzisions-Entfernungsmesser ermittelten Entfernung eines gewünschten Zielobjektes aus der vom Entferungnsmesser ermittelten größeren Anzahl von Entfernungswerten verschiedener, vom Entfernungsmesser gleichzeitig mit dem Zielobjekt erfaßten Reflexionsquellen. Das Problem einer gegenseitigen Synchronisation der Raumrichtungen des Laserentfernungsmessers und des aktiven Zielbetrachtungs-Fernsehgerätes tritt beim Erfindungsgegenstand praktisch überhaupt nicht auf, da bei der Kleinheit der einzelnen Geräte die Kombinantion auch konstruktiv als eine Einheit zu gestalten ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 15 beschrieben.

An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die F i g. 1 zeigt ein erstes Ausfühmngsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Entfernungsmeß- und Zielbetrachtungsgerätes. Das Gerät enthält ein Laser-Entfernungsmeßgerät LG, ein Zielbetrachtungs-Fernsehgerät ZG und eine Einstelleinrichtung EE.

Das Laser-Entfernungsmeßgerät LG enthält einen Laser-Impulssender Sl mit optischem Ausgang al, einen Empfänger El mit optischem Eingang el und eine Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA mit Steuerausgang SA.

Das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät ZG enthält einen Laser-Impulssender S2 mit optischem Ausgang al, einen Empfänger E2 mit Bildverstärker BV und optischem Eingang el und Bildschirm BS sowie eine Zielentfernungs-Auswahleinrichtung ZA.

Weiter <ind in F i g. 1 drei Meßobjekte MO1, MO 2 und MO 3 eingezeichnet, von denen das Meßobjekt und die MeßobjekteMO1 und MOl Störobjekte sind.

Die Wirkungsweise des Gerätes nach der F i g. 1 ist folgende: Der Laser-Impulssender Sl sendet an seinem optischen Ausgang öl scharf gebündelte Impulse aus, die die Meßobjekte MOl, MOl und MO3

treffen. An allen drei Meßobjekten werden die Impulse reflektiert und gelangen über den optischen Eingang el auf den Empfänger £1. 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 «2 ebenfalls die drei Meßobjekte MOl, MOl und A/O 3 mit Impulsen einer Folgefrequenz von 25 Hz und einer Pulslange von etwa 15 ns angestrahlt. Die Impulse werden an den Meßobjekten reflektiert und gelangen in den optischen Eingang el des Bildverstärkers BV des Empfängers El. Über die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung ZA wird die Öffnungszeit des optischen Eingangs el in ihrer Dauer und bezüglich ihres Beginns nach Aussendung des Impulses durch den Sender 5 2 bestimmt. Die Öffnungszeit des optischen Eingangs el kann beispielsweise so festgelegt werden, daß nur Impulse ao 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 MO 1. MOl und MO 3 beispielsweise 900 m. IWO m und 1050 m. Die^e »5 Werte werden von der Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA angezeigt. Das Bedienungspersonal weiß jedoch nicht, welche der drei Entfernungen dem Zielobjekt MO 3 zuzuordnen ist. Aus diesem Grund gibt die Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA der Ziekntfernungs-Auswahleinrichtung ZA nacheinander die drei Entfernungswerte ein. und das Bedienungspersonal sieht nacheinander auf dem Bildschirm BS die drei Meßobjekte MOl. MOl und MO 3. Das Bedienungspersonal entscheidet, welches der drei Bilder das Zielobjekt zeigt und liest die zugehörige Entfernung an der Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA ab. Eine Information über diese Entfernung kann am Steuerausgang SA abgenommen und in einem weiteren Gerät verarbeitet werden.

Verändert sich nach der Erfassung des Zielobjekts Λ/Ο3 durch das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät ZG die örtliche Lage, beispielsweise des Zielobjekts, so wird das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät ZG über die Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA und die Einstelleinrichtung EE derart mitgezogen, daß das Zielobjekt ■V/O 3 auf dem Bildschirm BS verbleibt und am Steuerausgang 5.4 fortlaufend die jeweilige Entfernung angegeben wird.

Beim Einsatz in heller Umgebung, wie am Tag oder auch bei Vollmond, muß durch Anordnung eines spektralen Filters vor dem optischen Eingang el gewährleistet, sein, daß nur das Licht im Wellenlängenbereich des Impulssenden; S 2 in den Bildverstärker BV geiangt.

Die vom Impulssender 52 ausgesendeten Impulse können entweder das ganze Meßobjekt mit einem rela'iv großen Winkelbereich oder nur einen kleine;' Teil davon erfassen.

Die F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführunssbeispie der Erfindung, das sich v\>n dem nach der Fig.! dadurch unterscheidet, daß die Impulssender 51 um 52 zu einem gemeinsamen Impulssender 5 zusammen gefaßt sind, dessen Strahlung sowohl zum erster Empfänger El ah auch zum zweiten Empfänger E'. reflektiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Optische Anordnung zur Erfassung von Objekten, bestehend aus einem Laser-Entfernungsmeßgerät und einem aktiven Zielbetrachtungs-Fernsehgerät, bei der das Laser-Entfernungsmeßgerät einen ersten, einen Laser enthaltenden Impulssender, einen ersten Empfänger und eine der Ermittlung der Anzeige der Entfernung des wenigstens einen erfaßten Meßobjektes dienende Entfernungs-Anzeigeeinrichtung aufweist und bei der das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät einen zweiten Impulssender, einen aus einem Bildverstärker und einem Bildschirm bestehenden zweiten Empfänger und eine Zielentfernungs-Auswahleinrichtung umfaßt, wobei die Zielentfernungs-Aus'vahleinrichtung den zweiten Empfänger jeweils nach einem einstellbaren Zeitraum nach Aussenden eines Impulses des zweiten Impulssenders öffnet, z. B. zur Verwendung in Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung {ZA) des Zielbetrachtungs-Fernsehgerätes {ZG) mit der Entfernungs-Anzeigeeinrichtung {EA) des Laser-Entfernungsmeßgerätes (LG) über eine Einstelleinrichtung {EE) in Verbindung steht, die die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung wahlweise auf eine der vom Laser-Entfernungsmeßgerät ermittelten Meßobjektentfernungen mitziehbar einstellt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter optischer Impulssender (52) ebenfalls ein Laser vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Impulssender durch einen einzigen Laser-Impulssender (5) verwirklicht sind, der in einem ersten Betriebszustand als erster Impulssender (51) und anschließend in einem zweiten Betriebszustand als zweiter Impulssender (5 2) dient.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für einen der Betriebszustände im Strahlenweg des Laser-Impulssenders (S) ein optischer Frequenzumsetzer vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Impulssender durch einen einzigen Laser-Impulssender (S) verwirklicht sind, dessen Impulse jeweils von den Empfängern {El, El) sowohl des Entfernungsmeßgeräts (LG) als auch des Zielbetrachtungs-Fernsehgerätes (ZG) verarbeitet werden.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlenweg des Laser-Impulssenders {S) ein Strahlteiler vorgesehen ist und daß im Strahlenweg eines Teilstrahles ein optischer Frequenzumsetzer vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser-Impulssender (S) gleichzeitig Impulse zweier verschiedener Wellenlängen abgibt.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Impulssender (Sl) optische Wellen einer Länge von 1,06 μΐη und der zweite Impulssender

(S 2) optische Wellen einer Länge von 0,53 μηι bzw. ein einziger Impulssender (S) optische Wellen beider Wellenlängen aussendet.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungs-Anzeigeeinrichtung {EA) digital ausgebildet ist und daß den einzelnen digitalen Anzeigefeldern zur Einstelleinrichtung {EE) gehörige Schalter zugeordnet sind, bsi deren Betätigung die Zielentfernungs-AuswahleiKrichturm {ZA) jeweils auf eine der Meßobjektentiernungen eingestellt wird.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei örtlicher Veränderung des Meßobjektes (z.B. MO3 und/ oder des Entfernungsmeß- und Zielbetrachtungsgerätes {LG, ZG) eine automatische Nachführung der Zielentfemungs-Auswahleinrichtung {ZA) vorgesehen ist.

11. Anordnung 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 Meßobjektes {MO) abgibt.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Zielbetrachtungs-Fernsehgerät {ZG) mit mehreren Bildschirmen (BS) für die gleichzeitige Betrachtung mehrerer in verschiedenen Entfernungen befindlicher Meßobjekte {MO) ausgestattet ist.