DE2053111C3 - Optische Objekterfassungsanordnung mit Laser-Entfernungsmeßgerät und aktivem Zielbetrachtungs-Femsehgerät - Google Patents

Description

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 10 52178 ist ein solches mit einem Laserütpulssender arbeitendes Zielbetrachtungs-Fernsehgerät bekannt, bei dem das von einem Laserstrahl mit relativ großem öffnungswinkel ausgeleuchtete Gebiet auf einem Bildschirm so 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 eines 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 Meßgenauigkeit aufweisen und bei denen ein Laser Lichtimpulse aussendet, die nach Reflexion an einem oder mehreren im Strahlengang befindlichen Objekten von einem Empfänger »5 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 Zielobjekt 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-Fernsehgerät auf einem Bildschirm sichtbar macht. Bei diesem Gerät werden 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 aus einem Bildverstärker und einem Bildschirm bestehenden zweiten Empfänger und eine Zielentfernungs-Auswahleinrichtung umfaßt, wobei die Zielentfernungs-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 der Erfindung dadurch gelöst, daß die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung des Zielbetrachtungs-Fernsehgerätes mit der Entfernungs-Anzeigeeinrichtung des Laser-Entfernungsmeßgerätes über eine Einstelleinrichtung in Verbindung steh!, die die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung wahlweise auf eine 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-Fernsehgerät 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 ermittelte, η Entfernung eines gewünschten Zielobjektes aus der vom Entferungnsmesser ermittelten größeren Anzahl von Entfernungswerten verschiedener, vom Entfernungsmesser gleichzeitig mit dem Zielobjekt erfaßten Reflexiunsquellen. 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 aucn 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 Ausführungsbeispiel 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 E1 mit optischem Eingang e 1 und eine Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA mit Steuerausgang SA.

Das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät ZG enthält einen Laser-Impulssender 52 mit optischem Ausgang al, einen Empfänger £2 mit Bildverstärker BV und optischem Eingang el und Bildschirm BS sowie eine Zielentfernungs-Auswahleinrichtung ZA.

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

Die Wirkungsweise des Gerätes nach der F i g. 1 ist folgende: Der Laser-Impulssender S1 sendet an seinem optischen Ausgang al scharf gebündelte Impulse aus, die die Meßobjekte MO1, MOl und MO 3

treffen. An allen drei Meßobjekten werden die Im- drei Meßobjekte MOl, MO1 und MO 3. Das Bedie-

pulse reflektiert und gelangen über den optischen nungspersonal entscheidet, welches der drei Bilder

Eingangel auf den Empfänger El. Die Entfernungs- das Zielobjekt zeigt und liest die zugehörige Entfcr-

Anzeigeeinrichtung EA ermittelt die Laufzeit der an nung an der Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA ab.

den verschiedenen Meßobjekten reflektierten Impulse 5 Eine Information über diese Entfernung kann am

zwischen Sender und Empfänger und gibt die jewei- Steuerausgang SA abgenommen und in einem weite-

ligen Entfernungen an. ren Gerät verarbeitet werden.

Vom Laser-Impulssender 52 werden über den op- Verändert sich nach der Erfassung des Zielobjekts tischen Ausgang α 2 ebenfalls die drei Meßobjekte MO 3 durch das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät ZG MOl, MOl und MO3 mit Impulsen einer Folge- io die örtliche Lage, beispielsweise des Zielobjekts, so frequenz von 25 Hz und einer Pulslänge von etwa wird das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät ZG über die 15 ns angestrahlt. Die Impulse werden an den Meß- Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA und die Einstellobjekten reflektiert und gelangen in den optischen einrichtung EE derart mitgezogen, daß das Zielobjekt Eingang el des Bildverstärkers BV des Empfängers MO 3 auf dem Bildschirm BS verbleibt und am £2. Über die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung 15 Steuerausgang SA fortlaufend die jeweilige Entfer- ZA wird die Öffnungszeit des optischen Eingangs el nung angegeben wird.

in ihrer Dauer und bezüglich ihres Beginns nach Aus- Beim Einsatz in heller Umgebung, wie am Tag Sendung des Impulses durch den Sender 52 bestimmt. oder auch bei Vollmond, muß durch Anordnung Die Öffnungszeit des optischen Eingangs e 2 kann bei- eines spektralen Filters vor dem optischen Eingang spielsweise so festgelegt werden, daß nur Impulse ao el gewährleistet sein, daß nur das Licht im Wellenden Bildverstärker BV erreichen, die von Meßobjek- längenbereich des Impulssenders 52 in den Bildverten im Abstand von etwa 1000 m reflektiert werden. stärker BV gelangt.

Im vorliegenden Fall seien die Abstände des Ge- Die vom Impulssender 52 ausgesendeten Impulse

rätes zu den Meßobjekten MOl, MO1 und MO 3 können entweder das ganze Meßobjek» mit einem

beispielsweise 900 m, 1000 m und 1050 m. Diese 25 relativ großen Winkelbereich oder nur einen kleinen

Werte werden von der Entfernungs-Anzeigeeinrich- Teil davon erfassen.

tung EA angezeigt. Das Bedienungspersonal weiß Die F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel

jedoch nicht, welche der drei Entfernungen dem Ziel- der Erfindung, das sich von dem nach der F i g. 1

objekt MO 3 zuzuordnen ist. Aus diesem Grund gibt dadurch unterscheidet, daß die Impulssender 51 und

die Entfernungs-Anzeigeeinrichtung EA der Zielent- 30 52 zu einem gemeinsamen Impulssender 5 zusammen-

fernungs-Auswahleinrichtung ZA nacheinander die gefaßt sind, dessen Strahlung sowohl zum ersten

drei Entfernungswerte ein, und das Bedienungsperso- Empfänger El als auch zum zweiten Empfänger El

nal sieht nacheinander auf dem Bildschirm BS die reflektiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

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-Anzeigeeinriclitung aufweist und bei der das Zielbetrachtungs-Fernsehgerät einen zweiten Impulsseudei, einen aus einem Bildverstärker und einem Bildschirm bestehenden zweiten Empfänger und eine Zielentfemungs-Auswahleinrichtung umfaßt, wobei die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung den zweiten Empfänger jeweils nach einem einstellbaren Zeitraum ao nach Aussenden eines Impulses des zweiten Impulssenders öffnet, z. B. zur Verwendung in Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielentfernungs-AuswahIeinrichtung(Z/4) des Zielbetrachtungs- as Fernsehgerätes (ZG) mit der Entfernungs-Anzeigeeinrichtung(E/4) 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 (S2) ebenfalls ein Laser vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Impulssender durch einen einzigen Laser-Impulssender (S) verwirklicht sind, der in einem ersten Betriebszustand als erster Impulssender (51) und anschließend in einem zweiten Betriebszustand als zweiter Impulssender (52) dient.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für einen der Betriebszustände im Strahlenweg des Laser-Impulssenders (5) ein optischer Frequenzumsetzer vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Impulssender durch einen einzigen Laser-Impulssender (5) verwirklicht sind, dessen Impulse jeweils von den Empfängern (El, E2) 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 (5) ein Strahlteiler vorgesehen ist und daß im Strahlenweg eines TeilstrahLs ein optischer Frequenzumsetzer vorgesehen ist.

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

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Impulssender (51) optische Wellen einer Länge von 1,06 μπι und der zweite Impulssender (52) optische Wellen einer Länge von 0,53 μπι bzw. ein einziger Impulssender (S) optische Wellen beider Wellenlängen aussendet

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungs-Anzeigeeinrichtung(£/4) digital ausgebildet ist und daß den einzelnen digitalen Anzeigefeldern zur Einstelleinrichtung (EE) gehörige Schalter zugeordnet sind, bei deren Betätigung die Zielentfernungs-Auswahleinrichtung (ZA) jeweils auf eine der Meßobjektentfernungen 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 Entfemungsmeß- und Zielbetrachtungsgerätes (LG, ZG) eine automatische Nachführung der Zielentfernungs-Auswahleinrichtung (ZA) vorgesehen ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine m&chanische 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.

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 (E 2) 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 (el) des Bildverstärkers (BV) ein optisches Filter vorgeschaltet ist, das nur für vom zugehörigen Impulssender (52, S) ausgesendete Wellenlängen durchlässig ist.