DE2145585A1

DE2145585A1 - Lichtelektronisches sichtweitemessgeraet

Info

Publication number: DE2145585A1
Application number: DE19712145585
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl Ing Ott
Original assignee: VISOMAT GERAETE GmbH
Current assignee: VISOMAT GERAETE GmbH
Priority date: 1971-09-13
Filing date: 1971-09-13
Publication date: 1973-03-22

Description

Lichtelektronisches Sichtweitemeßgerät Sichtweitemeßgeräte dienen zur Messung der Sichtweite auf Flughäfen, auf Straßen (Messung bei Nebel), in Tunnels usw. mit dem Ziel, entweder bestimmte Anweisungen an Verkehrsteilnehmer bei Unterschreiten minimaler Sichtweite zu signalisieren oder selbsttätig Maßnahmen einzuleiten, welche die Sichtweite verbessern (unnelbeliS-tun), Einrichtungen dieser Art dienen der Verkehrssicherheit, da Verkehrsteilnehmer vor plötzlichen Verminderungen der Sichtweite gewarnt werden können und stellen eine wirtschaftliche Belüftung von Tunnels oder sonstigen dem Verkehr dienenden Räumen sicher.
Ein bekanntes Sichtweitemeßgerät beruht nach Abbildung 1 darauf, daß von einer Lichtquelle zwei Strahlenbündel gebildet werden, welche zum einen die zu messende Sichtstrecke, zum anderen eine Vergleichsstrecke durchlaufen, wobei dann das die Sichtstrecke durchlaufende Meßstrahlenbündel durch die die Sichtweite vermindernden Einflüsse entsprechend geschwächt wird, woraus sich ein Meßwert für die Sichtweite selbst bilden läßt0 Im einzelnen liegt folgende Funktion vort Die Glühlampe 1 sendet je einen Teil des Lichtstromes auf die Umlenkspiegel 2 und 3, wodurch über die Optiken 4 und 5 zwei vom Mittelpunkt unterschiedlich weit entfernte Stellen der durch den Motor 6 angetriebenen Modulationsscheibe 14 ausgeleuchtet werden. Die Modulationsscheibe ist mit zwei Lochkränzen unterschiedlicher Teilung versehen, so daß die beiden Lichtstrahlenbündel bei Drehung der Scheibe mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert werden. Das obere Lichtstrahlenbündel durchläuft den halbdurchlässigen Spiegel 11, wird von der Optik 7 auf den Vergleichsreflektor 9 geworfen, von dort zurück wieder über die Optik 7 und den halbdurchlässigen Spiegel auf den Potoempfänger 13. Das untenliegende Meßlichtstrahlenbündel gelangt über den halbdurchlässigen Spiegel 12 und die Optik 8 über die Meßlichtstrecke 15 zum Reflektor io und von dort zurück wieder über die Optik 8 und den halbdurchlässigen Spiegel ebenfalls auf den Fotoempfänger 13. Nach Verstärkung der Signale, die aus dem Fotoempfänger 13 kommen und anschließender Trennung durch eine Frequenzweiche können die beiden Signale getrennt so verarbeitet werden, daß ein elektrischer Meßwert für die Sichtweite der Meßstrecke 15 zustande kommt, Die Verarbeitung der vom Vergleichsstrahl, welcher am Reflektor 9 reflektiert wird, kommenden Signale soll dabei alle von der Inkonstanz der Glühlampe 1 herrührenden Signaleänderungen sowie die Verschmutzung der Reflektoren 9 und 1o ausgleichen.
Die Anordnung weist den Nachteil auf, daß der Reflektor 10 im MeBstrahlengang der Meßstrecke zugewandt ist, während der Reflektor 9 im Vergleichsstrahlengang der Meßstrecke abgewandt ist, so daß in jedem Pall damit zu rechnen ist, daß die beiden Reflektoren unterschiedlich verschmutzen, womit nur eine unvollkommene Kompensation der Reflektorverschmutzung möglich wird. Es ist somit auf diese Maßnahme noch ein Einfluß der Verschmutzung auf das Meßergebnis zu erwarten.
Dieser Nachteil soll durch eine Anordnung gemäß vorliegender Brfindung vermieden werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet nach Abbildung 2 wie folgt Eine Halbleiterlichtquelle 21 mit sehr kleiner Emissionsfläche wird von einem Impulsgenerator 22 über den Beistungsverstärker 23 zur Abgabe kurzer Lichtimpulse angeregt. Die Lichtstrahlen gelangen auf das Teilerprisma 24 und werden dort in zwei Teillichtbündel aufgespaltet, welche durch die Umlenkspiegel 25 und 26 sowie die Optik 27 und 28 in die Ebene einer vom Motor 29 angetriebenen Blendenscheibe fokussiert werden. Die Blendenscheibe ist dabei so ausgebildet, daß durch den Lochkranz jeweils nur Licht des einen Strahlenbündels hindurchtreten kann, und daß das andere Strahlenbündel dann gesperrt wird. Bei Drehung der Blendenscheibe 30 um eine halbe Lochteilung wird dann das zuerst genannte Strahlenbündel gesperrt und das vorher gesperrte hindurchgelassen. ite beiden Strahlengänge werden dadurch nacheinander abwechselnd freigegeben und gesperrt.
Zusammen mit der Blendenscheibe 30 lauft ein Polarisationsfilter 31 um, welches die beiden Lichtstrahlbündel drehwinkelabhängig so polarisiert, daß bei einer Uldrehung der Blendenscheibe 30 alle möglichen Polarisationsrichtungen des hindurchgelassenen Lichtes zweimal durchlaufen werden. Die Kombination aus Blendenscheibe 30 und Polarisationsfilter 31 wird durch den Motor 29 angetrieben. Gleichzeitig läuft ein Drehwinkelgeber 45 synchron mit um. Die modulierten Lichtstrahlbündel treten anschliessend durch die teildurchlässigen Spiegel 32 und 33 und werden durch die Optiken 34 und 35 annähernd parallel gerichtet. Der untere Strahl, im folgenden als Vergleichsstrahl bezeichnet, wird durch den Spiegel 36 umgelenkt, so daß dieses Strahlenbündel und das obere, im folgenden Meßstrahlenbündel genannt, das Austrittsfenster 37 in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen durchlaufen. Dieses Austrittsfenster 37 besteht aus zwei winklig angeordneten Teilfenstern mit dem Ziel, für das Vergleichsstrahlenbündel einen solchen Weg zu schaffen, der zwar ebenfalls über das Penster 37 verläuft, jedoch nur einen sehr kurzen Weg über die Meßstrecke 39 nimmt und dabei praktisch keinem Einfluß der dort vorliegenden Absorptions- und Streuungsverhältnisse unterliegt0 Das Vergleichsstrahlenbündel wird Reflektor 40 in sich selbst reflektiert und nimmt über Umlenkspiegel 36, Optik 35, teildurchlässigen Spiegel 33 schließlich den Weg auf den Fotoempfänger 43 Das Meßstrahlenbündel durchläuft die Meßstrecke 39, das ähnlich wie das Fenster 37 aufgebaute Penster 38, eine Polarisationsfilteranordnung 42, gelangt zum Reflektor 41, wird von diesem in sich zurückgeworfen und gelangt nach entpsrechendem Weg ebenfalls zum Botoempfänger 43. Die Polarisationsfilteranordnung 42 besteht aus mehreren Sektoren, wobei jedem Teilsektor ein Polarisationsfilter ihn kennzeichnender Orientierungsrichtung zugeordnet ist0 Zusammen mit dem rotierenden Polarisationsfilter 31 entsteht somit im Meßstrahlenbündel zusätzlich zu der durch die Lochteilung der Blendenscheibe '34 hervorgerufenen Modulation eine weitere Intensitätsmodulation, die dann und nur dann verschwindet, wenn das Meßstrahlenbündel zentrisch auf die Anordnung 42 auftrifft und die dann eine für die Richtungsablage charakteristiscbtPhase annimmt, wenn das Meßstrahlenbündel nicht zentrisch auftrifft.
Im Signalspektrum aus dem Potoempfänger 43 sind somit Informationen über folgende Größen enthalten: Lichtintensität der Halbleiterlichtquelle 21, Verschmutzung der Fenster 37 und 38, absorbierende bzw. streuende Eigenschaften des Mediums in der Meßstrecke 39 und über die Lage des Meßstrahlenbündels bezüglich Polarisationsfilteranordnung 42 und damit Reflektor 41.
Der Impulsgenerator 22 vfird über den drehwinkelabhängigen Impulsgeber 44 von der rotierenden Blendenscheibe 30 phasenstarr getriggert, so daß im Signal 49 die Information enthalten ist, welche der beiden Strahlengänge garade ausgeleuchtet wird. Der Drehwinkelgeber 45 liefert außerdem das Signal 48, welches die Information über die momentan vorliegende Polarisationsrichtung liefert.
In der Elektronik 46 werden die Signale 47, 48 und 49 in bekannter Weise so verarbeitet, daß folgende Ausgangssignale zur Verfügung stehen: Das Signal 50 ist nur annangig von aen

aDSorDlereen

una streuenen r;igenschäften des Mediums in der Meßstrecke 39, das Signal 51 ist nur abhängig von der Verschmutzung der Benster 37 und 38, die Signale 52 und 53 enthalten eindeutige Informationen über die Richtungsablage des Meßstrahlenbündels bezüglich des Zentrums der Polarisationsfilteranordnung 42 und damit Reflektor 41. Diese Signale können dann getrennt ausgewertet werden, das Signal 50 beispielsweise zur Anzeige der Sichtweite in der Meßstrecke 39, das Signal 51 zur Überwachung der Verschmutzung und Signalgabe bei Uberschreitung einer bestimmten Grenzverschmutzung auf den Fenstern 37 und 38, die Signale 52 und 53 beispielsweise zur kontinuierlichen Nachstellung der optischen Achse so, daß das Meßstrahlenbündel jeweils zentrisch auf den Reflektor 41 auftrifft.
Gegenüber dem Bekannten hat das beschriebene Gerät eine Reihe von Vorteilen. Während bei bisherigen Anordnungen die gleichmäßige Verschmutzung der Reflektoren 9 und 50 in Abbildung 1 niemals sicherzustellen ist, kann wegen der völlig symmetrischen Anordnung der Fenster 37 und 38 in der Anordnung nach Abbildung 2 mit deren identischen Verschmutzung gerechnet werden, so daß eine fehlerfreie Verschmutzungskompensation zu erzielen ist. Sowohl das Meßstrahlenbündel als auch das Vergleichsstrahlenbündel durchlaufen je zweimal eine der Teilscheiben der Benster 37 und 38 von vorne und von hinten, so daß außer der symmetrischen Verzchmutzung auch völlig symmetrische Lichtstrahlenwege für die beiden Teillichtbündel vorliegen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch Anwendung der halbleiterlichtquelle 21 auch bei Anu-endung einer relativ kurzen Brennr.eite der Optik 14 ein bezüglich der Abmessung des Reflektors 41 kleines Bild der lichtemittierenden Plache auf dem Reflektor erzielt werden kann, womit kleine Abmessungen des Reflektors 41 ausreichen0 Außerdem ermöglicht die Anordnung des rotierenden Polarisationsfilters 31 die Gewinnung eines von der Ablage des Meßstrahlenbündels vom Reflektorzentrum eindeutig abhängigen Signales , welches erforderlichenfalls zur Nachstellung des Zebslrahlenbündels in das Reflektorzentrum verwendet werden kann.
Das neue Gerät kann auch mit Vorteil in Verbindung mit der Anordnung nach der Anmeldung BK 178 der gleichen Anmelderin vom gleichen Tage benutzt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Optisch-elektronisches Sichtweitemeßgerät dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterlichtquelle (21) mit sehr kleiner Emissionsfläche von einem Impulsgenerator (22) über den Leistungsverstärker (23) zur Abgabe kurzer Lichtimpulse angeregt wird, daß das emittierte Licht von einem Teilerprisma (24) in zuei Teilbündel aufgespaltet wird, welche durch die Umlenkspiegel (25, 26) sowie die Optiken (27, 28) in die Ebene einer vom Ibllotor (29) angetriebenen Blendenscheibe (30) fokussiert werden, wobei die Blendenscheibe (50) so ausgebildet ist, daß jeweils nur Licht des einen Strallenbündels hindurchtreten kann, das jeweils andere gesperrt wird und daß ausserdem durch ein weiterhin vorgesehenes, mitumlaufendes Polarisationsfilter (31) eine drehviinkelabhängige Polarisationsrichtung der Lichtstrahlbündel entsteht, welche dann durch die teildurchlässigen Spiegel (32, 33) treten, durch die Optiken (34, 35) annähernd parallel gerichtet werden, in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen, das aus zwei winklig angeordneten Teilfenstern bestehende Fenster (37) passieren, wonach das eine Strahlenbündel, nämlich das Vergleichsstrahlenbündel, vom Reflektor (40) in sich zurückgeworien wird, das Fenster (37) nochmals durchquert, dann über Optik (35) und teildurchlässigen Spiegel (33) auf den Fotoempfänger (43) fällt und wonach das andere Strahlenbündel, das MeBstrahlenbundel,die Meßstrecke (39) durchläuft, durch das ebenfalls aus zwei winklig angeordneten Teilfenstern bestehende Fenster (38) passiert, durch das Polarisationstilter (42) zum Reflektor (41) gelangt,von diesem in sich zurückgeworfen wird und dann auf dem gleichen Weg zurück vom teildurchlässigen Spiegel (32) ebenfalls auf den Botoempfänger (43) geworfen viird.

2. Anordnung nach 1), dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (22) von einem drehwinkelabhängigen Impulsgeber (t4) von der rotierenden Blendenscheibe (30) so gesteuert wird, daß jeder Einzellichtimpuls der Ualbleiterlichtquelle (21) eindeutig dem je nach momentaner Blendenstellung möglichen Durchtritt des Meß-oder Vergleichsstrahlenbündels zugeordnet ist.

3. Anordnung nach 1), dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein Halbleiter-Laser verwendet wird, dessen Emissionefläche in einer oder in beiden Ausdehnungerichtungen so klein ist, daß die Abbildung der strahlenden Fläche auf dem Reflektor (41) auch bei Verwendung von Optiken kurzer Brennweite und bei großer Lichtweglänge in der Meßstrecke (39) ein Bild ergibt, dessen Ausdehnung in einer oder in beiden Richtungen kleiner als 200 mm ist.

4. Anordnung nach 1), dadurch gekennzeichnet, daß die Släche des Reflektors (41) in Sektoren unterteilt ist, daß jedem Sektor ein Polarisationsfilter (42) ihn kennzeichnender Orientierung vorgesetzt wird, so daß bei Rotation des umlaufenden Polarisationsfilters (31) immer dann eine zusätzliche Modulation der zurückreflektierenden Strahlung entsteht, wenn die optische Achse des über die Meßstrecke (39) verlaufenden Lichtstrahlbündels nicht zentrisch auf die in Sektoren unterteilte Refsktorfläche fällt und daß diese zusätzliche Modulation nicht vorhanden ist, wenn das Lichtstrahlbündel zenestrisch auftrifft.

5. Anordnung nach 1) und 4), dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehwinkelgeber (45) mit Blendenscheibe (30) und Polarisationsfilter (31) so gekoppelt wird, daß die nach 4) entstehende zusätzliche Modulation eine eindeutige Aussage über die Richtung der Ablage der optischen Achse des Lichtstrahlbündels im Meßlichtweg (39) von der Sollage enthält und daß daraus ein Kriterium für die selbsttätige Nachstellung der optischen Achse in die Sollage, beispielsweise durch geringfügige Kippung bzw. Schwenkung der Sende/Empfangseinheit abgeleitet werden kann.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1) bis 5) dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteelektronik (46) vorgesehen ist, welcher das vom Potoempfänger (43) gelieferte Signal (47), das vom Drehwinkelgeber (45) gelieferte Signal (48) und das vom Impulsgenerator (22) gelieferte Signal (49) zugeführt wird und welche ausgangsseitig das nur von den lichtabsorbierenden und lichtstreuenden Eigenschaften der Meßstrecke (39) abhängige elektrische Signal (50), das nur von der Verschmutzung der Fenster (37) und (38) abhängige Signal (51) sowie die für eine Nachstellung der optischen Achse des Meßlichtstrahlbündels in der Meßstrecke (39) verwendbaren Signale (52) und (53) liefert0