DE2502662A1 - LASER DISTANCE METER - Google Patents
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Description
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Unser Zeichen: A 13 061Our reference: A 13 061
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Laser-EntfernungsmesserLaser rangefinder
Die Erfindung betrifft einen Laser-Entfernungsmesser, bei dem ein Strahlungsimpuls mit einer Wellenlänge im sichtbaren oder nahe dem sichtbaren Bereich auf ein Ziel abgegeben und von diesem reflektiert wird.The invention relates to a laser range finder in which a radiation pulse with a wavelength in the visible or is emitted close to the visible range on a target and reflected by this.
Laser-Entfernungsmesser sind bekannt und arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip wie Radar. Ein Impuls einer kohärenden Strahlung im sichtbaren oder nahe dem sichtbaren Wellenlängen-Bereich wird auf ein Zielobjekt abgegeben. Ein Teil der Strahlung wird zum Entfernungsmeßgerät zurückreflektiert, wo es aufgenommen und die Zeit zwischen dem Aussenden des Strahlungsimpulses und der Ankunft der reflektierten Energie gemessen wird, wobei diese Zeit ein Maß für den Abstand bzw. die Entfernung des Zieles vom Meßgerät darstellt.Laser rangefinders are known and work according to one principle similar to radar. A pulse of coherent radiation in the visible or near the visible wavelength range is delivered to a target object. Some of the radiation is reflected back to the distance measuring device, where it is picked up and the time between the emission of the radiation pulse and the arrival of the reflected energy is measured, this being said Time represents a measure of the distance or the distance of the target from the measuring device.
Bei den bekannten Laser-Entfernungsmessern werden zwei optische Systeme verwendet, nämlich eines für die ausgesendete auf dasIn the known laser rangefinders, two optical systems are used, namely one for the one transmitted to the
Lh/fi - - 2 -Lh / fi - - 2 -
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Ziel gerichtete Strahlung und das andere für die Messung der vom Ziel reflektierten Strahlung, wobei das letztere außerdem dazu dient, den Entfernungsmesser auf das Ziel auszurichten. Die Verwendung von zwei optischen Systemen macht wegen der Schwierigkeit, die ausgesendete Strahlung und die reflektierte Strahlung zu trennen einen solchen Entfernungsmesser sehr teuer.Targeted radiation and the other for measuring the radiation reflected from the target, the latter also being used is used to aim the range finder at the target. The use of two optical systems makes, because of the difficulty To separate the emitted radiation and the reflected radiation, such a range finder is very expensive.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Laser-Entfernungsmesser unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile einfacher auszubilden als dies bisher möglich war.The invention is therefore based on the object of a laser range finder easier to train than was previously possible while avoiding the aforementioned disadvantages.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einem Laser, der eine polarisierte Strahlung abgibt, eine strahlungsempfindliche Einrichtung vorgesehen ist, die auf die von einem Ziel reflektierte Strahlung anspricht und daß ein einziges optisches System für die ausgesendete und die reflektierte Strahlung vorgesehen ist.According to the invention, this is achieved in that a laser which emits a polarized radiation, a radiation-sensitive Means is provided which is responsive to the radiation reflected from a target and that a single optical system for the emitted and the reflected radiation is provided.
Vorzugsweise enthält der Entfernungsmesser einen strahlaufspaltenden Polarisator sowie Einrichtungen zum Umwandlen von planpolarisierter abgegebener Strahlung, die aus dem Polarisator austritt, in zirkulär polarisierte Strahlung.The range finder preferably contains a beam-splitting one Polarizer and devices for converting plane-polarized emitted radiation that emerges from the polarizer, in circularly polarized radiation.
Eine beispielsweise Ausfuhrungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in derAn example embodiment of the invention is shown below explained with reference to the drawing in which
Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt.Fig. 1 shows schematically a first embodiment of the invention.
Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 1 undFig. 2 shows a modified embodiment of the arrangement according to Fig. 1 and
Fig. 3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung.Fig. 3 shows schematically a second embodiment of the invention.
In Fig. 1 verwendet der Entfernungsmesser einen Q-geschalteten Laser 10 irgendeines geeigneten Typs. Die optische Achse des Entfernungsmessers ist mit 11 bezeichnet und die meisten der optischen Komponenten des Entfernungsmessers sind längs dieser Achse angeordnet. Ein strahlaufspaltender Polarisator 12, wie z.B. ein Nicol'sches oder Glan'sches Prisma ist benachbart zuIn Fig. 1, the range finder uses a Q-switched Laser 10 of any suitable type. The optical axis of the range finder is denoted by 11 and most of the optical components of the range finder are arranged along this axis. A beam splitting polarizer 12, such as e.g. a Nicol or Glan prism is adjacent to
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dem Laser angeordnet, so daß die von dem letzteren ausgesendeten Strahlungsimpulse in den Polarisator 12 eintreten. Auf den Polarisator folgt eine Viertelwellen-Platte 13, deren schnelle und langsame Achse in einem Winkel von 45° zur Durchgangsebene des Polarisators geneigt sind. Hierauf folgen Linsen 14 und 15, die ein optisches Teleskop bilden. Benachbart zu dem Polarisator 12 aber außerhalb der optischen Achse 11 ist eine Linse 16 und ein photoempfindlicher Detektor 17 angeordnet. Zwischen dem Laser 10 und dem Polarisator 12 kann ferner ein polarisiertes Element angeordnet werden. Die verschiedenen optischen Komponenten sind so angeordnet, daß die nachfolgend beschriebenen Wirkungen entstehen.the laser arranged so that the emitted by the latter Radiation pulses enter the polarizer 12. The polarizer is followed by a quarter-wave plate 13, whose fast and slow axis are inclined at an angle of 45 ° to the plane of passage of the polarizer. This is followed by lenses 14 and 15, which form an optical telescope. Adjacent to the polarizer 12 but outside the optical axis 11 is one Lens 16 and a photosensitive detector 17 are arranged. Between the laser 10 and the polarizer 12 can also be a polarized element are arranged. The different optical components are arranged so that the effects described below arise.
Der Laser 10 gibt Impulse einer polarisierten kohärenten Strahlung ab, beispielsweise im infraroten Bereich des Spektrums. Diese Strahlung trifft auf den Polarisator 12 und wird im wesentlichen ohne Verlust ausgesendet. Eine etwaige Streustrahlung, die nicht polarisiert oder schlecht polarisiert ist, wird längs des nach oben gerichteten Pfeiles aus dem System (Polarisator 12) abgelenkt. Die aus dem Polarisator austretende planpolarisierte Strahlung geht durch die Viertelwellenlängen-Platte 13, die sie in eine zirkulär polarisierte Strahlung umformt. Diese geht durch das optische Teleskop in Richtung auf ein Ziel X, dessen Entfernung zu bestimmen ist.The laser 10 emits pulses of polarized coherent radiation, for example in the infrared region of the spectrum. This radiation strikes the polarizer 12 and is emitted with essentially no loss. Any scattered radiation that doesn't polarized or badly polarized, is deflected along the upward arrow out of the system (polarizer 12). From plane-polarized radiation exiting the polarizer passes through the quarter-wave plate 13, which it turns into a circularly polarized one Reshapes radiation. This goes through the optical telescope in the direction of a target X, the distance of which is to be determined.
Es wurde festgestellt, daß bei einer Refelxion vom Ziel zurück zum Entfernungsmesser die Polarisation eines beachtlichen"Teiles, z.B. 60 bis 80% der Strahlung unverändert bleibt. Diese reflektierte Strahlung, die nur einen sehr kleinen Teil der ausgesendeten Strahlung darstellt, läuft durch das optische Teleskop des Entfernungsmessers zurück. Beim Durchgang durch die Viertelwellen-Platte 13 wird die Polarisation geändert von zirkulär auf plan, wobei die Ebene der Polarisation des Hauptteiles der Strahlung senkrecht zu derjenigen der ausgesendeten Strahlung steht, die aus dem Polarisator 12 austritt. Diese Strahlung wird dann durch den Polarisator 12 umgelenkt und durch die LinseIt was found that when there was a reflection back from the target to the range finder the polarization of a considerable "part, e.g. 60 to 80% of the radiation remains unchanged. This reflected Radiation, which is only a very small part of the radiation emitted, passes through the optical telescope of the rangefinder. When passing through the quarter-wave plate 13, the polarization is changed from circular to plane, the plane of polarization of the main part of the radiation being perpendicular to that of the emitted radiation which emerges from the polarizer 12. This radiation is then redirected by polarizer 12 and through the lens
. - 4 5098 3 3/0 5 78. - 4 5098 3 3/0 5 78
auf eine photoempfindliche Einrichtung 17 fokussiert. Der kleinere Teil der Strahlung, dessen Polarisation sich bei der Reflexion geändert hat, tritt aus der Viertelwellen-Platte 13 aus und zwar polarisiert in der Durchtrittsebene des Polarisators 12 und er läuft daher durch den Polarisator 12 hindurch in den Laser 10.focused on a photosensitive device 17. The smaller one Part of the radiation, the polarization of which has changed during the reflection, emerges from the quarter-wave plate 13 and that polarized in the plane of passage of the polarizer 12 and it therefore runs through the polarizer 12 into the laser 10.
Der Polarisator 12 bildet somit eine Einrichtung zum Trennen der vom Ziel reflektierten und wieder empfangenen Strahlung in zwei Komponenten. Bei der vorbeschriebenen Anlage ist der Hauptteil der reflektierten Strahlung derjenige, dessen Polarisation bei der Reflexion am Ziel unverändert bleibt.The polarizer 12 thus forms a device for separating the radiation reflected from the target and received again into two Components. In the system described above, the main part of the reflected radiation is that whose polarization is the reflection at the target remains unchanged.
Wenn nun der Entfernungsmesser unter Bedingungen geringer Sichtbarkeit verwendet wird, beispielsweise bei der Anwesenheit von Wolken oder Dunst oder Rauch zwischen dem Entfernungsmesser und dem Ziel, so wird ein bestimmter Anteil der ausgesendeten Strahlung zum Entfernungsmesser zurückfeflektiert ohne daß er überhaupt das Ziel erreicht. Eine auf diese Weise zurückreflektierte Strahlung bleibt hinsichtlich ihrer Polarisation unverändert und geht durch die Platte 13 und zum Detektor 16, 17, wobei ein falsches Ergebnis entsteht. Hier wird nun die Tatsache benutzt, daß die Reflexion am Ziel bei etwa 20 bis 40% der reflektierten Strahlung die Polarisation ändert.Now if the rangefinder is used in low visibility conditions, such as the presence of Clouds or haze or smoke between the rangefinder and the target, a certain proportion of the emitted radiation reflected back to the range finder without ever reaching the target. Radiation reflected back in this way remains unchanged with regard to its polarization and goes through the plate 13 and to the detector 16, 17, with an incorrect result. The fact that the reflection at the target is the polarization in about 20 to 40% of the reflected radiation is used here changes.
Läßt man die Viertelwellenlängen-Platte 13 weg, so kann planpolarisierte Strahlung durch das optische System hindurchlaufen zu den Wolken und dem Ziel. Die von den Wolken reflektierte Strahlung hat dieselbe Polarisationsebene wie die ausgesendete Strahlung und läuft somit durch den Polarisator zurück in den Laser. Dasselbe gilt für den großen Teil der vom Ziel reflektierten Strahlung, deren Polarisationsebene unverändert ist. Die reflektierte Strahlung jedoch, deren Polarisationsebene geändert wird, wird reflektiert und zwar polarisiert in einer Ebene mehr oder weniger senkrecht zu derjenigen der ausgesendeten Strahlung. Diese Strahlung wird da-If the quarter-wave plate 13 is omitted, plane-polarized Radiation passing through the optical system to the clouds and the target. The radiation reflected from the clouds has the same polarization plane as the emitted radiation and thus runs through the polarizer back into the laser. The same thing applies to most of the radiation reflected by the target, the plane of polarization of which is unchanged. The reflected radiation however, whose plane of polarization is changed, is reflected and polarized in a plane more or less perpendicular to that of the emitted radiation. This radiation is
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her beim Empfang durch den Polarisator zum Detektor umgelenkt, um eine wahre Anzeige des Zieles zu liefern. Obwohl daher nur ein kleiner Anteil der reflektierten Strahlung verwendet wird, kann die Entfernung des Zieles somit bestimmt werden. Anstatt die Viertelwellen-Platte zu entfernen kann sie auch um 45Ö gedreht werden, was dieselbe Wirkung hat.redirected by the polarizer to the detector upon reception to provide a true indication of the target. Therefore, although only a small proportion of the reflected radiation is used, the range of the target can thus be determined. Instead of removing the quarter-wave plate can also be rotated by 45 E, which has the same effect.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen wird davon ausgegangen, daß der Laser 10 eine polarisierte Strahlung emittiert, d.h. der Polarisator bildet einen Teil des Lasers selbst. Wenn ein nicht polarisierter Laser benutzt wird, so wirkt der strahlteilende Polarisator 12 selbst als Polarisator, wobei jedoch Energie verloren geht.In the embodiments described above, it is assumed that that the laser 10 emits polarized radiation, i.e. the polarizer forms part of the laser itself. If one does not polarized laser is used, the beam-splitting polarizer 12 itself acts as a polarizer, but energy is lost goes.
Fig. 2 zeigt den vollständigen Entfernungsmesser zusammen mit einem Laser, der polarisierte Strahlung emittiert.Fig. 2 shows the complete range finder together with a laser that emits polarized radiation.
Der Laser ist ein solcher mit Q-Schaltung mit einem aktiven Medium 20, das durch eine Blitzröhre 21 erregt werden kann. Die Stirnreflektoren des optischen Hohlraumes sind rechtwinkelige Prismen 22 und 23, deren am rechten Winkel liegende Scheitellinien im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind. Der strahlaufspaltende Polarisator 12 ist im optischen Hohlraum zwischen dem aktiven Lasermaterial 20 und einer Q-Schaltzelle 24 angeordnet. Die Zelle 24 ist so angeordnet, daß ihre schnelle Achse parallel zu den Scheitellinien von einem der Prismen 22 oder 23 liegt. Vorzugsweise ist der Polarisator 12 so angeordnet, daß eine Durchtrittsebene im wesentlichen unter 45° zu der schnellen und der langsamen Achse der Zelle 24 liegt. Der Laser umfaßt ferner zwei rechtwinkelige Prismen 25 und 26.The laser is Q-switched with an active medium 20, which can be excited by a flash tube 21. The forehead reflectors of the optical cavity are right-angled prisms 22 and 23, whose apex lines lying at right angles in are arranged substantially perpendicular to each other. The beam-splitting polarizer 12 is in the optical cavity between the active laser material 20 and a Q-switch cell 24 arranged. The cell 24 is arranged so that its fast axis is parallel to the apex lines of one of the prisms 22 or 23. Preferably, the polarizer 12 is arranged so that a plane of passage is substantially at 45 ° to the fast and the slow axis of cell 24 lies. The laser also includes two right-angled prisms 25 and 26.
Die Viertelwellen-Platte und das optische System wurden oben bereits beschrieben. Die reflektierte Strahlung, die in den Entfernungsmesser eintritt und auf den Polarisator 12 trifft undThe quarter wave plate and the optical system have already been mentioned above described. The reflected radiation that enters the range finder and hits the polarizer 12 and
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die dieselbe Polarisationsebene hat wie die vom Laser ausgesendete Strahlung wird in den optischen Hohlraum des Lasers zurückreflektiert, während die auf das Prisma 12 auftreffende Strahlung, deren Polarisationsebene senkrecht zu derjenigen der ausgesendeten Strahlung liegt, durch den Polarisator 12 zum Detektor 16, 17 gelenkt wird. Um eine eventuelle Beschädigung des Detektors infolge einer nicht polarisierten oder falsch polarisierten Streustrahlung zu vermeiden, die innerhalb des Lasers eventuell erzeugt wird, kann ein separater strahlaufteilender Polarisator verwendet werden. Dieser würde dann zwischen der Viertelwellen-Platte 13 und dem Polarisator 12 derart angeordnet werden, daß er die rückkehrende Strahlung direkt zum Detektor lenkt, so daß diese nicht durch eine Strahlung innerhalb des Laserraumes beeinflußt wird.which has the same plane of polarization as that emitted by the laser Radiation is reflected back into the optical cavity of the laser, while the radiation impinging on the prism 12, its plane of polarization perpendicular to that of the emitted radiation through which the polarizer 12 is directed to the detector 16, 17. To avoid possible damage to the detector as a result of non-polarized or incorrectly polarized scattered radiation, which may be generated within the laser, a separate beam-splitting polarizer can be used. This would then be arranged between the quarter-wave plate 13 and the polarizer 12 so that it is the returning Directs radiation directly to the detector so that it is not influenced by radiation within the laser room.
Die vorgenannte Ausfuhrungsform arbeitet in derselben Weise wie oben beschrieben wurde. Die Viertelwellen-Platte kann entfernt oder um 45° in Fällen schlechter Sichtbarkeit gedreht werden, wie bereits beschrieben wurde. Das aktive Lasermaterial braucht kein Feststoff sein, sondern es sind auch Gase und andere aktive Materialien mit entsprechenden Erregereinrichtungen verwendbar.The aforementioned embodiment works in the same way as has been described above. The quarter-wave plate can be removed or rotated 45 ° in cases of poor visibility, as already described. The active laser material does not need to be a solid; there are also gases and other active materials Materials can be used with appropriate excitation equipment.
Die Oberflächen der optischen Elemente können beschichtet sein, wie es üblich in optischen Systemen ist, die mit polarisiertem Licht arbeiten.The surfaces of the optical elements can be coated, as is usual in optical systems with polarized Light work.
um den Entfernungsmesser in der richtigen Richtung auszurichten, können Visiereinrichtungen für den Beobachter vorgesehen werden. Hierzu kann ein separates Visierteleskop verwendet werden, das an der Vorrichtung angebracht ist. Es ist jedoch wirtschaftlicher, das vorhandene optische System zum Ausrichten der Vorrichtung bzw. zum Anvisieren des Zieles zu benutzen. Fig. 3 zeigt einen Entfernungsmesser, der mit einer solchen Visiereinrichtung versehen ist. Der Entfernungsmesser ist von der Art, wie sie anhand von Fig. 1 beschrieben wurde. Ein kubischer Strahlaufspalter 31In order to align the range finder in the correct direction, sighting devices can be provided for the observer. A separate telescope that is attached to the device can be used for this purpose. However, it is more economical to use the existing optical system for aligning the device or for sighting the target. Fig. 3 shows a range finder which is provided with such a sighting device. The range finder is of the type described with reference to FIG. 1. A cubic beam splitter 31
- 7 509833/0578 - 7 509833/0578
ist in dem opfcfechen System so angeordnet, daß er eine infrarote Laserstrahlung, die entweder gesendet oder empfangen wird, reflektiert, während er sichtbares Licht zu einem Beobachter 32 durchläßt. In der Beobachtungsbahn kann aus Sicherheitsgründen ein Infrarot-Filter 33 angeordnet werden. Bei dieser Ausführungsform ' wird ein einziges optisches System zum Senden, zum Empfang und zum' Visieren benutzt, obwohl gegebenenfalls im Beobachtungsweg noch weitere Elemente, wie 34 erforderlich sein können.is arranged in the Opfcfechen system so that it has an infrared Laser radiation, either transmitted or received, reflects as it transmits visible light to an observer 32. For safety reasons, a Infrared filter 33 can be arranged. In this embodiment ' becomes a single optical system for sending, receiving and used for sighting, although other elements, such as 34, may be required in the observation path.
Die elektronische Schaltung zur effektiven Bestimmung der Entfernung des Zieles ist nicht dargestellt, da sie bekannt ist und keinen Teil der Erfindung bildet. Eine solche Schaltung steuert die Emission der Strahlungsimpulse des Lasers und sie spricht auf die vom Detektor empfangene Strahlung an.The electronic circuit for the effective determination of the distance the aim is not shown as it is known and does not form part of the invention. Such a circuit controls the Emission of the radiation pulses of the laser and she speaks on the radiation received by the detector.
509833/05 7 8509833/05 7 8
Claims (12)
die gesendete und die reflektierte Strahlung ein gemeinsames optisches System vorgesehen ist.Pulses of polarized radiation and devices which respond to the radiation reflected back from a target, characterized in that for
a common optical system is provided for the transmitted and the reflected radiation.
ansprechende Einrichtung eine Einrichtung aufweist, um
die empfangene Strahlung, deren Polarisation unverändert
geblieben ist, von der empfangenen Strahlung zu trennen,
deren Polarisation geändert worden ist, wowie mit Einrichtungen, um eine der beiden getrennten Strahlungskomponenten der empfangenen Strahlung aufzufangen..2. Distance meter according to claim 1, characterized in that the reflected radiation
responsive device comprises means to
the received radiation, the polarization of which remains unchanged
has remained to separate from the received radiation,
whose polarization has been changed, as well as means to intercept one of the two separate radiation components of the received radiation ..
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