DE2649274A1

DE2649274A1 - Wide range pulsed optical beam radar equipment - transmits two or three zone beam with different power in each zone

Info

Publication number: DE2649274A1
Application number: DE19762649274
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl Ing Dr Riegl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-02
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-10-06
Also published as: AT366827B; ATA237576A

Abstract

A wide range pulsed optical beam radar transmission equipment, transmits a pulsed optical beam generated by a laser diode in several zones, each with its own power contact and corresponding dispersion angle. By this means the radar range can be increased. The equipment is for use typically in railway vehicle detection equipment, railway tunnel wall monitoring, and the like. Basically a light or infra red laser diode source (4) produces a beam which is divided into a local, relatively weak, wide angle zone (1) a narrower, more powerful zone (2) for longer range, and perhaps a narrow, low power auxiliary zone (3). A variety of different combinations of lenses (5, 6, 7) and of lenses and variable apertures (BL) are described to produce the required zoned beam.

Description

" Radargerät " "Radar device"

Die Erfindung betrifft ein mittels Lichtimpulsen arbeitendes Radargerät mit einer vorzugsweise punktförmigen Lichtquelle, vorzugsweise einer H albleiterl aserdiode und einem dieser Lichtquelle vorgeschalteten optischen System mit einem vorzugsweise punktförmigen Lichtempfänger, insbesondere einer Fotodiode, welchem Empfänger ebenfalls ein optisches System vorgeschaltet ist. Übliche optische Sekundärradarsysteme weisen beispielsweise eine in gewissen Grenzen aufgespreizte Sendestrahlkeule auf, um auch bei schlechter gegenseitiger Ausrichtung von Primär- und Sekundärgerät das Auftreffen eines Teils der Sendeenergie des einen Gerätes auf den Empfänger des anderen sicherzustellen. The invention relates to a radar device which operates by means of light pulses with a preferably point light source, preferably a semiconductor aserdiode and an optical system connected upstream of this light source with a preferably punctiform light receiver, in particular a photodiode, which Receiver is also preceded by an optical system. Usual secondary optical radar systems have, for example, a transmission beam that is spread out within certain limits, in order to ensure that the primary and secondary devices are not aligned properly with one another Part of the transmission energy of one device hits the receiver of the to ensure others.

Eine zu starke Sendestrahlaufspreizung hat zur Folge, daß die Leistungsdichte des Sendestrahls schon in relativ kleinen Entfernungen vom Sender unter die Nachweis schwelle abfällt und die erzielbare Maximalreichweite daher gering ist. Eine zu geringe Strahlaufspreizung wiederum bewirkt, daß die Leistungsdichte des Sende str ahls in kurzer Entfernung vom Sender so hohe Werte annimmt, daß ein direkt getroffener Empfänger trotz Empfängerregelung übersteuert und unter Umständen sogar beschädigt wird, während andererseits schon bei einer geringen seitlichen Versetzung von Primär- und Sekundärgerät überhaupt keine Leistung auf den Empfänger auftrifft. In diesen beiden Fällen ist ein Ausfall des Radarsystems bei kurzen Entfernungen die Folge, was in Hinblick auf die vorteilhaft möglichen Anwendungen als Abstandswarngerät oder Kollisionsschutzgerät absolut unzulässig ist. Weiters geht durch die Verwendung einer aufgespreizten Radarkeule grundsätzlich die Möglichkeit verloren, die gegenseitige Winkellage von Primär-und Sekundärgerät radartechnisch zu bestimmen.Too strong a transmission beam spread has the consequence that the power density of the transmission beam at a relatively small distance from the transmitter under the detection threshold drops and the achievable maximum range is therefore low. One to low beam spreading in turn causes the power density of the transmission str ahls at a short distance from the transmitter assumes such high values that a directly hit Receiver overdriven despite receiver control and possibly even damaged while on the other hand, even with a slight lateral displacement of primary and secondary device does not impinge on the receiver at all. In these Both cases result in a failure of the radar system at short distances, what in terms of the advantageous possible applications as a distance warning device or collision protection device is absolutely impermissible. Further goes through the usage a spread radar lobe basically lost the possibility of mutual Determine the angular position of the primary and secondary device using radar technology.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radargerät zu schaffen, bei dem durch geeignete optische Maßnahmen eine zuverlässige Funktion sowohl bei sehr geringen als auch bei sehr großen Entfernungen gewährleistet ist. Darüberhinaus soll auch die Möglichkeit geschaffen werden, die Winkellage von Primär- und Sekundärgerät bzw. von der Meßeinrichtung und dem Meßobjekt zueinander zu bestimmen. The invention is based on the object of creating a radar device, in which by suitable optical measures a reliable function both at very small as well as very large distances is guaranteed. Furthermore the possibility should also be created, the angular position of the primary and secondary device or to be determined by the measuring device and the test object to one another.

Gemäß der Erfindung wird daher bei einem Gerät der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß zumindest das optische System des Senders mindestens zwei Zonen unterschiedlicher optischer Wirkung für die Strahlung der Lichtquelle aufweist, wobei sich der Sender in bezug auf eine erste Zone zumindest in einem Bereich nahe des Brennpunktes befindet, sodaß ein näherungsweise paralleles Strahlenbündel austritt, während in bezug auf eine zweite Zone die Brechkraft und/oder Lage des Brennpunktes und/oder der Lichtquelle so ausgewählt ist bzw. sind, daß sich ein divergierendes Strahlenbündel ergibt. Durch diese besonderen Maßnahmen wird erreicht, daß durch die Lichtkeule mit großem Abstrahlwinkel (zerstreuende Zone) die Funktion des Radarsystems im Nahbereich und durch die Lichtkeule mit relativ mäßigem Abstrahlwinkel (sammelnde Zone) die Funktion des Radarsystems im Fernbereich sicher gewährleistet wird. Unter den Zonen werden Bereiche des optischen Systems verstanden, die die Signale mit unterschiedlicher optischer Wirkung abstrahlen bzw. According to the invention, the device mentioned at the beginning is therefore used in a device Art suggested that at least the optical system of the transmitter at least two Has zones of different optical effects for the radiation from the light source, wherein the transmitter is close in at least one area with respect to a first zone of the focal point so that an approximately parallel bundle of rays emerges, while in relation to a second zone the refractive power and / or position of the focal point and / or the light source is selected so that a diverging Beam results. Through these special measures it is achieved that through the beam of light with a large beam angle (dispersing zone) the function of the radar system at close range and through the beam of light with a relatively moderate beam angle (collecting Zone) the function of the radar system is reliably guaranteed in the long-range. Under The zones are understood to be areas of the optical system that carry the signals emit different optical effects or

empfmgen.receive

Weiterhin ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Strahlung der ersten Keule geringe Intensität,die Strahlung der zweiten Keule hohe Intensität aufweist, wobei in weiterer Ausbildung der Erfindung der Abstrahlwinkel und somit die Strahlungsintensität der zweiten Keule, vorzugsweise in Abhängigkeit von der ermittelten Entfernung, veränderbar ist. Hiedurch wird sichergestellt, daß beispielsweise eine Übersteuerung des Signalempfängers vermieden wird, die nachteilig das Meßergebnis verfälschen würde. Furthermore, it is provided according to the invention that the radiation of first lobe low intensity, the radiation of the second lobe high intensity having, in a further embodiment of the invention, the radiation angle and thus the radiation intensity of the second lobe, preferably as a function of the determined distance, is changeable. This ensures that, for example an overdrive of the signal receiver is avoided, which adversely affects the measurement result would falsify.

Fernerhin kann das Gerät auch mit Lichtimpulsen im Infrarotbereich betrieben werden. Furthermore, the device can also use light pulses in the infrared range operate.

Grundsätzlich bestehen folgende Möglichkeiten,Sende- und Empfangsgeräte erfindungsgemäß mit den besonderen optischen Systemen auszurüsten. Bei einem Radarverfahren nach dem Reflexionsprinzip ist dem Signalsender ein optisches System zur Aufspreizung der Lichtsignale in zwei Strahlungskeulen zugeordnet und der Signalempfänger besitzt lediglich ein sammelndes Linsenglied.Alternativ hiezu könnte auch dem Signalempfänger ein optisches System mit beispielsweise zwei Strahlungskeulen unterschiedlichen Empfangswinkels zugeordnet sein. Bei einem Sekundärradarverfahren könnten ebenso lediglich die Sender die besonderen optischen Systeme aufweisen und die Signalempfänger lediglich sammelnde Linsenglieder. Beispielsweise zur Erhöhung der Reichweite der Meßeinrichtung könnten aber auch beim Sekundärradarverfahren in den Empfängern optische Systeme mit verschiedenen, gegebenenfalls variierbaren Empfangswinkeln zugeordnet werden. There are basically the following options for sending and receiving devices to equip according to the invention with the special optical systems. In a radar procedure according to the reflection principle, the signal transmitter is an optical system for spreading assigned to the light signals in two radiation lobes and possesses the signal receiver only a converging lens element. Alternatively, the signal receiver could also be used an optical system with, for example, two different beams of radiation Be assigned receiving angle. With a secondary radar method could as well only the transmitters have the special optical systems and the signal receivers merely converging lens members. For example, to increase the range of the Measuring devices could, however, also be optical in the case of the secondary radar method in the receivers Systems with different, possibly variable reception angles assigned will.

Die Verstellung des Abstrahlwinkels der zweiten Strahlungskeule kann einerseits in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung und/oder andererseits in Abhängigkeit von der Größe der empfangenen Signalamplitude durchgeführt werden. Zur Steuerung der Stelleinrichtung für die optischen Systeme könnten beispielsweise Nachlaufsteuerungen od. dgI. angewendet werden oder beispielsweise ist es möglich, periodisch den Abstrahlwinkel des zweiten Strahlungsbereiches zu variieren und beim Empfang eines Signales mit einem dem Sollwert entsprechenden Signalpegel den Meßvorgang auszulösen bzw. die Anzeigeeinrichtung für die gemessene Entfernung; od. dgl. zu aktivieren. Hiezu können beispielsweise freischwingende Steueroszillatoren Verwendung finden, deren Ausg,angssignal dem Eingang der Stelleinrichtung für die optischen Systeme zugeführt ist. The adjustment of the radiation angle of the second radiation lobe can on the one hand depending on the measured distance and / or on the other hand in Depending on the size of the received signal amplitude. To control the adjusting device for the optical systems, for example Follow-up controls or similar can be applied or, for example, it is possible periodically to vary the radiation angle of the second radiation area and at Receipt of a signal with a signal level corresponding to the nominal value, the measuring process to trigger or the display device for the measured distance; or the like to activate. Free-running control oscillators, for example, can be used for this purpose find whose output, angssignal the input of the actuator for the optical Systems is fed.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand mehrerer Ausführungsformen beispielsweise dargestellt. Fig. 1 zeigt schem atisch die Aufteilung des Lichtstrahles eines Radarsenders in drei Keulen, die Fig. 2a bis 2c zeigen die Verwendung eines asphärischen optischen Systems, die Fig. 3a-3d zeigen vier Ausführungsformen eines optischen Systems, Fig. 4a und 4b zeigen schematisch die Anordnung von Einrichtungen zur Durchführung eines Sekundärradarverfahrens im Fernbereich und im Nahbereich, Fig. 5 zeigt schematisch im Blockschaltbild Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 6 eine weitere Ausgestaltung beispielsweise des Primärgerätes nach Fig. 5. Fig. 7 bzw 8a und 8b stellen eine dritte Ausfiihrungsform dar. The invention is illustrated in the drawings on the basis of several embodiments for example shown. Fig. 1 shows schematically the division of the light beam a radar transmitter in three lobes, Figs. 2a to 2c show the use of a aspherical optical system, Figs. 3a-3d show four embodiments of a optical system, Figs. 4a and 4b show schematically the arrangement of devices to carry out a secondary radar procedure in the long-range and in the short-range, Fig. 5 shows schematically in a block diagram devices for implementing the invention Method and FIG. 6 a further embodiment, for example of the primary device according to FIG. 5. FIGS. 7 or 8a and 8b represent a third embodiment.

Nach Fig.l sind je eine Keule 1 mit geringer Leistung und sehr großem Abstrahlwinkel für die Sicherstellung der Funktion eines Radarsystems im Nahbereich, und eine Keule 2 mit mäßigem Abstrahlwinkel und wesentlich höherer Leistung für die Funktion des Systems im Fernbereich vorgesehen. According to Fig.l are each a club 1 with low power and very large Beam angle for ensuring the function of a radar system in the close range, and a lobe 2 with a moderate beam angle and much higher power for the function of the system in the long range is provided.

Diese Maßnahmen können sowohl für Radarsysteme nach dem Reflexionsprinzip als auch für Primär- und Sekundärgeräte getroffen werden. Hiebei kann auch vorgesehen sein, den Empfangswinkeldes optischen Empfängers der Strahlaufspreizung des jeweils korrespondierenden Senders anzupassen, das heißt, der Empfänger weist einen mäßigen Empfangswinkel mit hoher Empfindlichkeit und einen wesentlich größeren Empfangswinkel mit zumindest kleiner Empfindlichkeit auf. These measures can be used both for radar systems according to the reflection principle as well as for primary and secondary devices. This can also be provided for be, the reception angle of the optical receiver of the beam spread of the respective corresponding sender to adapt, that is, the receiver assigns a moderate Reception angle with high sensitivity and a much larger reception angle with at least little sensitivity.

Fernerhin kann noch eine weitere, sehr scharf gebündelte Keule 3, geringer Leistung vorgesehen werden, deren Auftreffkoordinaten am Ort des Meßobjektes bzw. des korrespondierenden Gerätes gemessen und zur Berechnung der Winkellage des Primär-und Sekundärgerätes zueinander herangezogen werden. Als Empfänger für diesen extrem scharf gebündelten Strahl ist eine eigene, an sich bekannte Einrichtung mit der Fähigkeit zur Feststellung der Auftreffkoordinaten vorgesehen. Furthermore, another, very sharply bundled club 3, low power are provided, their impact coordinates at the location of the test object or the corresponding device measured and used to calculate the angular position of the Primary and secondary device are used to each other. As a recipient for this extremely sharply bundled beam is its own, known device with the ability to determine the impact coordinates.

Die Herstellung der erforderlichen Sendestrahlkeulen erfolgt zweckmäßigerweise auf die Art, daß das optische Ausgangssignal eines einzigen Sendeelementes, beispielsweise einer Laserdiode, durch ein geeignetes optisches System zunächst in die mäßig aufgespreizte Keule 2 umgeformt wird, wonach ein Teil desselben über weitere optische Systme zur weiteren Bündelung bzw. Aufspreizung geleitet wird, sodaß die Keulen 3 und 1 entstehen. Genausogut kann natürlich auch zunächst eine sehr breit aufgespreizte Keule und daraus die Keulen 2 und 3 abgeleitet werden, oder es können auch zunächst ein sehr scharf gebündelter Strahl und daraus die Keulen 1 und 2 gebildet werden. The necessary transmission beams are expediently produced in such a way that the optical output signal of a single transmitting element, for example a laser diode, initially in the moderately spread one through a suitable optical system Club 2 is reshaped, after which part of the same via further optical systems for further bundling or spreading is conducted, so that the lobes 3 and 1 arise. Of course, a very wide-spread club can be just as good at first from this the clubs 2 and 3 can be derived, or a very sharply focused beam and from this the lobes 1 and 2 are formed.

Nach den Fig. 2a bis 2c ist der Lichtquelle (Laserdiode) 4 ein asphärisches Linsenglied AS vorgeordnet, das beispielsweise mittig eine Zone Z mit zerstreuender Brechkraft und peripher eine Zone S mit sammelnder Brechkraft aufweist. Durch diese Ausbildung kann in einfacher Weise auch die angestrebte Lichtverteilung (Keulen 1,2) gemäß Fig.l erreicht werden. Ist es erforderlich,die Intensität bzw. die Abstrahldaratteri stik der Keule 2 zu variieren, so kann hiezu die Blende BL verwendet werden. Sind die Linsen als Rotationskörper ausgebildet, so kann in einfacher Weise als Blende BL eine Irisblende verwendet werden. Nach Fig. 2a ist die Blende BL derart geschlossen, daß lediglich ein Lichtaustritt aus der zerstreuenden Zone Z stattfindet, wodurch eine lntensitätsverteilung 1 auftritt. Gemäß Fig. 2b ist die Blende BL derart geschlossen, daß nur ein Teilbereich der sammelnden Zone S abgedeckt ist, wodurch sich die Keule 2 mit relativ geringer Intensität ergibt. Nach Fig. 2c trifft das emittierte Licht der Diode 4 auf die gesamte Zone S, wodurch sich die schmale Keule 2 mit großer Intensität ergibt. Durch die Anordnung einer verstellbaren Blende kann beispielsweise die Intensität des gebündelten Lichtstrahles stets so herabgesetzt werden, daß eine Umweltgefährdung durch beispielsweise einen Laserstrahl sicher vermieden wird. Je nach Art der Ausbildung des Linsengliedes ist eine in Form und Gestalt angepaßte Blende verwendbar. Die Blende ist beispielsweise durch den Motor M verstellbar, der durch die elektronische Ausrüstung des Radargerätes steuerbar ist. Je nach den Erfordernissen der räumlichen Ausbreitung der Strahlung kann das optische system sphärische oder zylindrische Oberflächen oder Kombinationen hievon aufweisen. According to FIGS. 2a to 2c, the light source (laser diode) 4 is an aspherical one Upstream lens member AS, for example, in the middle of a zone Z with a divergent Has refractive power and peripherally a zone S with collecting refractive power. Through this Training can also easily achieve the desired light distribution (clubs 1.2) according to Fig.l can be achieved. Does it require the intensity or to vary the radiation daratteri stik of the lobe 2, the aperture can for this purpose BL can be used. If the lenses are designed as bodies of revolution, then in an iris diaphragm can easily be used as the diaphragm BL. According to Fig. 2a the aperture BL closed in such a way that only light emerges from the diffusing Zone Z takes place, whereby an intensity distribution 1 occurs. According to Fig. 2b the aperture BL is closed in such a way that only a portion of the collecting zone S is covered, as a result of which the lobe 2 results with a relatively low intensity. According to Fig. 2c, the emitted light of the diode 4 hits the entire zone S, whereby the narrow club 2 results with great intensity. By arranging a adjustable aperture can, for example, the intensity of the bundled light beam are always reduced so that an environmental hazard by, for example, a Laser beam is safely avoided. Depending on the type of construction of the lens element a diaphragm adapted in shape and shape can be used. The aperture is for example adjustable by the motor M, which is controlled by the electronic equipment of the radar device is controllable. Depending on the requirements of the spatial spread of the radiation The optical system can have spherical or cylindrical surfaces or combinations show of it.

Weitere Einzelheiten der optischen Systeme zur Herstellung der Keulen sind anhand der in der Fig. 3a - 3 d gezeichneten Ausführungsbeispielen ersichtlich. Fig. 3a zeigt als Lichtquelle die Laserdiode 4, deren optisches Signal durch eine Sammellinse 5 in den mäßig gebündelten Hauptstrahl 2 umgewandelt wird. Ein Teil dieses Hauptstrahles wird durch eine zusätzliche Sammellinse 6 optimal zum Richtstrahl 3 kollimiert, während ein anderer, kleiner Teil des Hauptstrahles durch die Zerstreuungslinse 7 breit aufgespreizt den Nahbereichsstr a hl 1 bildet. In Fig. 3b wird das Ausgangssignal der Laserdiode zunächst durch die Linse 7 zerstreut und zum Meinen Teil als Nahbereichs strahl 1 ausgesendet. Der Hauptteil der Sendeleistung wird aber durch die Sammellinse 5 in den mäßig gebündelten Hauptstrahl 2 umgewandelt, ein kleiner Teil davon wiederum optimal durch die Sammellinse 6 zum Richtstrahl 3 kollimiert. Further details of the optical systems used to manufacture the clubs can be seen on the basis of the exemplary embodiments shown in FIGS. 3a-3d. Fig. 3a shows the laser diode 4 as a light source, the optical signal through a Converging lens 5 is converted into the moderately focused main beam 2. A part this main ray is optimally turned into a directional ray by an additional converging lens 6 3 collimates, while another, small part of the main ray passes through the diverging lens 7 spread widely, the short-range beam 1 forms. In Fig. 3b the output signal the laser diode is initially scattered by the lens 7 and for the most part as a close range beam 1 emitted. The main part of the transmission power is however through the converging lens 5 converted into the moderately bundled main ray 2, a small part of it in turn optimally collimated by the converging lens 6 to the directional beam 3.

Wenn an die Bündelung des Richtstrahls sehr hohe Anforderungen gestellt werden, die Anhäufung der Fehler mehrerer Optiken also unzulässig ist, und/oder wenn, wie nachstehend erläutert, die Aufspreizung des Hauptstrahls veränderlich sein sollte, kann es sich als günstiger erweisen, das optische Ausgangssignal der Laserdiode zum kleinen Teil unmittelbar in den Richtstrahl umzuformen. Dies ist einfach dadurch zu erreichen, daß die, in Richtung von der Laserdiode aus gesehen, der Sammellinse zur Erzeugung des Richtstrahls vorgelagerten Linsenglieder in geeigneter Form durchbrochen werden. Einzelheiten zweier dazu beispielsweise möglicher Ausführungsformen sind aus den Fig. 2c und 2d ersichtlich, wobei den entsprechenden Linsengliedern wieder die Bezugszeichen der Fig. When very high demands are placed on the bundling of the directional beam , the accumulation of errors of several optics is therefore impermissible, and / or if, as explained below, the spread of the main ray is variable Should be, it may prove to be more beneficial to use the optical output signal of the To transform a small part of the laser diode directly into the directional beam. This is easy to achieve by the fact that, seen in the direction of the laser diode, the converging lens for generating the directional beam in front of lens members in a suitable Shape to be broken. Details of two possible embodiments for this purpose can be seen from Figs. 2c and 2d, with the corresponding lens members again the reference numerals of Fig.

2a und 2b zugeordnet sind.2a and 2b are assigned.

Um Abhilfe gegen mögliche Übersteuerungen des optischen Empfängers zu treffen, kann die Aufspreizung des leistungsstarken Haupt-Sendestrahls von der Entfernung des Meßobjektes bzw. vom Abstand des Primär- und Sekundärgerätes abhängig gemacht werden. Diese Änderung hat so zu erfolgen, daß der Sendestrahl bei Maximalentfernung die gewünschte mäßige Aufspreizung aufweist, während bei kürzer werdendem Abstand der Meßo,jekte die Aufspreizung immer größer wird und zwar zweckmäßigerweise so, daß die Leistungsdichte am Ort des Empfängers etwa konstant bleibt. Dadurch wird auch erreicht, daß für Personen, die zufällig vom Sende str ahl getroffen werden, keine Gefahr hinsichtlich irgendwelcher Augenschädigungen besteht. To remedy possible overmodulation of the optical receiver to hit, the spreading of the powerful main transmit beam from the Distance of the object to be measured or the distance between the primary and secondary devices be made. This change must be made in such a way that the transmission beam is at the maximum distance has the desired moderate spreading, while with decreasing distance the messo, the spreading is getting bigger and more expediently so, that the power density at the location of the receiver remains approximately constant. This will also achieved that for persons who are accidentally struck by the broadcast beam, there is no risk of any eye damage.

Diese Vorgangsweise der entfernungsabhängigen Strahlaufspreizung die in den Fig 4a und 4b an Hand eines Primär- und Sekundärradargerätes PG, SG veranschaulicht wird, ist beispielsweise bei Primär- und Sekundärgerät gleichermaßen vorzunehmen und kann leicht auf an sich bekannte Weise, beispielsweise durch mechanisches Verschieben von Elementen der optischen Systeme, erfolgen. Bei den in Fig. 3c und 3d gezeichneten Ausführungsbeispielen etwa ist jeweils die Sammellinse 5 parallel zur optischen Achse in Richtung auf die Laserdiode zu verschieben, wenn das dadurch bewirkte gleichzeitige Weiteraufspreizen des Nahbereichstrahls in Fig. 3c unerwünscht ist, kann gegebenenfalls auch die Zerstreuungslinse 7 in entsprechender Weise mitverschoben werden. Es kann aber auch, beispielsweise eine Flüssigkristallzelle, deren optische Streuung elektrisch steuerbar ist, für diesen Zweck eingesetzt werden. This procedure of distance-dependent beam spreading illustrated in FIGS. 4a and 4b on the basis of a primary and secondary radar device PG, SG is to be done equally for the primary and secondary device, for example and can easily in a manner known per se, for example by mechanical displacement of elements of the optical systems. With those drawn in Fig. 3c and 3d Exemplary embodiments, for example, the converging lens 5 is in each case parallel to the optical one To move the axis in the direction of the laser diode, if this caused simultaneous Further spreading of the near-range beam in FIG. 3c is undesirable, can possibly the diverging lens 7 can also be displaced in a corresponding manner. It can but also, for example a liquid crystal cell, whose optical scattering is electrical controllable, can be used for this purpose.

An Hand Fig. 5 wird nun die Durchführung der Strahlaufspreizung für Primär-und Sekundärradareinrlchtungen beschrieben, wie sie beispielsweise für fahrbahngebundene Fahrzeuge als Schutzeinrichtungen gegen Auffahrkollisionen vorteilhaft eingesetzt werden können. Hiebei wird die Funktion und Ausführung der üblichen elektronischen Baugruppen wie Sender S, Empfänger E, Amplitudenmeßeinheit AME, Entfernungsrechner ER, Entfernungsanzeige EA sowie Impulsmodulator IM und -demodulator ID als bekannt, beispielsweise wie in der Patentschrift 329.117 näher beschrieben, vorausgesetzt; die optoelektronischen Bauteile sind die Laserdiode LD sowie die Photodiode FD. 5, the implementation of the beam spreading for Primary and secondary radar devices are described, such as those for roadway-bound Vehicles are advantageously used as protective devices against rear-end collisions can be. The function and execution of the usual electronic Assemblies such as transmitter S, receiver E, amplitude measuring unit AME, distance calculator ER, distance display EA as well as pulse modulator IM and demodulator ID as known, for example as described in more detail in patent specification 329.117, provided; the optoelectronic components are the laser diode LD and the photodiode FD.

Im Primär- und im Sekundärgerät wird je eine Sendeoptik gemäß Fig.3a,-doch ohne Einrichtungen zur Erzeugung des extrem scharf gebündelten Richtstrahls verwendet. Im Strahlengang, beispielsweise wie hier gezeichnet zwischen der Sammellinse 5 zur Erzeugung des Hauptstrahls und der Zerstreuungslinse 7 zur Erzeugung des breiten Hllfsstrahls ist zusätzlich eine Flüssigkristallzelle 8 vom "dynamic-scattering" Typ angeordnet, deren optische Streuung - und somit auch die Aufspreizung der Sendestrahlen -eine im allgemeinen nichtlineare Funktion der von der zugeordneten Treiberstufe TR abgegebenen elektrischen Spannung ist. Die Treiberspannung selbst und damit die entfernungsabhängige Strahlaufspreizung wird vom Entfernungsmeßwert EM abgeleitet, und zwar erforderlichenfalls über ein geeignetes entlinearisierendes Netzwerk EL zur Kompensation der Nichtlinearität der Flüssigkristallzelle 3. In the primary and in the secondary device there is a respective transmission optics according to FIG used without devices for generating the extremely sharply bundled directional beam. In the beam path, for example as drawn here between the converging lens 5 for Generation of the main ray and the diverging lens 7 to generate the broad one Auxiliary beam is also a liquid crystal cell 8 from "dynamic-scattering" Type arranged, their optical dispersion - and thus also the spreading of the transmission beams -a generally non-linear function of the driver stage assigned to it TR output is the electrical voltage. The driver voltage itself and thus the Distance-dependent beam spreading is derived from the measured distance value EM, and if necessary via a suitable de-linearizing network EL to compensate for the non-linearity of the liquid crystal cell 3.

Durch elektronische Maßnahmen wird weiters sichergestellt, daß im Fall der Entfernungsanzeige "Unendlich" der Sende-Hauptstrahl die gewünschte minimale Strahlaufspreizung annimmt, da anzunehmen ist, daß ein auftauchendes Ziel aus zunächst sehr großer Entfernung näherkommt. Prinzipiell wäre es möglich, das optische System des Empfängers E sehr ähnlich der eben besprochenen Sendeoptik auszubilden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch so vorgegangen, daß in den Strahlengang zwischen Haupt- und Hilfslinse 9 und 10 einerseits sowie Photodiode FD andererseits eine von einem Motor M direkt oder über ein Getriebe angetriebene Streu- und Dämpfungsscheibe 11 angebracht wird. Diese Scheibe 11 ist so ausgebildet, daß sie zufolge eines Fensters in bestimmter, ausgezeichneter Winkelstellung den optischen Strahlengang unverändert läßt, während bei Verdrehung zunächst eine kontinuierlich zunehmende Streuung, dann, ab einem bestimmten Drehwinkel, zusätzlich eine kontinuierliche Abschwächung des optischen Signals erzielt wird. Dadurch wird in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Scheibe 11 derEmpfangswinkeldes optischen Empfängers vergrößert und außerdem seine Empfindlichkeit verringert. Electronic measures also ensure that im In the case of the "infinite" distance display, the transmission main ray is the desired minimum Beam spreading assumes, since it is to be assumed that an emerging target from initially comes closer to a very great distance. In principle it would be possible to use the optical system of the receiver E very similar to the transmission optics just discussed. In the present Embodiment, however, the procedure is that in the beam path between Main and auxiliary lenses 9 and 10 on the one hand and photodiode FD on the other hand of a Motor M directly or via a gear driven spreading and damping disk 11 is attached. This disc 11 is designed so that according to a window in a certain, excellent angular position it is the optical one The beam path leaves unchanged, while initially one is continuous when rotated increasing scatter, then, from a certain angle of rotation, additionally a continuous one Attenuation of the optical signal is achieved. This will depend on the angular position of the disk 11 increases the reception angle of the optical receiver and also decreased its sensitivity.

Von den für die Ansteuerung des Elektromotors M in Frage kommenden Möglichkeiten sind beispielsweise zwei verschiedene Lösungen in das Ausführungsbeispiel eingezeichnet:Im Sekundärgerät SG beispielsweise wird der Motor M über eine Servoeinrichtung SRV so angesteuert, daß er seine Stellung jeweils proportional dem Entfernungsmeßwert EM annimmt. Im Primärgerät PG kommt hingegen ein Amplitudenregelkreis zur Anwendung, bestehend aus Photodiode FD, Empfänger E, Amplitudenmeßeinheit AME, Motor M und Streu- bzw. Abschwächerscheibe 11. Of the coming for the control of the electric motor M in question Possibilities are, for example, two different solutions in the exemplary embodiment drawn in: In the secondary device SG, for example, the motor M is controlled by a servo device SRV controlled in such a way that its position is proportional to the measured distance value EM accepts. In the primary device PG, however, an amplitude control loop is used, consisting of photodiode FD, receiver E, amplitude measuring unit AME, motor M and Diffuser or attenuator disk 11.

Praktisch wird man natürlich trachten, Primär- und Sekundärgerät möglichst gleichartig aufzubauen und dementsprechend in beiden Geräten dieselbe Art der Motorsteuerung wählen. Hiebei kann sich auch eine aus den beiden angeführten Möglichkeiten zusammengesetzte Motoransteuerung als zweckmäßig erweisen. In practice, of course, one will strive for primary and secondary equipment as similar as possible and accordingly the same in both devices Select the type of motor control. One of the two can also be used here Possibilities of combined motor control prove to be useful.

Wenn bei einem fahrbahngebundenen Verkehrs system das optische Sekundärradar fallweise auch mittelbar, nämlich über eine, an einer Tunnelwand angebrachte Reflexionsfläche arbeiten soll, wie beispielsweise in der Patentschrift 329.117 beschrieben, kann die entfernungsabhängige Aufspreizung des Sendestrahls zur Folge haben, daß zuwenig Signalenergie auf die optischen Empfänger auftrifft und das System daher ausfällt. Um dies zu verhindern muß eine Einrichtung vorgesehen werden, die feststellt, ob sich die mit dem optischen Sekundärradar ausgerüstete Transporteinheit innerhalb eines Tunnels befindet, und wenn ja, die automatische Strahlaufspreizung stillegt. Hiezu wird die Reflexion des breit aufgespreizten Hilfs-Sendestrahls an der nahen Tunnelwand, die von der ebenfalls breiten Hilfskeule des eigenen Empfängers aufgenommen wird, zur Abstandsmessung nach dem Laufzeitprinzip herangezogen. Damit bei einer an sich im Freien verlaufenden Strecke längs der Fahrbahn befindliche Masten, Signaleinrichtungen oder ähnliches nicht fälschlich einen Tunnel signalisieren, muß diese Messung entsprechend träge vorgenommen werden. If the optical secondary radar is used in a road-bound traffic system in some cases also indirectly, namely via a reflective surface attached to a tunnel wall should work, as described for example in the patent 329.117, can the distance-dependent spreading of the transmission beam have the consequence that too little Signal energy hits the optical receiver and the system therefore fails. To prevent this, a device must be provided that determines whether the transport unit equipped with the optical secondary radar is within of a tunnel is located, and if so, the automatic beam spreading is shut down. This is done by the reflection of the widely spread auxiliary transmission beam on the near one Tunnel wall, that of the also wide auxiliary club of your own Receiver is recorded, used for distance measurement according to the travel time principle. This means that in the case of a route running in the open along the roadway Masts, signaling devices or the like do not falsely signal a tunnel, this measurement must be carried out slowly.

Fig. 6 schließlich zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung für die Erkennung und Berücksichtigung einer Tunnelwand: Der breite Hilfs-Sende strahl 1 trifft auf die Tunnelwand 12 und wird im allgemeinen nach allen Seiten hin reflektiert, ein Teil dieses reflektierten Signals wird von der ebenfalls breiten Hilfskeule 100 des Empfängers E, FD aufgenommen. Eine elektronische Zeitmeßeinrichtung RA gibt ein Steuersignal ab,wenn der gemessene Abstand dem einer möglichen Tunnelwand entspricht. Nach Mittelung wird damit der Signalweg zwischen Sekundärradar-Entfernungsmeßwert und Strahlaufspreizungseinrichtung EL, TR durch eine Schalteinrichtung S unterbrochen. Hiebei kann sich eine zusätzliche Logik L als zweckmäßig erweisen, die sicherstellt, daß bei Unterschreiten des für die mittelbare (auf Reflexion beruhende) Funktion des Sekundärradars erforderlichen Abstandes zwischen Primär- und Sekundärgerät, und/oder bei Auftreten eines zu großen (Sekundäri Empfangssignals die Strahlaufspreizung wieder aktiviert wird. Finally, FIG. 6 shows the block diagram of an exemplary embodiment the device for the detection and consideration of a tunnel wall: the wide one Auxiliary transmission beam 1 hits the tunnel wall 12 and is generally after all Sides reflected, part of this reflected signal is from the as well wide auxiliary lobe 100 of the receiver E, FD added. An electronic timing device RA emits a control signal if the measured distance corresponds to that of a possible tunnel wall is equivalent to. After averaging, it becomes the signal path between the secondary radar distance measurement value and beam spreading device EL, TR interrupted by a switching device S. Here an additional logic L can prove to be expedient, which ensures that when falling below the for the indirect (based on reflection) function the required distance between the primary and secondary device of the secondary radar, and / or if an excessively large (secondary reception signal) occurs, the beam spread is reactivated.

Zur Erzielung der besonderen Abstrahlcharakterlstik können auch Linsenraster, Matt scheiben, Flüssigkristallfilter, Fresnellinsen od,dgl. verwendet werden, die für sich allein oder in Kombination mit optischen Linsengliedern das optische System des Senders und/oder Empfängers bilden. Die Zonen bzw. Bereiche mit unterschiedlicher optischer Wirkung können hiebei im Mikrobereich der Oberflächenstruktur der Linsenraster, Mattscheiben, Flüssigkristallfilter etc. liegen. Die Zerstreuungswirkung des Flüssigkristallfilters kann beispielsweise zumindest in Teilbereichen elektrisch steuerbar sein. To achieve the special radiation characteristics, lens grids, Matt disks, liquid crystal filters, Fresnel lenses or the like. used that the optical system on its own or in combination with optical lens elements of the sender and / or recipient. The zones or areas with different optical effect can be achieved in the micro-range of the surface structure of the lens grid, Matting screens, liquid crystal filters, etc. lie. The dispersing effect of the liquid crystal filter can for example be electrically controllable at least in partial areas.

Hinsichtlich zur Darstellung der asphärischen Linsenglieder gemäß den Fig. With regard to the representation of the aspherical lens members according to FIG the fig.

2a bis 2c sei noch erwähnt, daß auch ein verlaufender Übergang der unterschiedlichen Brechkraftbereiche vorgesehen sein kann. 2a to 2c should also be mentioned that a running transition of the different refractive power ranges can be provided.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, empfängerseitig anstelle einer einzigen Fotodiode zwei Fotodioden FD7, FD2 anzuordnen. Anstelle zweier Fotodioden kann auch eine einzige Fotodiode eingesetzt werden, die zwei voneinander entfernt angeordnete aktive Flächen aufweist. Sind die Fotodioden FD1, FD2 soneinander getrennt ausgebildet, so sind diese vorzugsweise symmetrisch zur optischen Achse des optischen Systems anzuordnen. Durch diese Anordnung ergeben sich zwei Keulen 22 und 222; die schematisch gesehen, eine "Doppelkeule" darstellen. In an advantageous development of the invention, it is possible on the receiver side to arrange two photodiodes FD7, FD2 instead of a single photodiode. Instead of Two photodiodes can also be used a single photodiode, the two from each other having remote active areas. Are the photodiodes FD1, FD2 one behind the other formed separately, these are preferably symmetrical to the optical axis to arrange the optical system. This arrangement results in two clubs 22 and 222; which, seen schematically, represent a "double lobe".

Ist der optische Sender axial zum optischen System des Empfängers ausgerichtet, so ist sichergestellt, daß ein Signal mit ausreichend großer Amplitude am fotoelektrischen Wandler empfangsseitig abgreifbar ist. Weicht jedoch die axiale Ausrichtung der beiden optischen Systeme in zu hohem Maße voneinander ab, so tritt bei den Ausführungsformen gemäß der vorangehenden Ausführungsbeispiele gegebenenfalls die Möglichkeit ein, daß die zu empfangenden Signale nicht mehr in den Bereich der Keule 2 fallen und nur von der Zone 1 beispielsweise gemäß Fig. 2A erfaßt werden, die eher wenig empfindlich ist. Derartige Winkelstellungen der optischen Systeme zueinander, können beispielsweise bei einer kurvigen Bahn von Schienenfahrzeugen od. dgl. auftreten, die mit den beschriebenen Geräten ausgerüstet sind. Durch die Ausbildung einer "Doppelkeule" wird jedoch in vorteilhafter Weise erreicht, daß auch in derartigen Fällen ein Signal mit ausreichend großer Amplitude an den Fotodioden abgreifbar ist. Is the optical transmitter axial to the optical system of the receiver aligned, this ensures that a signal with a sufficiently large amplitude can be tapped at the photoelectric converter on the receiving side. However, the axial one deviates Alignment of the two optical systems to a great extent from each other, so occurs in the embodiments according to the preceding embodiments, if necessary the possibility that the signals to be received are no longer in the range of the Club 2 fall and are only detected by zone 1, for example according to FIG. 2A, which is rather less sensitive. Such angular positions of the optical systems to each other, for example in the case of a winding path of rail vehicles Od. Like. Occur, which are equipped with the described devices. Through the Formation of a "double lobe" is achieved in an advantageous manner that even in such cases a signal with a sufficiently large amplitude at the photodiodes can be tapped.

In Fig. 7 ist der fotoelektrische Wandler durch die zwei Fotodioden FD1, FD2 dargestellt. Die beiden Keulen sind mit 22 und 222 bezeichnet. Aus Fig. 8a ist der Fall ersichtlich, daß Sender S und Empfänger E genau axial zueinander ausgerichtet sind. Die Empfangsleistung ergibt sich demnach propotional dem Produkt der Richtcharakteristik der Sendekeule, für den Abstrahlwinkel vt = O mal der Richtcharakteristik der besprochenen Empfängerdoppelkeule, die für den Auftreffwinkel 9 = 0 eine nur geringe Empfindlichkeit aufweist. Fig. 8b zeigt demgegenüber die Situation bei einer beidseitigen Winkelverdrehung von Sende- und Empfangskeulen gegenüber der Verbindungslinie u von Sender und Empfänger um den Winkel 9/. Die Empfangsleistung hier ergibt sich proportional der Sendecharakteristik, die jetzt für den Winkel 9t einen geringeren Wert aufweist, mal der Empfangscharakteristik, die jetzt für den Winkel 3/eine höhere Empfindlichkeit aufweist, sodaß die aufgenommene Empfangsleistung in etwa gleich der vorher für den Winkel £ gleich 0 erhaltenen ist. Leerseite In Fig. 7, the photoelectric converter is through the two photodiodes FD1, FD2 shown. The two clubs are labeled 22 and 222. From Fig. 8a the case can be seen in which the transmitter S and receiver E are exactly axially to one another are aligned. The reception power is therefore proportional to the product the directional characteristic of the transmission lobe, for the radiation angle vt = O times the directional characteristic of the receiver double lobe discussed, which is only one for the angle of incidence 9 = 0 has low sensitivity. In contrast, Fig. 8b shows the situation in a Angular rotation on both sides of the transmitting and receiving lobes in relation to the connecting line u by the transmitter and receiver by the angle 9 /. The received power here results proportional to the transmission characteristic, which is now a smaller one for the angle 9t Has value, times the reception characteristic, which is now higher for the angle 3 / sensitivity so that the received power received is approximately the same as that previously for the angle £ equal to 0 is obtained. Blank page

Claims

Patent claims 1. Radar device working by means of light pulses with a preferably point light source, preferably a semiconductor laser earth iode and an optical system connected upstream of this light source with a preferably punctiform light receiver, in particular a photodiode, which receiver also an optical system is connected upstream, characterized in that at least that optical system (AS, 5, 6, 7) of the transmitter at least two zones (1, 2) different optical effect for the radiation of the light source (4, LD), wherein the transmitter with respect to a first zone (2) at least in an area close to the Focal point so that an approximately parallel bundle of rays emerges, while in relation to a second zone (1) the refractive power and / or position of the focal point and / or the light source (4, LD) is selected or are that a diverging Beam results.

2. Radar device according to claim 1, characterized in that the intensity of the light signals of the diverging beam (1) is low and the intensity the light signals of the approximately parallel beam (2) provided large is.

3. Radar device according to claim 1 or 2, characterized in that the zones (1, 2) have a different opening ratio, preferably the opening of the second zone (1) can be changed

4. Radar device according to claim 2 or 3, characterized in that the radiation angle of the radiation (2) with high intensity, preferably depending on the determined distance, is changeable.

5. Radar device according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the radiation angle of the radiation (2) with great intensity depending on the Received signal amplitude is changeable.

6. Radar device according to claim 4 or 5, characterized in that a large distance or a small received signal amplitude a small angle of radiation associated with high intensity radiation.

7. Radar device according to one of the preceding claims, characterized in that that at least the second zone (1) is assigned a diaphragm (B1), which optionally adjustable depending on the measured distance and / or reception amplitude is trained.

8. Radar device according to one of the preceding claims, for a measuring method for example with a primary and secondary radar device, characterized in that that another, very sharply focused transmission beam (3) with any, preferably less emitted intensity is provided, whose impingement coordinates on Location of the secondary device provided, for example, can be determined and to per se known calculation of the mutual angular position between primary and secondary device (PG, SG) can be used.

9. Radar device according to one of the preceding claims, characterized in that that the zone with a large Abstrählwinkel (1) and low intensity in addition for lateral distance measurement according to the principle of pulse reflection - time of flight measurement is provided for detecting any lateral obstacle (12).

10. Radar device according to one of the preceding claims, characterized in that that the optical system consists of at least one diverging lens element (7) and one or more of this preferably downstream converging lens element ( 5, 6), where appropriate also an aspherical, preferably positive Lens element (AS) with focal length and negative wide area zones (S, Z) is provided.

11. Radar device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the distance between the light source (4, LD) and the optical System and / or the spacing of the lens elements (AS, 5, 6, 7) from one another, preferably depending on the determined distance of the object and / or received signal amplitude, is provided variably.

12. Radar device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the photoelectric converter (FD, FD1, FD2) of the receiver (SG), similar to the optical system (AS, 5, 6, 7) of the transmitter (PG) trained optical system (AS, 5, 6, 7) is assigned.

13. Radar device according to one of the preceding claims, characterized in that that the signal receiver (FD, FD1, FD2) optical light monitoring devices (11), such as neutral density filters etc. are assigned that depend on the distance and / (the the received signal amplitude are controllable.

14. Radar device according to at least one of the preceding claims, characterized in that as an optical system or as part of it (AS, 5, 6, 7) a liquid crystal filter that can be controlled at least in zones in terms of its dispersing effect (8) is provided.

15. Radar device according to one of the preceding claims, characterized in that that the beam of at least one zone (1, 2, 3), preferably that of the diverging Radiation (1), at least in one plane, is more widened.