DE2840605A1

DE2840605A1 - Laser-entfernungsmesser

Info

Publication number: DE2840605A1
Application number: DE19782840605
Authority: DE
Inventors: Henry Maillet
Original assignee: Compagnie Industriel des Lasers CILAS SA
Current assignee: Compagnie Industriel des Lasers CILAS SA
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1979-04-05
Also published as: GB2005105A; FR2408817A1; NL7809592A; GB2005105B; FR2408817B1; BE870284A; NO783205L; US4197006A

Description

J8. S-

LA SER-ENT FERNÜNGSMESSER

Die Erfindung betrifft einen Laser-Entfernungsmesser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist ein Laser-Entfernungsmesser bekannt, bei dem ein Laser-Impulsgenerator einen Lichtimpuls auf ein Zielobjekt sendet und ein fotoelektrischer Empfänger so angeordnet ist, daß er das vom Zielobjekt zurückgeworfene Echo dieses Lichtimpulses aufnehmen kann. Ferner umfaßt ein derartiger Entfernungsmesser Mittel zur Messung des zwischen dem Sendezeitpunkt des Laserimpulses und dem Empfang des Echos auf dem Empfänger liegenden Zeitintervalls. Die Empfänger derartiger Entfernungsmesser sind meist sehr empfindliche Halbleiterbausteine, beispielsweise Lawineneffekt-Dioden, die Lichtimpulse sehr geringer Leistung feststellen können* diese Bausteine können jedoch vorübergehend geblendet oder ganz außer Betrieb gesetzt werden, wenn sie zu starker Lichtenergie ausgesetzt werden.

Wenn derartige Entfernungsmesser auf Fahrzeugen montiert sind, kann es dazu kommen, daß sich zwei auf verschiedenen Fahrzeugen befindliche Entfernungsmesser gegenseitig anvisieren. Wenn dann ein von einem dieser Entfernungsmesser ausgesandter Laserimpuls in den Empfänger des anderen Entfernungsmessers gelangt, kann letzterer unter bestimmten Bedingungen vorübergehend oder endgültig unbrauchbar werden. Außerdem kann ein Entfernungsmesser im militärischen Einsatz einer systematischen Beschießung

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mit Lichtimpulsen aus Laser-Entfernungsmessern oder anderen geeigneten Lichtquellen des Gegners ausgesetzt sein.

Aufgabe der Erfindung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, soll es sein, einen Laser-Entfernungsmesser zu schaffen, der einer systematischen oder zufälligen Beschießung mit Lichtimpulsen besser widerstehen kann.

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausfuhrungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden vier Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform für den erfindungsgemäßen Entfernungsmesser.

Fig. 2 zeigt im einzelnen ein zum Entfernungsmesser gemäß Fig. 1 gehörendes Organ.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Entfernungsmessers, und

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Entfernungsmesser .

In Fig. 1 wird gezeigt, wie ein Lasergenerator 1 einen aus einem Strahl 2 bestehenden Lichtimpuls abgibt, der durch eine zentrale öffnung eines um 45° zur Sendeachse 4 des Generators 1 geneigten Spiegels 3 verläuft. Anschließend wird dieser Impuls zur Vergrößerung des Strahlquerschnitts durch ein afokales optisches System geschickt, das ihn dann auf ein in der Figur nicht zu sehendes Ziel richtet. Das afokale System besteht aus einer Divergenzlinse 5 und einer Konvergenzlinse 6. Der Sendestrahl 7

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wird vom Zielobjekt reflektiert, und die Linse 6 empfängt ein Echo 8 des Impulses, das nach Durchlaufen des afokalen optischen Systems in umgekehrter Richtung und Reflexion auf dem Spiegel 3 durch ein optisches Empfangssystem auf einen fotoelektrischen Empfänger 9 konzentriert wird. Das optische Empfangssystem besteht aus zwei Konvergenzlinsen 10 und 11, und der Empfangsstrahl 12, der sich entlang der Empfangsachse 13 auebreitet, besitzt zwischen den Linsen 10 und Il einen Bereich minimalen Querschnitts 14.

Der Empfänger 9 besteht aus einer Lawineneffekt-Diode, deren elektrischer Ausgang zu einem ersten Eingang 15 einer Me ßvorrichtung 16 führt. Ein zweiter Eingang 17 dieser Mefivorrichtung 16 steht mit dem elektrischen Ausgang eines hier nicht dargestellten weiteren fotoelektrischen Empfängers in Verbindung, der einen geringen Bruchteil der Lichtenergie des Sendestrahls erhält, der mit Hilfe einer halbreflektierenden, ebenfalls hier nicht dargestellten Scheibe entnommen wird.

Im Bereich 14 des Strahls 12 sind Ausblendemittel 18 angeordnet. Diese Mittel bestehen aus einer steuerbaren Blende, die eine auf die Achse 13 zentrierte öffnung 19 aufweist, so daß sie den Strahl 12 umgibt. Om eine mit dem Körper der Blende 18 verbundene Welle 21 kann eine bewegliche Platte 20 verdreht werden. In der mit voll ausgezogenen Strichen dargestellten Stellung in Fig. 2 wird die öffnung 19 durch die Platte 20 nicht verschlossen. Wenn jedoch die Platte 20 die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnete Stellung 22 einnimmt, verschließt sie diese öffnung. Ein Tripelspiegel 23 mit drei reflektierenden Flächen, die sich

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unter einem rechten Winkel schneiden, ist in etwa derselben Entfernung von der Welle 21 wie die Öffnung 19 von der Blende 18 auf der Platte 20 angeordnet. Die Welle 21 ist mit der Ausgangswelle eines Motors 24 gekoppelt, der durch eine Spannungsquelle 25 über einen Schalter 26 gespeist wird. Der Ausgang des Schalters 26 steht ferner mit dem Lasergenerator 1 über eine Verzögerungsleitung 27 in Verbindung, so daß der Lichtimpuls 2 durch Drücken des Knopfs 28 des Schalters 26 ausgelöst werden kann, wodurch die Spannungsquelle 25 mit dem Generator 1 zusammengeschaltet wird.

Der in Fig. 1 dargestellte Entfernungsmesser arbeitet fο1genderma ßen t

Durch Drücken des Knopfes 28 wird einerseits der Lichtimpuls 2 ausgelöst und andererseits die bewegliche der Blende zugeordnete Platte 20 verschoben.

In der graphischen Darstellung in Fig. 4 wird auf der unteren horizontalen Linie die Zeit t eingetragen. Die Markierung 29 auf dieser Linie entspricht dem Zeitpunkt, zu dem auf den Knopf 28 gedrückt wird. Die Markierung 30 auf dieser Linie befindet sich in einer Entfernung von der Markierung 29, die dem Hin- und Rückweg eines von einem fiktiven, in einer vorbestimmten Mxndestmeeentfernung "d" des Entfernungsmessers angeordneten Zielobjekt zurückgeworfenen Laserimpulses entspricht. Obwohl theoretisch diese Mindestentfernung "d" gleich Null sein kann, wird sie in der Praxis vorzugsweise auf einen Wert größer Null festgelegt, um Störechos von Rückdiffusion auszuschalten. Ferner befindet sich auf der Zeitachse t eine Markierung 31, die der

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Zeitdauer für den Hin- und Rückweg ein·· von einem fiktiven, in einer vorbestimmten maximalen Reichweite D des Entfernungsmessers angeordneten Zielobjekt zurückgeworfenen Impulses entspricht.

Auf der oberen horizontalen Linie der Fig. 4 werden in derselben Zeitskala zwei Markierungen 32 und 33 eingetragen, deren Stellen so gewählt werden, daß der Abschnitt 32-33 den Abschnitt 30-31 völlig bedeckt. Diese Markierungen 32 und 33 entsprechen den Zeitpunkten, zu denen die öffnung 19 der Blende 18 geöffnet bzw. verschlossen wird. Dieses öffnen und Schließen wird durch den Motor 24 hervorgerufen, der sich in einer Richtung um einen vorbestimmten Winkel dreht, wenn er gespeist wird, und der sich in der Gegenrichtung um denselben Winkel nach einer vorbestimmten ¹ZeIt T zurückstellt. Der vorbestimmte Drehwinkel des Motors 24 ist gleich dem Winkel 34, der zwischen den beiden

der

gezeichneten Stellungen ιauf der Blende 18 angeordneten Verschlußplatte 20 liegt.

Zu Beginn nimmt die Platte die Stellung 22 ein und verschließt dabei die Öffnung 19. Wird der Knopf 28 zum durch die Markierung 29 dargestellten Zeitpunkt betätigt, wird die öffnung 19 im durch die Markierung 31 dargestellten Zeitpunkt nach einer Zeitdauer freigegeben, die gleich der Reaktionszeit des Motors ist. Die Öffnung 19 schließt sich dann wieder zum Zeitpunkt, der durch die Markierung 33 dargestellt ist, wobei die Markierungen 32 und 33 durch die Zeitdauer T voneinander getrennt sind. Da die Reaktionszeit des Motors im Verhältnis zur Auslösezeit eines Laserimpulses lang sein kann, ist zwischen Schalter 26 und Laser 1 eine Verzögerungsleitung 27 geschaltet, um zu vermeiden, daß

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ein Echo eines Laserimpulses den Empfänger 9 vor dem Zeitpunkt 30 erreicht.

Mit dem in Fig. 1 dargestellten Entfernungsmesser wird verhindert, daß sich zum Empfänger 9 hin entlang der Achse 13 ausbreitendes Licht vor dem durch die Markierung 32 bestimmten und nach dem durch die Markierung 33 bestimmten Zeitpunkt auf den Empfänger trifft, wobei diese Markierungen 32 und 33 so gewählt werden, daß sie die vorbestimmte Zeitdauer 30-31 gerade einschließen. So wird das von systematisch oder zufällig abgegebenen Lichtimpulsen anderer Quellen stammende Licht außerhalb des Zeitraums 30-31, während dem die Öffnung der Blende 18 zum Durchlassen des vom Zielobjekt zurückgeworfenen Meßimpulsechos geöffnet sein muß, von der Platte 20 zurückgehalten. Die Zeitdauer, die dem Hin- und Rückweg des vom Zielobjekt zurückgeworfenen Impulses entspricht, wird durch die Meßvorrichtung 16 gemessen, mit der in bekannter Weise der Abstand des Zielobjekts angezeigt werden kann.

Mit dem Tripelspiegel 23, der auf der Platte 20 befestigt i*t, können Fremd-Lichtimpulse durch das optische System des Entfernungsmessers zum ursprünglichen Lichtsender zurückgeworfen werden. Bekanntlich haben Tripelspiegel die Eigenschaft, jegliches Licht präzise in dieselbe Richtung zurückzuwerfen, aus der es eingefallen ist.

In Fig. 3 wird eine andere Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Entfernungsmessers dargestellt, bei der viele Bauteile gleich denen sind, die bereits in Fig. 1 auftreten und die entsprechend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dieser

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Entfernungsmesser umfaßt einen Spiegel 36, der dem Spiegel 3 aus Fig. 1 entspricht, jedoch um einen vorbestimmten Winkel um eine zur Figurenebene senkrechte Achse 38 gekippt werden kann. Nach der Kippung nimmt der Spiegel die gestrichelt eingezeichnete Stellung 39 ein, so daß der Lichtstrahl beim Empfang entlang einer Achse 4O abgelenkt wird. Dieser Lichtstrahl wird dann in einem neben dem Empfänger 9 liegenden Punkt 37 konzentriert, wo im Punkt 37 ein Tripelspiegel 35 angeordnet sein kann, mit dem gegnerische Lichtimpulse zum gegnerischen Sender zurückgeworfen werden. Der Tripelspiegel 35 und der Empfänger 9 sind auf einen gemeinsamen Sockel 41 montiert. Der Motor 24 arbeitet genau wie der des in Fig. 1 gezeigten Entfernungsmessers. Daher wird nach einer vorbestimmten Dauer T der die Stellung 39 einnehmende Spiegel 36 auf seine Anfangsstellung zurückgebracht. Die Arbeitsweise dieses Entfernungsmessers ist analog der des in Fig. 1 gezeigten Entfernungsmessers.

Mit den oben beschriebenen und in den Figuren 1 und 3 dargestellten Entfernungsmessern können außerhalb der unbedingt für den Empfang des Meßechos liegenden Zeitdauern gegnerische Lichtimpulse abgefangen werden. Daraus ergibt sich eine erhebliche Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer vorzeitigen Zerstörung der Empfänger dieser Geräte bei militärischen Aktionen.

Erfindungsgemäße Laser-Entfernungsmesser können insbesondere für die Ausrüstung von Panzern und Flugzeugen verwendet werden.

Im Rahmen der Erfindung kann der Schwingmotor 24 auch durch einen Elektromagneten ersetzt werden, dessen Tauchkern die

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Verschiebung der Platte 20 oder des Spiegels 36 steuert. Dieser Tauchkern kann in seine Ausgangsstellung zurückgebracht werden, nachdem er die öffnung 19 freigegeben hat oder den Spiegel 36 verstellt hat, indem der Elektromagnet durch eine Rückholfeder beaufschlagt wird, deren Wirkung nach Abschalten der Spannung des Elektromagneten einsetzt. In diesem Fall liefert die Spannungsguelle 25 an den Elektromagneten einen Spannungsimpuls vorbestimmter Länge, so daß die Platte 20 bzw. der Spiegel 36 nach der Zeitdauer T in ihre Anfangsstellung zurückgehen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Laser-Entfernungsmesser mit einem Lasergenerator zur Aussendung eines Lichtimpulses auf ein Zielobjekt, mit einem Empfänger für vom Zielobjekt zurückgeworfene Echos des vom Lasergenerator ausgesandten Impulses, der sich in der Nähe des Lasergenerators befindet und die Energie dieses Echos entlang einem sich auf einer Empfangsachse ausbreitenden Empfangsstrahl konzentriert, sowie mit Mitteln zum Messen des zwischen dem Sendezeitpunkt des vom Lasergenerator ausgesandten Lichtimpulses und dem Eintreffen des Echos im Empfänger liegenden Zeitraums, dadurch gekennzeichnet, daß steuerbare Ausblendmittel (18,36) auf der Empfangsachse (13) vorgesehen sind, die vor einem ersten vorbestimmten Zeitpunkt und nach einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt wirksam werden, wobei der erste vorbestimmte Zeitpunkt der Zeitpunkt des Eintreffens eines fiktiven, von einem in einer Mindestentfernung liegenden Zielobjekt zurückgeworfenen Echos des Laserimpulses auf dem Empfänger (9) und der zweite vorbestimmte Zeitpunkt der Zeitpunkt des Eintreffens eines fiktiven, von einem in einer gegebenen Maximal entfernung liegenden Zielobjekt zurückgeworfenen Echos des Laser

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impulses auf dem Empfänger ist.

2 - Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lasergenerator einen Schalter (26) zum Auslösern des Laserimpulses umfaßt und daß die steuerbaren Ausblendmittel eine bewegliche Verschlußplatte (20) für eine Blendenöffnung (19) sowie Mittel (24) umfassen, mit denen aufgrund der Betätigung des Schalters (26) die Verschiebung der Platte so gesteuert wird, daß sie zuerst diese Öffnung freigibt und sie dann wieder verschließt.

3 - Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lasergenerator einen Schalter (26) zum Auslösen des Laserimpulses umfaßt und daß die steuerbaren Ausblendmittel einen kippbaren Spiegel (36) aufweisen, der nur in einer Endstallung den Empfangsstrahl aus der Sendestrahlachse heraus auf einen Empfänger (9) ablenkt»

4 - Entfernungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er darüber hinaus einen auf der Verschlußplatte (20) befestigten Tripelspiegel (23) enthält, von dem das sich zum Empfänger hin ausbreitende Licht entlang der Empfangsachse zurückgeworfen wird, wenn die Blendenöffnung durch diese Platte verschlossen wird.

5 - Entfernungsmesser rsch Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Tripelspiegel (25) aufweist, der in der anderen Endstellung des kippbaren Spiegels vom Empfangsstrahl getroffen wird und diesen auf sich selbst reflektiert.

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6 - Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schalter (26) und dem Lasergenerator (1) eine Verzögerungsleitung (27) angeordnet ist, mit der die Impulsauslösung um eine vorbestimmte Dauer verzögert wird.

7 - Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung

(19) der Blende (18) in einem Bereich (14) minimalen Querschnitts des Empfangsstrahls (12) angeordnet ist.

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