DE3546210A1 - Laserentfernungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserentfernungsmesser. Es sind Laserentfernungsmesser bekannt, z. B. mit Festkörperlasern, bei denen sich das aktive Medium zwischen, neben oder innerhalb des Anregungsmediums befindet.

Bei einer derartigen geometrischen Anordnung benötigt der Laser des Laserentfernungsmeßsystems viel Platz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laserentfernungsmesser zu schaffen, bei dem der benötigte geometrische Raum auf ein Minimum reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Laserentfernungsmesser einen Sendelaser, bei dem das Anregungsmedium vom aktiven Medium umgeben ist, aufweist und bei dem die Empfangseinheit in Strahlrichtung vor dem Anregungsmedium angebracht ist.

Der Güteschalter ist direkt an der Relfexionsseite des aktiven Mediums zwischen Reflexionsspiegel und aktiven Medium integriert.

Die Energieversorgung des Laserentfernungsmessers weist den gleichen Durchmesser wie der Laserstab selbst auf und ist an der Reflexionsspiegelseite im Anschluß fluchtend an den Laserstab angebracht.

Die Meßwertverarbeitungseinheit mit Meßwertanzeige weist maximal den gleichen Durchmesser auf, wie das aktive Medium selbst und ist an der Reflexionsseite des Lasers in dessen Verlängerung fluchtend angebracht.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Außendurchmesser des gesamten Laserentfernungsmessers nur unwesentlich größer wird, als der Durchmesser des aktiven Mediums, dem Laserstab.

Der Laser arbeitet im Pulsbetrieb, was durch Pumpen mittels Blitzlampe oder durch Güteschaltung erreicht wird. Bei der Güteschaltung ist z. B. ein passiver Schalter zwischen aktivem Medium und Reflexionsspiegel angebracht. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, wird das Anregungsmedium außen selektiv für einen bestimmtn Wellenlängenbereich verspiegelt. Die Energieversorgungseinheit befindet sich fluchtend im Anschluß an die Reflexionsspiegelseite des aktiven Mediums. Eine Meßwertanzeige mit Meßwertauswerteelektronik ist auf die gleiche Weise wie die Energieversorgungseinheit integriert. Die Anzeige kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige sein. Als Empfangseinheit ist vor der Anregungsenergiequelle ein laserlichtempfindliches Element angebracht, das den ausgehenden Laserstrahl nicht abschattet.
Die Größe eines solchen Laserentfernungsmessers ist beispielsweise die eines Handschreibgerätes.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in den extrem kleinen Abmessungen und dem geringen Gewicht für den kompletten Laserentfernungsmesser. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen in der Weltraumfahrt, bei kriminalistischen Aufklärungsarbeiten, beim Einsatz in der freien Natur, bei Zielfindungsaufgaben, bei Vermessungsarbeiten und dem schnellen unauffälligem Erkennen von möglichen Gefahren.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessers.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Energieversorgung und die Auswerteelektronik mit Meßwertanzeige intern im Laserentfernungsmesser angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Lasers wie Fig. 1, jedoch mit einem Grundmodelaser und mit einem Teil der Auswerteelektronik, die sich bei der Strahldedektionseinheit in Strahlrichtung vor der Strahlauskoppelseite befindet.

Fig. 4 zeigt das aktive Medium mit den Schliffen an den Endflächen für einen Grundmodelaser.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessers ist die Energieversorgung und Auswerteelektronik inklusive Anzeigeeinheit extern angebracht. Diese Systemkomponenten sind in der Fig. 1 nicht dargestellt.

Das Anregungsmedium (2) ist von dem aktiven Medium (1) umgeben, d. h. das Anregungsmedium (2), hier eine Edelgas-Bogenlampe, befindet sich in einer Bohrung des zylindrischen Laserstabes. Die polierte Außenwand (3) des aktiven Mediums (1) ist mit einer elektrisch leitenden und hochreflektierenden Schicht (7), z. B. Gold oder Silber für die Anregungswellenlänge des aktiven Mediums (1) versehen. Das Anregungsmedium (2) ist außen mit einer selektiven dielektrischen Verspiegelung (27) versehen. Diese selektive Verspiegelung (27) ist nur für die von dem aktiven Medium (1) nutzbare Energie transparent. Das Zylindermaterial (28) für das Anregungsmedium (2) besteht z. B. aus mit Samarium dotiertem Glas, wenn als aktives Medium (1) ein Nd-YAG Kristall benützt wird. Samarium besitzt Fluoreszenzeigenschaften, durch die ein Teil der nicht verwertbaren Anregungsenergie aufgrund der Absorptionsbanden des aktiven Mediums (1) in nutzbare Anregungsenergie umgewandelt wird. Durch diese Maßnahme wird das aktive Medium (1) nur mit nutzbarer Anregungsenergie versorgt und zusätzlich die vom Anregungsmedium (2) ausgesendete Energie besser genutzt. Ein Luftspalt (9) ermöglicht eine Konvektionskühlung des Anregungsmediums (2). Die Reflexionsseite (29) ist mit einer torischen Fläche, die den Radius r aufweist, versehen. Auf diese Fläche ist auf der Reflexionsseite (29) ein passiver Güteschalter (5) und eine optimal reflektierende Verspiegelung als Reflexionsspiegel (6) aufgebracht. An der Auskoppelseite (30) ist ein elektrisch leitender, teildurchlässiger Spiegel (8) z. B. aus Gold oder Chrom aufgebracht. Somit ist die Außenverspiegelung (7) des aktiven Mediums (1) mit dem teildurchlässigen Spiegel (8) elektrisch verbunden. Am Innendurchmesser (35) des aktiven Mediums (1) ist eine in zwei Hälften geteilte elektrisch leitende Kontaktklammer (4) angebracht. Diese Kontaktklammer (4) verbindet die Elektrode (11) des Anregungsmediums (2) mit der Außenverspiegelung (7) des aktiven Mediums (1). An der Reflexionsseite (29) wird ein Zylinderteil (25) auf das aktive Medium (1) elektrisch leitend verbunden aufgesteckt. Dieses Zylinderteil mit einer Bohrung (16) dient als Verbindung mit einem Kontakt der Energieversorgung. Zentrisch in dem Zylinderteil (25) ist ein nichtleitendes Keramikteil (13), welches die Form eines Malteserkreuzes aufweist, angebracht. Im Zentrum des Keramikteils (13) ist die Kontaktiereinheit (12) für den zweiten Pol der der Energieversorgung eingebracht. Durch kleine Kontaktfedern (36) wird die Elektrode (10) des Anregungsmediums (2) kontaktiert. Ein Stift (15) der mit der Kontaktiereinheit (12) elektrisch leitend verbunden ist, dient als Steckverbindung für den zweiten Pol der Energieversorgung.

Auf der Auskoppelseite (30) wird ein Halteteil (17) außen auf das aktive Medium (1) aufgesteckt. Dieses Halteteil beherbergt einen Filter (18) der nur für die Laserwellenlänge transparent ist. In der Mitte des Filters (18) ist auf der Innenseite ein rundes lichtempfindliches Bauteil (23) angebracht. Die aktive Fläche (24) des lichtempfindlichen Bauteils (23) zeigt nach außen. Auf der Außenseite des Filters (18) ist ein lichtempfindliches Bauteil (19) aufgebracht. Dieses Bauteil (19) hat eine aktive Fläche (20), die der Auskoppelseite (30) zugewandt ist. Der Außendurchmesser der aktiven Fläche (20) ist gerade so groß, wie der Innendurchmesser (35) des aktiven Mediums (1). Somit wird der Nutzlaserstrahl nur unwesentlich beeinflußt. An diesem lichtempfindlichen Bauteil (19) ist eine konische Halterung (21) angebracht. Diese Halterung (21) dient als Aufnahme für eine Optik (22), die für die Laserwellenlänge optimal auf allen optischen Flächen (26) entspiegelt ist. Sie fokussiert das vom Meßobjekt reflektierte Licht auf das lichtempfindliche Bauteil (23). Die elektrischen Verbindungsleitungen zur Meßwertauswerteelektronik sind als elektrisch leitende und für die Laserwellenlänge transparente Schichten auf den Filter (18) aufgetragen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Laserentfernungsmesser eine unabhängig von externen Elementen arbeitende Einheit darstellt.

Der Laserentfernungsmesser ist mit einer vollisolierten Ummantelung (43) versehen. Diese Ummantelung hat am Strahlaustrittsende ein für die Laserwellenlänge transparentes Schutzfenster (48). Die Ummantelung (43) ist zweimal trennbar. Die erste Trennstelle (44) ist zum einfachen Austausch des Anregungsmediums (2) vorhanden. Die zweite Trennstelle (45) ist zur Wartung der Energieaufbereitungseinheit (33) und Auswerteelektronik (35) vorhanden. Auch kann die Anzeigeeinheit (36) gewartet werden. Eine weitere Öffnung mit Gewinde (39) ist am hinteren Ende für den Ein/Aus-Schalter (38) vorhanden. Diese Öffnung ist außerdem zum Wechsel der Energieversorgung (32) nötig. Eine kleine, runde Öffnung (46) ist im hinteren Teil der Ummantelung (43) vorhanden. Hinter dieser Öffnung (46) befindet sich der Mikroschalter (42). Bei Betätigung des Auslösers (37) drückt eine Spitze (47) auf den Mikroschalter (42) und das Anregungsmedium (2) wird gezündet. Durch die Zündung des Anregungsmediums (2) wird Energie dem aktiven Medium (1) zugeführt. Bei einer ganz bestimmten Energiemenge wird der passive Güteschalter (5) transparent und gibt somit den Reflexionsspiegel (6) frei. Dadurch baut sich lawinenartig der Laserstrahl auf. Dieser Laserstrahl wird durch den teildurchlässigen Spiegel (8) ausgekoppelt. Ein verschwindend geringer Teil des ausgesendeten Laserstahls wird von einem ringförmigen lichtempfindlichen Bauteil (19) empfangen. Dieses Signal wird der Auswerteelektronik (35) zugeführt und dient als Triggersignal. Das ausgesendete Laserlicht trifft nun auf das Meßobjekt, welches vorher durch Zielen mit Hilfe von Kimme (40) und Korn (41), welche am Auslöser (37) integriert sind, anvisiert wurde. Das reflektierte Laserlicht wird dann von der Optik (22) auf ein lichtempfindliches Bauteil (23) fokussiert. Dessen Signal wird wiederum der Auswerteelektronik (35) zugeführt. Aus der Laufzeit des Laserlichtes zwischen Zielobjekt und Laserentfernungsmesser wird nun die Entfernung bestimmt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Resonator gefaltet ist. Im Gegensatz zu Fig. 1 sind bei dieser Ausführung folgende Änderungen vorgenommen. Das aktive Medium (1) ist außen mit einer dielektrischen selektiven Verspiegelung (50) versehen. Das aktive Medium (1) ist an den Endflächen (51) mit Schliffen versehen, die den Strahlengang falten. Diese Endflächen (51) sind maximal reflektierend für die Laserwellenlänge verspiegelt. Eine Endfläche (53) ist ebenfalls maximal verspiegelt, jedoch so geschliffen, daß der resonatorinterne Strahl senkrecht auf diese Endfläche (53) trifft. Diese Endfläche (53) kann auch zusätzlich sphärisch geformt sein. Die Auskoppelfläche (52) ist ebenfalls senkrecht zum resonatorinternen Strahl ausgerichtet. Sie ist mit einer teildurchlässigen Verspiegelung für die Laserwellenlänge versehen. In Fig. 4 ist räumlich der optische Strahlengang prinzipiell dargestellt. Die Strahlung tritt nicht parallel zur geometrischen Achse des aktiven Mediums (1) aus. Der Filter (61), der für die Laserwellenlänge transparent ist, ist fluchtend zum Strahlengang angebracht. Die Triggerdiode (54) und die Elektronik (58) sind getrennt vom Filter (61) angebracht. Die Fokussierlinse (55) und die Halterung (60) sind parallel zum austretenden Strahl angebracht. Sie sind jedoch etwas versetzt. Die Filtereinheit (56) mit der Empfangseinheit (57) und der Elektronik (59) sind fluchtend zur Linse (55) angebracht. Diese Bauelemente behindern den austretenden Laserstrahl nicht. Eine optisch nicht transparente elektrisch isolierte Abschirmeinheit (62) trennt das Anregungsmedium (2) und das aktive Medium (1) von der Empfangseinheit (54-60).

Claims (11)

1. Laserentfernungsmesser mit einem Festkörper als aktives Medium, gekennzeichnet durch einen Sendelaser, bei dem das Anregungsmedium vom aktiven Medium umgeben wird und durch eine Empfangseinheit, die in Strahlrichtung vor dem Anregungsmedium angebracht ist.

2. Laserentfernungsmesser, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Laser außer dem Anregungsmedium und dem aktiven Medium keine zusätzlichen Bauteile für die Energieeinkopplung von dem Anregungsmedium in das aktive Medium vorgesehen sind.

3. Laserentfernungsmesser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das aktive Medium bildende Festkörper an den Endflächen torusförmige Schliffe aufweist.

4. Laserentfernungsmesser, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der resonatorinterne Strahlengang des Lasers gefaltet ist.

5. Laserentfernungsmesser, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das aktive Medium des Lasers bildender Festkörper für die Endflächen und für jede Faltung des Resonators gesonderte Schliffe aufweist.

6. Laserentfernungsmesser, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Energieversorgungseinrichtung in der Verlängerung des aktiven Mediums befindet.

7. Laserentfernungsmeser, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Meßwertverarbeitungseinheit in der Verlängerung des aktiven Mediums befindet.

8. Laserentfernungsmesser, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine integrierte Anzeige für das Meßergebnis vorgesehen ist.

9. Laserentfernungsmesser, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser mit einem ringförmigen Güteschalter ausgerüstet ist.

10. Laserentfernungsmesser, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung über eine Batterie erfolgt.

11. Laserentfernungsmesser, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung über Solarzellen erfolgt.