DE3601386C1 - Method and device for calibrating optical rangefinders - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eichen
von optischen Entfernungsmessern, wobei ein Lichtstrahl von
einem Sender, insbesondere einem CW-Laser auf ein reflektierendes
Ziel gerichtet wird und die Phasendifferenz zwischen dem von ihm reflektierten
Lichtstrahl und dem ausgesandten Lichtstrahl von einem neben dem Sender angeordneten Empfänger
gemessen wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
Bei dieser Art von Entfernungsmessung wird üblicherweise
ein CW-Laserstrahl mit Rechteckmodulation ausgesandt und
die Phasendifferenz zwischen dem Sende- und dem Empfangsstrahl
z. B. durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter
gemessen, wobei diese Phasendifferenz ein Maß für die
Zielentfernung ist.
Da die Entfernungsmessung üblicherweise in Luft durchgeführt
wird, werden unverfälschte Meßergebnisse nur bei
optimalen atmosphärischen Bedingungen erhalten. Insbesondere
bei auftretendem Nebel erfolgt eine Verfälschung der
Meßergebnisse, die durch eine geeignete Eichung des
Entfernungsmessers beseitigt werden muß, da der auftretende
Nebel je nach seiner Dichte die Rückstreuung des Lichtstrahls
heraufsetzt und gleichzeitig den Transmissionsgrad
der Luft herabsetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der optische
Entfernungsmesser mit CW-Lasern bereits bei der Herstellung,
d. h. unter Laborbedingungen, zum Ausschluß von
störenden Nebeneinflüssen entsprechend geeicht werden
können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Sender und dem Ziel ein Filter angeordnet
wird, dessen Abstand zum Sender eine Funktion der bei einer
bestimmten Nebelstärke herrschenden Sichtweite ist, daß der
Transmissionsgrad und der Rückstreufaktor des Filters als
Funktionen des Abstandes des Zieles vom Sender und des
Filters vom Sender eingestellt werden, und daß die
Divergenz des Lichtstrahls als Funktion der Sichtweite
eingestellt wird.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine drehbare im
wesentlichen kreisförmige Streuscheibe aufweist, deren
Rückstreuvermögen in Richtung des Umfangs der Scheibe von
einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert zunimmt, und
eine drehbare, im Abstand von der Streuscheibe angeordnete,
im wesentlichen kreisförmige Abschwächscheibe aufweist,
deren Transmissionsgrad in Richtung des Umfangs der Scheibe
von einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert zunimmt.
Vorteilhafterweise ist die Streuscheibe eine Lambert-Streuscheibe,
die aus einem für die verwendete Strahlung transparenten
Substrat besteht, auf dem viele kleine nichttransparente
Flecken angeordnet sind, wobei
die Gesamtfläche der einzelnen Flecken
pro Flächeneinheit (Flächenfüllfaktor), in Richtung des Scheibenumfangs zunimmt.
Eine derartige Streuscheibe wird vorzugsweise im Rasterdruckverfahren
hergestellt.
Die Abschwächscheibe besteht vorzugsweise aus einem für
die verwendete Strahlung transparenten Substrat, auf dem
eine teildurchlässige Spiegelschicht aufgedampft ist, deren
Transmissionsgrad in Umfangsrichtung von 0% auf 100%
zunimmt.
Das Filter wird dabei unter einem Winkel zur Strahlenrichtung
angeordnet, um Rückreflexion zum Empfänger zu
vermeiden.
Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel besteht
die Abschwächscheibe aus einer Polarisationsfolie
und einer zu ihr drehbar angeordneten Analysatorfolie.
Anstelle eines drehbaren Filters können auch ein oder zwei
Filtersätze aus diskreten Filtern, die z. B. in der Art von
Diamagazinen angeordnet sind, in den Strahlengang gebracht
werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zwischen dem
Laser und dem Filter ein die Divergenz des Laserstrahls
veränderndes Objektiv vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung bieten also den Vorteil, das Auftreten von
Nebel unter Laborbedingungen zu simulieren und dadurch den
Laserentfernungsmesser zu eichen, daß an einer bestimmten
Stelle zwischen ihm und einem Ziel ein Filter mit
variabler Transmission und variablem Rückstreufaktor angeordnet
wird. Das vor dem Entfernungsmesser angeordnete
Sendeobjektiv, das vorzugsweise ein Zoom-Objektiv ist,
verändert schnell und einfach die Divergenz des ausgesandten
Laserstrahls und simuliert dadurch die nebelbedingte
Aufstreuung des Laserstrahls. Die Verdrehung der
Streuscheibe sowie der Abschwächscheibe um ihre Achsen
ermöglicht die Simulation von jeder beliebigen Nebelstärke.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert; es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Anordnung eines optischen Entfernungsmessers
mit in dem Strahlgang angeordnetem
Filter und
Fig. 2 schematisch eine Seitenansicht einer Streuscheibe.
Bei der in Fig. 1 dargestellten schematischen Anordnung
zum optischen Entfernungsmessen ist mit 1 ein CW-Laser
bezeichnet, der einen Lichtstrahl auf ein bestimmtes Ziel 8
aussendet, von dem ein Teil 10 zu einem Empfänger 2
rückgestreut wird, dem eine geeignete Auswerteschaltung
zugeordnet ist. Im Strahlengang wird erfindungsgemäß das
Filter 4, 5 angeordnet, das z. B. aus einer um ihre Achse
verdrehbaren Streuscheibe 4 und einer um ihre Achse
verdrehbaren Abschwächscheibe 5 besteht.
Die Streuscheibe 4, die schematisch in Fig. 2 in
Strahlrichtung dargestellt ist, besteht aus einem für die
verwendete Strahlung transparenten kreisförmigen Substrat,
das von den Laserstrahlen 9 und 10 in der Fläche 11
durchsetzt wird, und auf dem nichttransparente Flecken 6
angeordnet sind, wobei der Flächenfüllfaktor, d. h. die
Gesamtfläche der einzelnen Flecken pro Flächeneinheit in
Richtung des Scheibenumfangs zunimmt. Die Scheibe 4 ist
dabei beispielsweise in Richtung des Pfeils F um ihre Achse
7 verdrehbar. Diese Scheibe läßt sich besonders einfach im
Rasterdruckverfahren herstellen.
In geringem Abstand hinter der Streuscheibe 4, in
Strahlrichtung gesehen, ist eine Abschwächscheibe 5 vorgesehen,
die ebenfalls aus einem kreisförmigen, für die verwendete
Strahlung transparenten Substrat besteht, auf dem
jedoch eine teildurchlässige Spiegelschicht aufgedampft
ist, deren Transmissionsgrad in Umfangsrichtung gesehen
von 0% auf 100% zunimmt.
Zwischen dem CW-Laser 1 und dem Filter 4, 5 ist ein mit 3
angedeutetes Zoom-Objektiv angeordnet, mit dem die
Divergenz des Laserstrahls entsprechend der vom Nebel
erzeugten Aufstreuung des Strahls eingestellt werden kann.
Anstelle einer Streuscheibe 4 und einer Abschwächscheibe
5 können auch eine um ihre Achse drehbare Polarisationsfolie
und eine ihr zugeordnete ebenfalls drehbare Analysatorfolie
vorgesehen sein oder ein oder zwei Filtersätze aus
diskreten Filtern, die z. B. in der Art von Diamagazinen
angeordnet sind und in den Strahlengang eindringbar sind.
Soll nun eine Messung durchgeführt werden, die einer Entfernungsmessung
ohne das Auftreten von Nebel entspricht, so
wird die Streuscheibe 4 derart verdreht, daß der auftreffende
Laserstrahl auf eine Stelle 11 ohne Flecken
fällt, so daß er ohne Rückstreueffekt das transparente
Substrat durchsetzt (Rückstreufaktor ρ = 0), während die
Abschwächscheibe 5 eine derartige Stellung einnimmt, daß
der Laserstrahl diese an eine Stelle durchsetzt, an der
die Transmission maximal ist (Transmissionsfaktor τ = 1).
Das vom Empfänger 2 empfangene, vom Ziel 8 rückgestreute
Signal berechnet sich dann zu
P = Acos k r mit A = A(r); mit:
k = 2π/λ (λ = Modulationswellenlänge, A = Empfangsintensität)
k = 2π/λ (λ = Modulationswellenlänge, A = Empfangsintensität)
Das im Strahlengang aufgestellte Filter hat also keinerlei
Einfluß auf die bei dieser Stellung erfolgende Messung des
im Abstand r vom Laser 1 aufgestellten Ziels 8.
Wird hingegen eine Messung mittels Simulierung von Nebel
mit einer angenommenen meteorologischen Sichtweite V durchgeführt,
so wird das Filter 4, 5 in einem aus dieser
Sichtweite V abgeleiteten Abstand s vom Laser 1 im
Strahlengang angeordnet. Der Rückstreufaktor ρ der Streuscheibe
4 wird durch Verdrehen dieser Scheibe als Funktion
des Abstands r des Targets und der angenommenen Sichtweite
V eingestellt und ebenfalls der Transmissionsgrad der
Abschwächscheibe 5 durch Verdrehen dieser Scheibe um ihre
Achse gemäß diesen Bedingungen. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß die Streuscheibe 4 ebenfalls den Transmissionsgrad
des Filters 4, 5 beeinflußt, was bei der Verdrehung der
Abschwächscheibe 5 kompensiert wird.
Die Divergenz des vom Laser 1 ausgesandten Laserstrahls
wird mittels des Zoom-Objektivs 3 derart eingestellt, daß
sie der Aufstreuung des Laserstrahls 9 durch den Nebel bei
der angenommenen Sichtweite V entspricht. Nun kann die
Eichmessung des Laserentfernungsmessers durchgeführt
werden, wobei das Filter 4, 5 unter einem kleinen Winkel
in Strahlrichtung 9 gesehen derart angeordnet wird, daß
unerwünschte reflektierte Laserstrahlung zum Empfänger 2
vermieden wird.
Das bei diesem angenommenen Nebel und der dazu gehörigen
Sichtweite V auf den Empfänger 2 treffende Signal bestimmt
sich wie folgt
P =τ′² A cos kr + B cos ks
mit τ′ = τ + τ(ρ) = τ′ (r, V) B =B (s, V) und s =s (V).
mit τ′ = τ + τ(ρ) = τ′ (r, V) B =B (s, V) und s =s (V).
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist es also möglich, beliebige
Nebelstärken, d. h. beliebige Sichtweiten innerhalb der
vorgegebenen Strecke r zwischen Laserentfernungsmesser und
Ziel einzustellen und so den Einfluß von Nebel auf die
Genauigkeit der Entfernungsmessung durch entsprechende
Eichung des Lasers bzw. des Empfängers auszuschalten.
Claims (8)
1. Verfahren zur Eichung von optischen Entfernungsmessern,
wobei ein Lichtstrahl von einem Sender, insbesondere
einem CW-Laser, auf ein reflektierendes Ziel gerichtet
wird und die Phasendifferenz zwischen dem von ihm
reflektierten Lichtstrahl und dem ausgesandten Lichtstrahl
von einem neben dem Sender angeordneten Empfänger
gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem
Sender und dem Ziel ein Filter angeordnet wird, dessen
Abstand vom Sender eine Funktion der bei einer bestimmten
Nebeldichte herrschenden Sichtweite ist, daß der
Transmissionsgrad und der Rückstreufaktor des Filters
als Funktionen des Abstandes des Zieles vom Sender und
des Filters vom Sender eingestellt werden und daß durch
ein Objektiv die Divergenz des Lichtstrahles als
Funktion der Sichtweite eingestellt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (45) eine
drehbare im wesentlichen kreisförmige Streuscheibe (4)
aufweist, deren Rückstreuvermögen in Richtung des
Umfangs der Scheibe von einem Minimalwert bis zu einem
Maximalwert zunimmt und eine drehbare, im Abstand von der
Streuscheibe (4) angeordnete, im wesentlichen kreisförmige
Abschwächscheibe (5) aufweist, deren Transmissionsgrad in
Richtung des Umfangs der Scheibe von einem Minimalwert
bis zu einem Maximalwert zunimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Streuscheibe (4) eine Lambert-Streuscheibe ist, die aus
einem für die verwendete Strahlung transparenten Substrat
besteht, auf dem viele kleine nichttransparente
Flecken (6) angeordnet sind, wobei
die Gesamtfläche der einzelnen Flecken pro Flächeneinheit
(Flächenfüllfaktor) in Richtung des Scheibenumfangs zunimmt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abschwächscheibe (5) aus einem für die verwendete
Strahlung transparenten Substrat besteht, auf dem eine
teildurchlässige Spiegelschicht aufgedampft ist, deren
Transmissionsgrad in Umfangsrichtung von 0% auf 100%
zunimmt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Filter (4, 5) unter einem Winkel zur Strahlrichtung
angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abschwächscheibe (5) aus einer drehbaren Polarisationsfolie
und einer zu ihr drehbar angeordneten Analysatorfolie
besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Filter (4, 5) aus einem oder zwei Filtersätzen aus
diskreten Einzelfiltern besteht, die in einem Magazin
angeordnet und in den Strahlengang einbringbar
sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zwischen dem
Laser (1) und dem Filter (4, 5) ein die Divergenz des Laserstrahls
veränderndes Objekt (3) vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863601386 DE3601386C1 (en) | 1986-01-18 | 1986-01-18 | Method and device for calibrating optical rangefinders |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863601386 DE3601386C1 (en) | 1986-01-18 | 1986-01-18 | Method and device for calibrating optical rangefinders |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3601386C1 true DE3601386C1 (en) | 1987-05-07 |
Family
ID=6292123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863601386 Expired DE3601386C1 (en) | 1986-01-18 | 1986-01-18 | Method and device for calibrating optical rangefinders |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3601386C1 (de) |
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- 1986-01-18 DE DE19863601386 patent/DE3601386C1/de not_active Expired
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