DE4031043A1 - Vorrichtung zum aussenden und empfangen von laserlicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aussenden und Empfangen von Laserlicht im Freien über eine vorgegebene Strecke.

Solche Vorrichtungen dienen vielfältigen Zwecken. Sie können Teile von Vermessungsvorrichtungen sein, können der Nachrich­ tenübertragung in ein oder zwei Richtungen dienen oder können aus Kombinationen vieler solcher Vorrichtungen bestehen.

Im Gegensatz zu genau rekonstruierbaren und wiederholbaren Laborbedingungen tritt bei der Verwendung von Lasern in der freien Atmosphäre das Problem auf, daß die Transmissionseigen­ schaften durch die freie Atmosphäre sehr starken Schwankungen unterworfen sind. In vielen Fällen wird daher eine geringe Laserleistung für die Zwecke der Nachrichtenübertragung, Vermessung oder sonstigen Zwecke ausreichen, während in anderen Fällen bei hoher Luftfeuchtigkeit, Luftverschmutzung, Niederschlägen usw. höhere Laserleistungen erforderlich sind. Dazu kommt dann für das Licht z. B. des Gallium-Arsenid- Diodenlasers, der im Bereich von 900 nm arbeitet, noch die Standarddämpfung durch die HO-Absorption hinzu, die ebenfalls sehr beträchtlich ist.

Nun ist es nicht nur unökonomisch, immer mit der höchsten Laserleistung zu arbeiten, die bei den denkbar schlechtesten Bedingungen, also bei der denkbar größten Dämpfung noch aus­ reichen würde. Wesentlicher sind vielmehr Sicherheitsaspekte, aufgrund derer die maximal erlaubte Laserleistung auf einen zulässigen Wert begrenzt ist. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, könnte man auf den Gedanken kommen, mit bekannten Vorrichtungen zur Messung der Sichtverhältnisse, wie sie z. B. auf Flughäfen verwendet werden, den Transmissionsgrad bzw. die Dämpfung zu bestimmen und dann zu berechnen, wie viel Laser­ leistung verlorengeht und wie hoch diese Laserleistung gewählt werden muß, damit noch ausreichend Laserleistung beim Empfän­ ger eintrifft. Entsprechende Berechnungen sind aber sehr kompliziert. Damit sie durchgeführt werden können, muß auch die Entfernung bekannt sein und muß auch sichergestellt sein, daß die Transmission auf der Meßstrecke die gleiche ist wie auf der Laserstrecke.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der auf einfache Weise die richtige Laserleistung eingestellt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß am Ziel ein Retroreflektor vorgesehen ist, daß am Ort des Lasersenders ein lichtempfindlicher Detektor für den reflektierten Strahl vorgesehen ist, und daß eine Schaltung zum Regeln der Laser­ leistung mit Hilfe einer Intensitätsmessung des reflektierten Strahls vorgesehen ist.

Am Ziel, d. h. an dem Ort, auf den der Laserstrahl gerichtet ist, wird also ein Retroreflektor vorgesehen, der das Licht genau zum Lasersender zurückreflektiert. Dort wird das reflek­ tierte Licht dann von dem lichtempfindlichen Detektor detek­ tiert. Durch entsprechende Schaltungen kann dann die Laserleistung verringert werden, wenn eine mehr als ausrei­ chende Laserleistung auf den Detektor trifft. Andererseits kann die Laserleistung erhöht werden, wenn nicht mehr genügend Licht empfangen wird.

Dabei wird zweckmäßigerweise die Regelung auf Leistungen im Bereich der Ansprechschwelle des lichtempfindlichen Detektors vorgenommen.

Man könnte vielleicht auf den Gedanken kommen, den lichtemp­ findlichen Detektor am Ziel vorzusehen. Dann ist aber wieder eine komplizierte Rückmeldung der empfangenen Laserleistung vom Ziel zum Empfänger erforderlich, die auch gestört werden könnte. Am einfachsten oder zweckmäßigsten ist es tatsächlich, wenn erfindungsgemäß ein Teil des auf das Ziel auftreffenden Lichtes von einem Retroreflektor zum Lasersender zurückge­ schickt oder dort bezüglich der Intensität gemessen wird, wobei das resultierende Signal dann zur Regelung verwendet wird. Die Aufstellung eines zusätzlichen Retroreflektors erübrigt sich natürlich, wenn ein solcher Retroreflektor ohnehin vorhanden ist, weil z. B. eine Vermessung durchgeführt werden soll. Wird normalerweise nur Information zum Ziel übertragen, so wäre der Retroreflektor dann zusätzlich vorzusehen.

Zweckmäßigerweise weist die Vorrichtung eine Schaltung zur Begrenzung der Höchstleistung des Lasers auf, damit dieser z. B. bei sehr starkem Nebel oder bei zufälliger Verdeckung des Retroreflektors nicht infolge der Regelschleife mit unzulässig hohen Leistungen betrieben wird.

Die Vorrichtung kann wie gesagt als Vermessungsvorrichtung ausgebildet sein, indem z. B. mit einer Laufzeitmessung eine Entfernungsmessung durchgeführt oder indem eine Ortsbestimmung durchgeführt wird, indem z. B. das Bild des reflektierten Lichtes mit einer Matrix-CCD-Kamera aufgenommen und dann in einem Rechner zur Ortsbestimmung ausgewertet wird.

Die Vorrichtung könnte aber auch als Informationsübertragungs­ vorrichtung zum Ziel ausgebildet sein. Die Vorrichtung könnte dabei auch bidirektional als Informationsübertragungseinrich­ tung arbeiten, indem z. B. vom Ziel das reflektierte Licht moduliert wird oder indem vom Ziel zum Lasersender mit einer entsprechenden Einrichtung ebenfalls ein Laserstrahl hin- und hergeschickt wird, der dann aber bevorzugterweise mit anderer Lichtwellenlänge oder aber in Zeitintervallen arbeiten sollte, in denen der erste Laser außer Betrieb ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Ansicht eine Ausführungsform einer Vorrichtung der Erfindung; und

Fig. 2 in schematischer Ansicht eine andere Ausführungsform einer Station zum Aussenden des Laserstrahls und zum Empfangen des reflektierten Laserstrahls.

Die Vorrichtung besteht aus zwei Stationen, einer Station 1, mit der das Laserlicht auf eine Station 2, das Ziel gerichtet wird. Die Station 1 weist einen Laser 20 auf, dessen von ihm ausgesandtes Licht 3 über eine halbdurchlässige Platte 4 in einen Photodetektor 5 teilweise reflektiert wird, um dort über eine elektronische Schaltung 6 die Stromversorgung 7 des Lasers 20 so zu steuern, daß die Leistung des Lasers 20 den zulässigen Wert nicht überschreitet.

Das durch den halbdurchlässigen Spiegel 4 hindurchtretende Laserlicht 3 wird durch eine Optik 8 fokussiert und auf das Ziel 2 gerichtet, wo es auf einen Retroreflektor 9 trifft und dann als Lichtstrahl 10 zur Station 1 zurückgesandt wird. Dort wird das Licht ebenfalls an der halbdurchlässigen Platte 4 nach unten in einen Detektor 11 abgelenkt, wobei dann durch die Schaltung 6 über die Stromversorgung 7 des Lasers 20 die Leistung desselben so geregelt wird, daß noch genügend reflek­ tierte Leistung auf den Detektor 11 fällt, diese Leistung also oberhalb des Schwellwertes des Detektors 11 und der Schaltung 6 liegt, die auch noch einen Verstärker beinhaltet. Bei der Station 1 ist in Fig. 1 noch eine Auswertungsschaltung 12 schematisch gezeigt, die z. B. der Informationsübertragung dienen kann. Wird das Licht des Lasers 20 mit Modulation kodiert, so kann dieses Signal durch einen Photodetektor 13, der hinter einer mittigen Öffnung des Retroreflektors 9 am Ziel 2 angeordnet ist, detektiert werden und in einer Schal­ tung 14 ausgewertet werden. Andererseits kann diese Schaltung 14 einen vor dem Retroreflektor 9 angeordneten Lichtmodulator 15 betreiben, so daß das reflektierte Licht ebenfalls mit Information kodiert wird, was dann durch die Schaltung 12 festgestellt werden kann.

Die Schaltung 12 könnte auch im gepulsten Betrieb nicht nur das reflektierte Pulssignal detektieren, sondern auch das Pulssignal, das auf den Detektor 5 fällt. Auf diese Weise könnte mit einer Laufzeitmessung die Entfernung des Zieles 2 bestimmt werden.

Die Darstellung der Fig. ist wie gesagt nur schematisch. So wird es zweckmäßiger sein, das normalerweise verhältnismäßig schwache reflektierte Licht 10 nicht an der halbdurchlässigen Platte 4 abzulenken, durch die die Ausgangslaserleistung tritt, die wesentlich größer ist. Vielmehr wird man in vielen Fällen vorsehen, daß der Detektor 11 neben dem Ausgangsstrahl des Lasers 20 angeordnet ist. Ebenfalls neben dem Laserstrahl ist bei der Ausführungsform der Fig. 2 eine CCD-Kamera 16, deren Bild mit einer Schaltung 12 ausgewertet wird, um so Ortsbestimmungen durchzuführen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Aussenden und Empfangen von Laserlicht im Freien über eine vorgegebene Strecke, dadurch gekennzeich­ net, daß am Ziel ein Retroreflektor (9) vorgesehen ist, daß am Ort (1) des Lasersenders (20) ein lichtempfind­ licher Detektor (11) für den reflektierten Strahl (10) vorgesehen ist, und daß eine Schaltung (6, 7) zum Regeln der Laserleistung mit Hilfe einer Intensitätsmessung des reflektierten Strahls (10) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung auf Leistungen im Bereich der Ansprechschwel­ le des lichtempfindlichen Detektors (11) erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine Schaltung (5, 6, 7) zur Begrenzung der Höchstleistung des Lasers (20) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Vermessungsvorrichtung ausge­ bildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Entfernungsmessung ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß sie zur Ortsbestimmung ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Informationsübertragungsvor­ richtung zum Ziel ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie als bidirektionale Informations­ übertragungsvorrichtung ausgebildet ist.