DE1548482A1

DE1548482A1 - Entfernungsmess- oder aehnliche Vorrichtung mit selektiv fluoreszentem Sender

Info

Publication number: DE1548482A1
Application number: DE19661548482
Authority: DE
Inventors: Winter Hermanus Gerardus De
Original assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1965-02-03
Filing date: 1966-07-12
Publication date: 1969-04-24
Also published as: NL6501330A; US3533696A; GB1088437A; CH443703A; NL131544C; DE1548482B2

Description

N.V. Optische Industrie "De Oude Delft" in Delft/Holland

EntfernungsaeBs- oder ähnliche Vorrichtung mit selektiv

fluoreszentem Sender

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lasergerät und insbesondere auf einen Laserentfernungsmesser oder eine ähnliche Vorrichtung, die einen Lasersender zur Aussendung eines impulsförmigen Strahlungsstrahles gegen ein Zielt eine optische Objektivvorrichtung aur Aufnahme dee vom Ziel reflektierten Laserstrahles und eine Anzeigeeinrichtung, zur Anzeige solcher reflektierter Laserstrahlung enthält·

Vorrichtungen dieser Art bilden ein wichtiges Gebiet für die Anwendung von Lasern« Sie können beispielsweise zusammen Mit geeigneten elektronischen Zählern zur Messung der Zeitspanne zwischen der Aussendung eine· Impulses durch den Laser und dea Empfang des vom Ziel reflektierten Inpulses verwendet werden, wonit der Abstand zu solchen Zielen bestimmt werden kann. Ferner gehören zu ·

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den Entfernungsmessern in diesem Sinne beispielsweise auch optische Radarsysteme. Pur diese ist die erfindungsgemäße Anordnung auch anzuwenden.

Um den Nullpunkt der Zeitmessung genau zu bestimmen, wird ein !Teil des vom Laser ausgesendeten Strahlungsiapulses direkt der Strahlungsanzeigeeinrichtung zugeführt. Der so erzeugte elektrische Impuls kann zum Starten des elektronischen Zählers benutzt oder in anderer Weise gemäß dem speziellen Verwendungszweck der Anordnung verwendet werden.

Es war bisher üblich, eine gesonderte Anzeigeeinrichtung zur Erzeugung des Nullimpulses vorzusehen. Sine solche Anzeigeeinrichtung wurde neben dem Laserstrahl angeordnet und eapfing einen Teil des Laserstrahles entweder über einen kleinen Spiegel, der in den Laserstrahl ragte, oder über «in Drahtgitter, das sich vor dem Laser befand und von dort etwas von der Strahlung in Sichtung des Nullimpulsanzeigers streute.

Die Erfindung soll eine einfache Anordnung schaffen, die die erforderliche Menge Strahlungsenergie vo« Laserstrahl zur Anzeigeeinrichtung für die Anzeige der von Ziel reflektierten Strahlung leitet, so daß sie als Nullpunktanseiger benutzt werden kann· ferner soll erfindungsgemäß eine Anordnung geschaffen werden, Bit 'der die von Laserstrahl auf die Anzeigeeinrichtung fallende Energiemenge in weiten Gren»tη leicht eingestellt werden kann. Weiterhin soll eine Anordnung geschaffen werden, bei der die Einstellung

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zum Leiten eines Teils des Laserstrahles auf die Anzeigeeinrichtung nicht kritisch ist.

Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Ablenken eines Teils der Strahlung des ausgesendeten impulsförmigen Strahls vorgesehen, die die abgelenkte Strahlung auf die optische Objektbrvorrichtung fallen läßt, so daß ein Teil davon von der gleichen Anzeigeeinrichtung, die zur Anzeige der reflektierten Strahlung dient, aufgenommen wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden in dem ausgesendeten laserstrahl und in dem in die optische Objektivvorrichtung eintretenden reflektierten Strahl optisch aktive Oberflächen so angeordnet, daß die Strahlung vom ausgesendeten Laserstrahl über die Oberflächen in die optische Objektivvorrichtung geleitet wird, wobei mindestens eine dieser Oberflächen strahlungszerstreuende Eigenschaften hat. Insbesondere ist die Oberfläche im ausgesendeten Laserstrahl eine Spiegelreflektoroberflache, die so unter einem Winkel zur Strahlachse angeordnet ist, daß die Oberfläche im reflektierten Strahl eine zerstreuend reflektierende oder zerstreuend durchlassende Oberfläche ist. Um die Einstellung der Strahlungsintensität des auf die Anzeigeeinrichtung rückgekoppelten Teils der Strahlung zu ermöglichen, ist der Winkel irgendeiner oder beider Oberflächen bezüglich der Strahlachse einzustellen.

Ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel erhält man bei Verwendung eines stabförmigen Elementes aus einem für Laserstrahlung transparentem Material, dessen eines Ende, das sich in dem ausge-

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sendeten iaaerstrahl erstreckt, derart geformt ist, daß ein Teil des Strahles von dem Element aufgenommen und an das andere Ende des Elementes geleitet wird, das sich in den reflektierten Strahl erstreckt und das eine zerstreuende Ausgangsoberfläche für die Strahlung hat. Sin solches Element ist geeigneterweise ein gerader Stab, der in einer Ebene senkrecht zur Laserstrahlachse gelagert ist und um seine Achse drehbar eingestellt werden kann. Sr weist zwei abgeschrägte Endflächen auf, von denen mindestens eine strahlungszeretreuende Eigenschaften hat.

Diese strahlungsζerstreuende Oberfläche in der Anordnung gemäß der Erfindung bewirkt, daß unter allen umständen Strahlung rom Laser innerhalb eines besonders kleinen Baumwinkels auf den optischen Empfänger fällt, von wo sie in die Anseigeeinrichtung gelangt, ohne daß eine feine Einstellung mit Hilfe anderer Torrichtungen, beispielsweise Spiegel, erforderlich wäre. Andererseits erfolgt vor Erreichen der Anzeigeeinrichtung automatisch die notwendige Abschwächung der Strahlungsenergie. Ba der lullimpuls und der Echo impuls beide von der gleichen Anzeigeeinrichtung erzeugt und von der gleichen elektronischen Schaltung verarbeitet werden, soll die Intensität der direkten Laserstrahlung und die der reflektierten Strahlung in der Anzeigeeinrichtung in der gleichen Größenordnung liegen. Dies kann eine Dämpfung des Laserstrahles

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um einen Faktor von beispielsweise 10 bis 10 erforderlich machen. Dies erreicht man durch Zerstreuung fast aller außerhalb des kleinen Eaumwinkels, in dem der Anzeigeempfänger die Strah-

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lung in die Anzeigeeinrichtung leitet, aufgenommenen Laserstrahlung. Dieser ßaümwinkel hat beispielsweise die Größe von 0,057° (1 milliradian '..). ferner kann durch Einstellen des Winkels der . zerstreuenden und/oder der reflektierenden Oberflächen in der beschriebenen Anordnung,deren Wirksamkeit zum Leiten von Strahlungsenergie zur Anzeigeeinrichtung gesteuert werden, womit die auf die Anseigeeinrichtung fallende Energiemenge in weiten Grenzen verändert werden kann.

Die Figuren aeigen »in Ausführungsbeispiel für einen Laserentfernungsmesaer gemäß der Erfindung.

Pig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Laserentfernungsmesser. ?ig. 2 zeigt einen Teil einer Torderansicht. Fig. 3 zeigt vergrößert das Koppelelement.

Das in Fig. 1 gezeigte Gehäuse 1 besteht aus zwei durch eine lichtdichte Trennwand getrennten Kammern. In der oberen Kammer befindet sich ein Laser 2, während sich in der unteren Kammer ein Fernrohr 3 «it einem Objektiv 4, ein Prismensystem 5 und ein Okular 6 befindet. Sie Laser- und die Fernrohrachse liegen parallel zueinander. Zn der Brennebene des Okulars ist ein Fadenkreuz 7 vorgesehen, mit dem eine Ausrichtung auf das Ziel, dessen Abstand zu messen ist, vorgenommen wird.

Der Laser, der üblicherweise infrarote Strahlung erzeugt, hat in dem dargestellten Ausführungebeispiel einen Rubinstab als aktives

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Element, das optisch, mit Hilfe einer spiralförmigen aufblitzenden lampe 9 "gepumpt" wird. Mit Hilfe eines Dreieckprismas 10 werden Impulse mit großer Energie und von sehr kurzer Dauer erzeugt. Dieses Prisma begrenzt den Laserraum an einer Seite und kann mit Hilfe von nicht dargestellten Antriebseinrichtungen sehr schnell gedreht werden. Diese Technik ist dem Fachmann unter der Bezeichnung Q-Sohaltung bekannt. Der erzeugte impulsförmige Strahl aus monochromatischer kohärenter Strahlung 11 wird auf einen sehr kleinen Raumwinkel konzentriert. Er verläuft genau parallel zur Achse des Fernrohres 3·

Ein paralleler Strahl 12 von vom entfernten Ziel reflektierter Strahlung wird durch das Objektiv 4 gebündelt. In dem konvergenten Strahl hinter dem Objektiv ist ein strahlenbrechendes Prisma 13 angeordnet, das vorteilhafterweise eine Diohroitoberfläehe H aufweist, die bekanntlich für sichtbares Licht praktisch durchlässig ist, jedoch die infrarote Komponente der auffallenden Strahlung einschließlich der Laserstrahlung selektiv auf das Prisma 15 lenkt. Durch einen engen Bandpaßfilter 16 fällt die Laserstrahlung auf eine Blende 17» die in der Ebene der besten Bündelung angeordnet ist und die eine punktförmige öffnung entsprechend dem Zielpunkt, auf den der Laserstrahl gerichtet wurde, hat. Die von der öffnung durchgelassene Strahlung gelaig in einen fotovervielfacher 18. Während durch das Okular 6 der ganze Bereich des Fernrohreβ 3 beobachtet werden kann, empfängt der Fotovervielfacher 18 nur die von einem kleinen Ziel in der Mitte dieses Bereichs reflektierte Laserstrahlung.

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Um einen Start- oder Hullimpuls für die Zeitmessung abzuleiten, wird ein Teil der Strahlungsenergie des Laserstrahles 11 direkt eit Hilfe des Stabes 19 auf den Fotovervielfacher 18 rückgekoppelt. Der Stab 19 besteht aus einem Material, das für Laserstrahlung durchlässig ist. Sein eines Ende erstreckt sich an den Laserstrahl, während sich das andere Ende in den reflektierten Strahl 12 erstreckt. Die Befestigung des Stabes 19 erkennt man an besten in Fig. 2, während Pig. 3 die Endbereiche des Stabes im vergrößerten Maßstab zeigt.

Der Stab 19 ist zylindrisch geformt und ist drehbar in einem Loch der Halterung 20 befestigt, die am Gehäuse 1 angebracht ist. Ein gerändelter am Stab befestigter Ring 21 erleichtert dessen Winkeleinstellung, und eine Blattfeder 22 hält den Stab in der gewählten Lage.

Beide Endoberflächen des Stabes 19 sind unter 45° zur Stabachae abgeschrägt (siehe Fig. 3). Die Oberfläche 23 ist optisch eben poliert und dient zum vollständigen Reflektieren aller vom Laserstrahl durch die zylindrische Oberfläche des Stabes fallenden Strahlung zur Ausgangsoberfläche 24 hin. Die Ausgangsoberfläehe wirkt zerstreuend, beispielsweise durch Anschleifen, so daß die diese Oberfläche erreichende Strahlung in einem großen Raumwinkel gestreut wird, wie durch das Ffeilbündel in Fig. 3 angedeutet. Daher kommt nur ein sehr kleiner Teil dieser Strahlung unter einem solchen Winkel in das Objektiv 4, daß sie durch die Punktöffnung in der Blende 17 in den Fotovervielfacher 18 gelangen kann.

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Andererseits braucht der Stab nicht sehr genau eingestellt zu . werden, da durch die Zerstreuung an der Oberfläche 24 erreicht wird, daß unter allen Umständen etwas τon der laserstrahlung in den kleinen Winkel fällt, aus dem das ObjektIt 4 dieee auf die Punktöffnung der Blende 17 bündelt. Die der Anzeigeeinrichtung zugeleitete Energiemenge kann leicht den Erfordernissen der Anzeigeeinriohtung und der zugehörigen Schaltung durch Drehung des Stabes 19 angepaßt werden. Daduroh wird der Winkel, unter dem der Laserstrahl auf die Oberfläche 23 fällt, und damit die wirksame Fläche dieser Oberfläche rerändert, und damit auch der Prozentsatz an den Stab an der Oberfläche 24 verlassender Strahlung, die möglicherweise in den Fotovervielfacher 18 gelangt. Dies geschieht, da die durch die Oberfläche 24 bewirkte Zerstreuung nicht derart ist, daß die Intensität der resultierenden Strahlung in allen Richtungen gleich let.

Bas gezeigte und beschriebene Gerät kann auf versohiedeneWeieen abgeändert werden, ohne daß seine vorteilhafte Arbeitsweise verloren geht oder daß es nicht mehr unter die Erfindung fällt. Is ist beispielsweise auch erfindungsgemäß, wenn im Laserstrahl und im reflektierten Strahl getrennte kleine Reflektoren verwendet werden, «ie bezüglich der Strahlachsen unter einem solchen Winkel ■ angeordnet sind, daß der Reflektor im reflektiertem Strahl etwas von der durch den Reflektor im Laserstrahl abgeleitetem Strahlung empfängt. Mindestens einer von diesen Reflektoren habt zerstreuende ligtnsohafttn oder tin getrenntes zerstreuen*te Element, beispitlswtist Mattglas, sei in dem durch dit Reflektoren gegebenen

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optisohon Weg vorgesehen. Ea kann auch auf einen Reflektor im Laserstrahl verzichtet werden und dort ein zerstreuendes Element irgendeiner Art, beispielsweise ein Sitter, zusammen alt einem Spiegel, im reflektierten Strahl vorgesehen sein, so daß etwas von der gestreuten Strahlung auf den optischen Empfänger übertragen wird. Vorzugsweise in Anordnungen für militärische Zwecke sollte jedoch ein zerstreuendes Element im laserstrahl, das Strahlung nach vorne streut, vermieden werden, da dies die Erkennung des Entfernungsmessers durch die feindlichen Truppen erleichtern würde. Zum Schluß sei darauf hingewiesen, daß das beschriebene stabförmige Element statt gerade zu sein, auch gebogene Endteile und Eingangs- und Auegangsoberflächen senkrecht zur Strahlaehse haben kann, von denen mindestens eine lichtstreuende Eigenschaften haben muß.

Claims

Patentansprüche

1. Laserentfernungsmess- o4ea? äfealrt&ke-Teri'ioiituiig alt einem Lasersender zum Aussenden eines impulsföraJjjejLJtr&hles τοη Strahlung gegen ein Ziel, mit einer* βρ*±»ο&«η ObjektiTet«»g-zur Aufnahme eines vom Ziel reflektierten Strahles τοη Laserstrahlung und einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige solcher reflektierten Strahlung, dadurch, gekennzeichnet, daß ein

Teil des ausgesendeten impulsförmigen Strahles (11) zerstreut und derart auf die ^p*i»4jh^0bjektiTT^«!3?ielttung (4) gebracht wird, daß eine Prebe davon mit Hilfe der gleichen Anzeigeeinrichtung (18) angezeigt wird, mit der auch die reflektierte Strahlung angezeigt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß optisch aktire Oberflächen (23, 24) derart im ausgesendeten Strahl (11) und im in die ObjektiTTorrichtung (4) eintretenden reflektierten Strahl (12) angeordnet sind, daß Strahlung tob ausgesendeten Strahl (11) durch die Oberflächen (23, 24) in die ObjektiTTorrichtung (4) geleitet wird und daß mindestens eine der Oberflächen (23» 24) strahlnngszerstreuende Eigenschaften hat. ·

3. TorrichtuBg nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafl die im auegeee»deteB Strahl (11) unter eise« Winkel angeordnete Oberfläch· (23) »piegelreflektierend ist, während die Oberfläche

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(24·) im reflektierten Strahl (12) zerstreuend reflektiert oder zerstreuend durchlässig ist.

4-· Tor richtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel einer oder beider Oberflächen (23, 24·) zur jeweiligen Strahlaoh.se einstellbar ist.

5» Torriohtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabförmiges Element (19) aus für Laserstrahlung transparentem Material vorgesehen ist, dessen einee Ende sich in den ausgesendeten Strahl (11) erstreckt,

wobei dieses Ende so geformt ist, daß ein Teil der Strahlung des ausgesendeten Strahles (11) in das Element (19) eintritt und zu dessen anderem Ende, das sich in den reflektierten Strahl erstreckt und eine strahlungszerstreuende Oberfläche (24) aufweist, geleitet wird.

6· Torriohtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (19) si» gerader Stab ist, der in einer Ebene senkrecht zur Achse des ausgesendeten Strahls (11) und um seine «igest Aohs· drehbar gelagert ist, und daß der Stab an den Enden zwti abgeschrägte Oberflächen (23t 24) hat, von denen mindestens eine strahlungszerstreuende Eigenschaften hat«

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