DE1548482B2 - Rück strahlent f ernun-gsmes ser - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Rückstrahlentfernungsmesser
mit einem optischen Sender zur Aussendung eines gegen das Ziel gerichteten Lichtsignals, einem
ein Empfangsobjektiv und ein lichtelektrisches Element aufweisenden optischen Empfänger für das vom
Ziel reflektierte Lichtsignal sowie einer elektrischen Vergleichsvorrichtung zum Herleiten der Zielentfernung
aus den ausgesandten und reflektierten Lichtsignalen.
Eine besondere Art solcher Entfernungsmesser bildet diejenige, bei welcher der optische Sender eine
zum Abgeben sehr kräftiger impulsförmiger Lichtsignale eingerichtete Laseranordnung und der Empfänger
eine dem kleinen Raumwinkel des Laserstrahls entsprechend geöffnete Feldblende aufweist. Bei
diesen Geräten wird die Laufzeit des Lichtimpulses bis an das Ziel und zurück zum Empfänger gemessen
und daraus die Entfernung des Ziels hergeleitet. Um den Nullpunkt der Zeitmessung zu bestimmen, wird
ein Teil des ausgesandten Lichtimpulses abgelenkt und direkt einem lichtelektrischen Element zugeführt,
das den elektronischen Zähler startet.
Bisher war es bei Laserentfernungsmessern üblich, zur Erzeugung des Startimpulses ein gesondertes
lichtelektrisches Element vorzusehen, das neben dem Laserstrahlengang angeordnet war und dem über
einen kleinen Spiegel oder ein Drahtgitter etwas von der Laserstrahlung zugeleitet wurde.
Bei elektrooptischen Entfernungsmessern, die mit amplitudenmodulierten Lichtsignalen arbeiten und
die Entfernung aus den Phasenlagen der Sende- und Empfangssignale herleiten, ist es bereits bekannt, das
reflektierte Signal und das als Teillichtstrom des ausgesandten Lichtsignals gebildete Vergleichssignal ein
einziges lichtelektrisches Element beaufschlagen zu lassen. Damit sollen unterschiedliche Phasenverschiebungen,
die bei Verwendung gesonderter Verstärker für die beiden Signale leicht auftreten können und darin
zu Fehlmessungen führen würden, vermieden werden.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird eine Rückkopplung des Vergleichssignals zum Empfangsobjektiv
mittels eines in den Sendestrahlengang und in den Empfangsstrahlengang ragenden optischen
Ablenkelements bewirkt, wobei das Empfangsobjektiv das Vergleichssignal dem lichtelektrischen Element
zuleitet.
Die Erfindung geht vom ähnlichen Gedankengang aus, um sich den einfacheren elektrischen Aufbau,
der bei Verwendung eines einzigen lichtelektrischen Elements möglich wird, zunutze zu machen. Sie betrifft
aber einen Laserentfernungsmesser und hat die Lösung eines nur bei solchen Instrumenten in Erscheinung
tretenden Problems zur Aufgabe. Dieses Problem besteht darin, die Ablenkmittel so zu gestalten,
daß einerseits ohne eine zeitraubende und mechanisch empfindliche Justierung mit Sicherheit
ein Teil des ausgesandten Lichtsignals an das lichtelektrische Element gelangt und andererseits das
ausgesandte Laserlicht vor Erreichen des lichtelektrischen Elements die notwendige außerordentlich
starke Abschwächung erfährt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das optische Ablenkmittel mindestens eine Ablenkfläche
mit derartig zerstreuender Wirkung aufweist, daß ein dem reflektierten Lichtimpuls entsprechend
geschwächter Teillichtstrom des ausgesandten Lichtimpulses durch die Feldblendenöffnung an das lichtelektrische
Element gelangt.
Durch die Zerstreuung des abgelenkten Lichts in einem großen Raumwinkel tritt mit Sicherheit ein
Teil der Strahlungsenergie durch die äußerst kleine Feldblendenöffnung, die z. B. einem Raumwinkel
von 1 Milliradian entspricht, hindurch. Dieser Teil ist aber zu gleicher Zeit mit Sicherheit sehr klein, so
daß der erforderliche Dämpfungsfaktor in der Größenordnung von 106 bis 108 erreicht werden
kann.
ίο Vorzugsweise kann die an das lichtelektrische Element
gelangende Lichtmenge noch dadurch geregelt werden, daß mindestens eine der Ablenkflächen
zwecks Änderung ihrer wirksamen Oberfläche winkelmäßig einstellbar ist.
Zweckmäßig besteht das Ablenkelement aus einem um seine Achse drehbar gelagerten Stab, der zwei
abgeschrägte Endflächen aufweist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert und erklärt werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigt
F i g. 1 eine Längsschnittansicht eines Laserentfernungsmessers gemäß der Erfindung,
F i g. 2 eine Teilvorderansicht des in F i g. 1 gezeigten Laserentfernungsmessers,
F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des in F i g. 2 gezeigten Koppelelements.
Das in F i g. 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 mit einem Objektiv 4, ein Prismensystem 5 und ein Okular 6 befindet. Die Laser- und die Fernrohrachse
liegen parallel zueinander. In 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 Ausführungsbeispiel
einen Rubinstab 8 als aktives 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 ß-Schaltung 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 Dichroitoberfläche 14 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 gelangt in einen Fotovervielfacher 18. Während durch das
Okular 6 der ganze Bereich des Fernrohres 3 beobachtet werden kann, empfängt der Fotovervielfacher
18 nur die von einem kleinen Ziel in der Mitte dieses Bereichs reflektierte Laserstrahlung.
Um einen Start- oder Nullimpuls für die Zeitmessung abzuleiten, wird ein Teil der Strahlungsenergie
des Laserstrahls 11 direkt mit Hilfe des Stabes 19 auf den Fotovervielfacher 18 rückgekoppelt.
Der Stab 19 besteht aus einem Material, das für sind, daß der Reflektor im reflektierten Strahl etwas
von der durch den Reflektor im Laserstrahl abgeleiteten Strahlung empfängt. Mindestens einer von
diesen Reflektoren hat zerstreuende Eigenschaften, 5 oder ein getrenntes zerstreuendes Element, beispielsweise
Mattglas, ist in dem durch die Reflektoren gegebenen optischen Weg vorgesehen. Es kann auch
auf einen Reflektor im Laserstrahl verzichtet werden und dort ein zerstreuendes Element irgendeiner Art,
Laserstrahlung durchlässig ist. Sein eines Ende er- io beispielsweise ein Gitter, zusammen mit einem Spiegel
streckt sich in den Laserstrahl, während sich das im reflektierten Strahl vorgesehen sein, so daß etwas
andere Ende in den reflektierten Strahl 12 erstreckt. Die Befestigung des Stabes 19 erkennt man am besten
in Fig. 2, während Fig. 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 20 förmige Element statt gerade zu sein, auch gebogene
gewählten Lage. Endteile und Eingangs- und Ausgangsoberflächen
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 vorn streut, vermieden werden, da dies die Erkennung des Entfernungsmessers durch die feindlichen
Truppen erleichtern würde. Zum Schluß sei darauf hingewiesen, daß das beschriebene stab-
Beide Endoberflächen des Stabes 19 sind unter 45° zur Stabachse abgeschrägt (s. F i g. 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 Ausgangsoberfläche
wirkt zerstreuend, beispielsweise durch Anschleifen, so daß die diese Oberfläche erreichende
Strahlung in einem großen Raumwinkel gestreut wird, wie durch das Pfeilbündel in F i g. 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.
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 von der Laserstrahlung in den kleinen
Winkel fällt, aus dem das Objektiv 4 diese auf die Punktöffnung der Blende 17 bündelt. Die der Anzeigeeinrichtung
zugeleitete Energiemenge kann leicht den Erfordernissen der Anzeigeeinrichtung und der
zugehörigen Schaltung durch Drehung des Stabes 19 angepaßt werden. Dadurch wird der Winkel, unter
dem der Laserstrahl auf die Oberfläche 23 fällt, und damit die wirksame Fläche dieser Oberfläche verändert
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 ist.
Das gezeigte und beschriebene Gerät kann auf verschiedene Weisen abgeändert werden, ohne daß
seine vorteilhafte Arbeitsweise verlorengeht oder daß es nicht mehr unter die Erfindung fällt. Es ist beispielsweise
auch erfindungsgemäß, wenn im Laserstrahl und im reflektierten Strahl getrennte kleine
Reflektoren verwendet werden, die bezüglich der Strahlachsen unter einem solchen Winkel angeordnet
senkrecht zur Strahlachse haben kann, von denen mindestens eine lichtstreuende Eigenschaften haben
muß.
Claims (3)
1. Rückstrahlentfernungsmesser mit einem optischen Sender zur Aussendung eines gegen
das Ziel gerichteten Lichtsignals, einem ein Empfangsobjektiv und ein lichtelektrisches Element
aufweisenden optischen Empfänger für das vom Ziel reflektierte Lichtsignal sowie einer elektrischen
Vergleichsvorrichtung zum Herleiten der Zielentfernung aus den ausgesandten und reflektierten
Lichtsignalen, bei welchem ein Teil des ausgesandten Lichtsignals mittels eines in den
Sendestrahlengang und in den Empfangsstrahlengang ragenden optischen Ablenkelements zum
Empfangsobjektiv geleitet und von diesem dem lichtelektrischen Element des Empfängers zugeleitet
wird, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der optische Sender eine zum Abgeben impulsförmiger Lichtsignale
eingerichtete Laseranordnung (2) und der Empfänger eine dem kleinen Raumwinkel des
Laserstrahls entsprechend geöffnete Feldblende (17) aufweist und daß das optische Ablenkelement
(19) mindestens eine Ablenkfläche (23, 24) mit derart lichtzerstreuender Wirkung aufweist, daß
ein dem reflektierten Lichtimpuls entsprechend geschwächter Teillichtstrom des ausgesandten
Lichtimpulses durch die Feldblendenöffnung an das lichtelektrische Element (18) gelangt.
2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der
Ablenkflächen (23, 24) zwecks Änderung ihrer wirksamen Oberfläche winkelmäßig einstellbar ist.
3. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement
(19) ein um seine Achse drehbar gelagerter Stab ist, der zwei abgeschrägte Endflächen (23, 24)
aufweist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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