DE2326560A1

DE2326560A1 - Laser-telemeter

Info

Publication number: DE2326560A1
Application number: DE19732326560
Authority: DE
Inventors: Pierre Hermet; Rodolphe Laesser
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1972-05-30
Filing date: 1973-05-24
Publication date: 1973-12-13
Also published as: IT988776B; CH564200A5; FR2186659B1; JPS5536951B2; SE386746B; JPS4944768A; FR2186659A1; NO137298B; NO137298C; GB1394500A; BE799646A; NL7307614A; DE2326560C2

Description

CL/F/C < H MAI 1973

COMPAGtTIE GENERAIE D¹EEECTRICIOiE 54, rue La Boetie, 75008 PARIS, (Frankreich)

LASER-TEIiEMETER

Die Erfindung betrifft Laser-Telemeter, und insbesondere Laser-Telemeter mit einem lichtempfindlichen Empfänger, der als Fotodiode ausgebildet ist.

Es sind Laser-Telemeter bekannt, zu denen ein Lasergenerator gehört, mit dem ein Lichtimpuls in Richtung auf ein Ziel ausgesandt werden kann, und eine Fotodiode, mit der ein Echo dieses Impulses empfangen werden kann» Zu diesen TeIemetern gehört des weiteren eine Steuervorrichtung, mit der elektrische Rauschimpulse dieser Fotodiode aufgenommen werden können und die die negative Vorspannung dieser Fotodiode steuert und dadurch ihren Rauschpegel auf einer konstanten Höhe hält.

Wenn bei diesen Telemeter» mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden werden soll, dass die Messvorrichtung durch einen Rauschimpuls ausgelöst wird, ist es notwendig, den konstanten Rauschpegel auf einen zu niedrigen Wert einzu- .

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stellen, bei dem kein richtiges Arbeiten der Steuervorrichtung mehr gewährleistet ist.

Die Erfindung soll diesen Mangel beheben.

Gegenstand der Erfindung ist ein Laser-Telemeter mit:

- einem Lasergenerator, mit dem ein Lichtimpuls in Richtung auf ein Ziel ausgesandt werden kann,

- einem lichtempfindlichen Empfänger in Form einer Fotodiode zum Empfang eines Echos des Lichtimpulses,

- einer Schwellwertvorrichtung, zu der die ele-ktrischen Ausgangsimpulse der Fotodiode geleitet werden und die den Durchgang für elektrische Impulse, deren Pegel unter einer vorher bestimmten Schwelle liegt, blockiert und die übrigen durchlässt, .

- einer Messvorrichtung, die ausgelöst wird, wenn der Lichtimpuls ausgesandt wird, und die elektrische Impulse von der Schwellwertvorrichtung erhält, zum Messen des Ze it Intervalls zwischen dem Aussenden des Lichtimpulses und dem Empfang eines elektrischen, von der Schwellwertvorrichtung kommenden Impulses,

- einer Steuervorrichtung zum Empfang des Ausgangsrauschens der Fotodiode und zur Einstellung der negativen Vorspannung ("polarisation inverse en regime d * avalanche") dieser Fotodiode auf einen ersten Pegel, so dass dieses Rauschen auf einem konstanten Wert gehalten wird, wobei dieser erate Pegel das Arbeiten dieser Steuervorrichtung ermöglicht,

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- einer Vorrichtung zum vorübergehenden Senken des Vorspannungspegels der Fotodiode, wobei die Dauer dieses Senkens kleiner ist als die Ansprechzeit der Steuervorrichtung.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum'vorübergehenden Senken der Vorspannung dazu ausgerüstet ist, die Vorspannung während der Zeit zwischen dem Aussenden des Lichtimpulses und seinem Empfang auf der Fotodiode auf einem zweiten Pegel zu halten, der niedriger ist als der erste, aber ausreichend hoch, um zu gewährleisten, dass der Pegel des elektrischen Impulses, der von der Fotodiode beim Empfang des Echos abgegeben wird, über dem vorher festgelegten Schwellwert liegt, . - -

Die folgende Beschreibung an Hand der beiliegenden Zeichnung dient zum besseren Verständnis der Erfindung;

- Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Telemeters,

- Fig. 2 gibt einen Teil des in Fig. 1 dargestellten Telemeters im Detail wieder. . -

Fig. 1 stellt ein Laser-Telemeter dar, zu dem ein Lasergenerator 1 gehört, der einen Licht impuls 2 in Sichtung auf ein hier nicht gezeigtes Ziel aussendet, und ein lichtempfindlicher Empfänger 3 in Form einer Fotodiode, die ein Echo 4 des Impulses 2 auffangen kann.

Zu dem Telemeter gehören weiterhin eine Schwellwertvorrichtung 5, die vorzugsweise über einen Verstärker 6 die

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elektrischen Ausgangsimpulse des Empfängers 3 aufnimmt j die Vorrichtung 5 kann den Durchgang für elektrische Impulse, deren Pegel niedriger ist als ein vorher "bestimmter Schwellwert, "blockieren und die übrigen¹ durchlassen. Dieses Telemeter enthält darüber hinaus eine Messvorrichtung 7, die an die Schwellwertvorrichtung 5 und an den Generator 1 über beispielsweise den Verstärker 6 angeschlossen ist; die Vorrichtung 7 kann beispielsweise eine Uhr sein, mit der das Zeitintervall zwischen dem Aussenden des Impulses 2 und dem Empfang eines elektrischen Impulses aus der Vorrichtung 5 gemessen werden kann. Das Telemeter umfasst auch eine Steuervorrichtung, die das Ausgangsrauschen des Empfängers 3 aufnimmt und die negative Vorspannung des Empfängers 3 auf einen ersten Pegel einstellt, so dass der Wert dieses Rauschens konstant gehalten wirdj dabei ermöglicht dieser erste Pegel das Arbeiten der Steuervorrichtung. Sie kann zum Beispiel einen Detektor 8 enthalten, der mit dem Verstärker 6 verbunden ist und ein Dauersignal abgibt, das beispielsweise dem Scheitelwert der Rauschimpulse des Empfängers 3 entspricht. Dieser Detektor 8 ist an eine Vorrichtung 9 angeschlossen, mit der die negative Vorspannung des Empfängers 3 gesteuert wird und zu der ein Generator gehören kann, der ständig eine Referenzspannung abgibt, sowie ein Vergleicher und ein Verstärker. Zu diesem Telemeter gehört schliesslich no'ch eine Vorrichtung 10 zum vorrübergehenden Senken der negativen Vorspannung des Empfängers 3y wobei die Dauer dieses Senkens kürzer ist als die Ansprechzeit der Steuervorrichtung. Diese

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Vorrichtung 10 kann beispielsweise an die Vorrichtung 9 und an den Lasergenerator 1 angeschlossen seinj sie ist dazu ausgerüstet, die negative Vorspannung des Empfängers 3 während des Zeitraums zwischen dem Aussenden des Impulses 2 und dem Empfang seines Echos 4 auf dem Empfänger 3 auf einem zweiten Pegel zu halten* Dieser zweite Pegel ist niedriger als der erste, aber ausreichend hoch, um zu gewährleisten, dass der Pegel des vom Empfänger 3 beim Empfang des Echos 4 gelieferten und vom Verstärker 6 verstärkten elektrischen Impulses höher ist als der vorher festgelegte Schwellwert,

Das Telemeter gemäss Figo 1 arbeitet folgendermassen:

ΨβΏΆ der Lasergenerator 1 den Lichtimpuls 2 aussendet, wird die Messvorrichtung 7 in Gang gesetzt. Der umgekehrt' polarisierte Empfänger 3 liefert beim Empfang eines Echos 4 des Impulses 2 einen elektrischen Impuls. Die fotoelektrische Verstärkung des Empfängers 3 wächst mit seiner Vorspannung anj der Empfänger 3 sendet auch elektrische Rauschimpulse aus, deren Pegel ebenfalls schnell mit dew Wert der Vorspannung anwächst» Die Veränderungen der Verstärkung und des Rauschens des Empfängers 3 in Abhängigkeit von der Vorspannung hängen von der' Temperatur dieses Empfängers ab. Die Steuervorrichtung besitzt eine genügend lange Ansprechzeit, so dass sie auf sehr kurze Impulse, wie sie die Laser-Impulse darstellen,¹ nicht reagiert; sie nimmt' deshalb in erster Linie die Rauschimpulse des Empfängers 3 auf. Die Steuervorrichtung arbeitet ununterbrochen« Die ständig vorhandene Äusgängs-

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spannung der Vorrichtung 8 wird mit der Referenzspannung der Vorrichtung 9 verglichen» Die Vorspannung des Empfängers 3
wird entsprechend dem Wert des Fehlersignals aus dem Vergleicher der Vorrichtung 9 erhöht oder vermindert und durch
seinen Verstärker verstärkt, um den Pegel dieses Fehlersignals zu verringern«· Mit Hilfe dieser Steuervorrichtung wird die
Vorspannung des Empfängers 3 auf einen ersten Pegel so eingestellt, dass das Rauschen dieses Empfängers unabhängig von der Temperatur praktisch auf einem konstanten Wert bleibt,
der der Referenzspannung entspricht. Die Erfahrung zeigt, dass der konstante Rauschpegel genügend hoch sein muss, um das
richtige Arbeiten der Steuervorrichtung, vor allem des Detektors 8, zu gewährleisten. Dieser ziemlich hohe Rauschpegel
kann nach seiner Verstärkung den Schwellwert der Vorrichtung 5 Überschreiten.

Die Vorrichtung 10 senkt den Pegel der Vorspannung vorübergehend auf einen zweiten Pegel, der niedriger ist als der erste und tief, genug liegt, .um mit hoher Wahrscheinlichkeit auszuschliessen, dass ein Rauschimpuls den vorher festgelegten Schwellwert Überschreitet. Jedoch ist der zweite
Pegel genügend hoch, damit der Pegel des vom Empfänger 3
gelieferten elektrischen Impulses über dem vorher bestimmten Schwellwert liegt. Das vorübergehende Senken der Vorspannung setzt ein mit dem Aussenden des Laserimpulses, und seine Dauer entspricht z.B. der maximalen Reichweite des Telemeters· Die Dauer ist natürlich kürzer als die Ansprechzeit der Steuervorrichtung, so dass deren -Funktionieren nicht gestört wird,

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Unter diesen Bedingungen ist mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen, dass ein Rauschimpuls nach Verstärkung den vorher festgelegten Schwellwert der Vorrichtung 5 überschreitet. Der vom Empfänger 3 beim Auffangen des Echos 4 gelieferte elektrische Impuls wird vom Verstärker 6 verstärkt und unterbricht den Messvorgang in der ■ Vorrichtung 7. Dei· gemessene Zeitabstand zwischen dem Aussenden des Impulses 3 und dem Auffangen des Echos 4 ist proportional zu der Entfernung des Telemeters zum Ziel.

Pig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 zum Vorübergehenden Senken der Vorspannung.

Gemäss Fig. 2 wird ein lichtempfindlicher Empfänger 3, der von einer Fotodidde gebildet wird, durch eine Potentialdifferenz zwischen einer Klemme 11, die mit der Kathode des Empfängers 3 verbunden ist, und einer Klemme 12, die mit der Anode dieses Empfängers über einen Polarisationswiderstand verbunden ist, negativ vorgespannt. ,

Die Kathode des Empfängers 3 ist an eine Klemme 14 angeschlossen, die mit dem in Fig. 1 gezeigten Verstärker 6 über beispielsweise einen Kondensator 15 verbunden ist.

Die Vorrichtung zum verübergehenden Senken der Vorspannung besteht aus einer monostabilen Kippstufe 16, die über eine Klemme 17 beispielsweise mit der Vorrichtung verbunden ist, die den Lichtimpuls des Lasergenerators auslast, und aus einem Kondensator 18, dessen Klemmen mit der Kipp-

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stufe 16 verbunden sind und der parallel zum Widerstand 13 geschaltet ist. Die Auslösung eines Leserimpulses bringt die Kippstufe 16 aus dem Gleichgewicht und bewirkt das Aufladen des Kondensators·auf eine-Spannung, die der Vorspannung des Empfängers 3 entgegengesetzt ist. Die Kippstufe nimmt ihren G-leichgewicht.jzustand nach einer Zeit wieder ein, die der maximalen Reichweite des Telemeters entspricht.

In einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen !Telemeters kann die Vorrichtung zum vorübergehenden Senken der Varspannung dazu ausgerüstet sein, aufeinanderfolgend die Vorspannung auf zwei verschiedene Pegel zu senken. Dabei wird die Vorspannung zunächst während eines Teils des ZeitIntervalls, das der Reichweite des Telemeters entspricht, auf einen dritten Pegel gesenkt, der unter dem zweiten Pegel liegt. Der dritte Pegel liegt genügend tief, um zu gewährleisten, dass nach Verstärkung der Pegel der Ausgangsimpulse des Empfängers 3 unter dem vorbestimmten Schwellwert der Vorrichtung 5 bleibt. Daraufhin wird die Vorspannung allmählich auf das zweite, höhere Niveau gebracht und hier während des restlichen ZeitIntervalls gehalten. Unter diesen Bedingungen wird vermieden, dass ein St'örecho von Lichtimpulsen, das beispielsweise durch die Rückstreuung des Laserimpulses durch eine Nebelwand in der Nähe des Lasergenerators hervorgerufen wird, die Arbeit der Messvorrichtung 7 unterbricht»

Die Vorrichtung zum vorübergehenden Senken der 309850/0914

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Vorspannung enthält in diesem Fall zusätzlich zur in Fig. 2 dargestellten Kippstufe 16 eine zweite Kippstufe, die ebenfalls im Moment des Aussendens des Laserimpulses aus dem Gleichgewicht gebracht wird und das Laden des Kondensators 18 auf eine Spannung hervorruft, die genügend hoch ist, um die Vorspannung auf den dritten Pegel senken zu kennen.

Wie beschrieben bietet das erfindungsgemässe Lasertelemeter den Vorteil, mit einer Steuervorrichtung für die Vorspannung des Empfängers ausgestattet zu sein, die das Rauschen dieses Empfängers auf einem genügend, hohen Pegel hält, um das Arbeiten dieser Steuervorrichtung zu gewährleisten, so dass bei diesem Telemeter mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden ist, dass die Zeitmessvorrichtung mi* einem Rauschimpuls ausgelöst wird.

-Patentansprüche-

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

π./ Lasertelemeter bestehend aus;

- einem Laser gene rat or, mit dem ein Licht impuls in Richtung auf ein Ziel ausgesandt werden kann, -

- einem lichtempfindlichen Empfänger in Form einer Fotodiode zum Empfang eines Echos des Lichtimpulses,

- einer Schwellwertvorrichtung, die elektrische Ausgangsimpulse der Fotodiode erhält und die den Durchgang für elektrische Impulse, deren Pegel unter einem vorher be summt en Schwellwert liegt, blockiert und die übrigen durchlässt,

- einer Messvorrichtung, die beim Aussenden des Lichtimpulses ausgelöst wird und die elektrische Impulse von der Schwellwertvorrichtung erhält, zum Messen des Zeitintervalls zwischen dem Aussenden des Lichtimpulses und dem Empfang eines elektrischen Impulses aus dieser Schwellwertvorrichtung,

- einer Steuervorrichtung, die das Aus gangs rau sehen der Fotodiode empfängt und die negative Vorspannung dieser Fotodiode auf einen ersten Pegel einstellt, um das Rauschen auf einem konstanten Wert zu halten, wobei dieser erste Pegel das" Arbeiten der Steuervorrichtung ermöglicht,

- einer Vorrichtung zum vorübergehenden Senken des Vorspannungspegels der Fotodiode, wobei die Dauer des Senkens kürzer ist als die Ansprechzeit der Steuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zum

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vorübergehenden Senken der Vorspannung dazu ausgerüstet dst, die Vorspannung während der Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Lichtimpulses und seinem Empfang auf der Fotodiode (3) auf einem zweiten Pegel zu halten, der unter dem ersten liegt, aber genügend hoch ist, um zu gewährleisten, dass der Pegel des • elektrischen, aus der Fotodiode (3) stammenden Impulses "beim Empfang des Echos über dem vorher festgelegten Schwellwert liegt.

'2. Telemeter gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zum vorübergehenden Senken der Vorspannung darüber hinaus dazu ausgerüstet ist, während eines Teils des ZextIntervalls die Vorspannung auf einen dritten Pegel zu senken, der unter dem zweiten liegt und genügend tief ist, um zu gewahrleisten, dass der Pegel der Ausgangsimpulse der Fotodiode (3) unter dem vorgegebenen Schwellwert liegt.

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