DE3329588C1 - Arbeitsverfahren einer aus Lasersender und Wärmebildgerät kombinierten Geräteanordnung sowie eine Vorrichtung hierzu - Google Patents

Description

• Es zeigt F i g. 1 drei alternative Möglichkeiten die Winkelbe- wegung des Abtastspiegels zu kompensieren - einfachheitshalber in ein und dieselbe Prinzipskizze eingezeichnet, F i g. 2 den Umlenkspiegel gemäß F i g. 1 in seinen beiden Extremstellungen - für sich herausgezeichnet, F i g. 3 einen Drehkeil gemäß F i g. 1 mit seiner Lagerung - in Seitenansicht für sich herausgezeichnet und Fig.4 ein Beispiel des Impulsablaufs eines Entfernungsmeßvorgangs bei elektromechanischer Betätigung des Synchronisationsmittels.
• In F i g. list zunächst schematisch ein Teil einer optronischen Visiereinrichtung mit einem Wärmebildzielgerät und einem Laserentfernungsmesser dargestellt, bei der der kombinierte Wärmebild/Laser-Empfangskanal 9 mit dem über seine optische Achse 12 nur andeutungsweise wiedergegebenen Lasersender so gekoppelt ist, daß die optische Achse bzw. Visierlinie 11 des Empfangskanals und die optische Achse 12 des Lasersenders zueinander parallel verlaufen. Derjenige Anteil der ausgesandten Laserstrahlung, der vom Ziel in Richtung Empfangskanal reflektiert wird, durchtritt zusammen mit der Ziel- und Umgebungseigenstrahlung diesen Kanal und wird als paralleles Strahlenbündel mittels des in Ruhestellung unter 45" zum Strahlengang angeordneten Abtastspiegels 8 auf einen zeichnerisch nicht dargestellten Detektor gelenkt. Letzterer wandelt die Strahlung optoelektronisch um und macht sie in Form von Spannungssignalen auf einer gleichfalls nicht dargestellten Leuchtdiodenanordnung sichtbar. Insoweit handelt es sich um bekannten Stand der Technik.
• Es soll nun die beim Entfernungsmeßvorgang nicht erwünschte Winkelbewegung des Abtastspiegels 8 kompensiert werden. Hierzu wird der abgabeseitig zwischen den beiden Gliedern des dem Spiegel optisch nachgeschalteten, abgewinkelten Detektorobjektivs 10 vorgesehene Umlenkspiegel 1 in der Achse 1', die parallel zu derjenigen des Abtastspiegels verläuft, verschwenkbar gelagert. Über den Piezoantrieb 5 und die zugehörige Ansteuerelektronik 6 wird die die Bewegung des Abtastspiegels kompensierende Bewegung des Umlenkspiegels erzielt. Dies bedeutet, daß der Abtastspiegel während der Entfernungsmessung in seiner optischen Wirkung stillsteht.
• Um den vorbeschriebenen Vorgang zu ermöglichen, muß mit Hilfe des in F i g. 1 lediglich angedeuteten Lasersenders 12 bzw. einer ihm zugeordneten Logik ein zeitliches Tor (F i g. 4) gesetzt werden, das breiter als ein Durchgang des Abtastspiegels 8 (Fig. 1) ist. Dieses Tor wird sodann mit dem Signal eines die jeweilige Position des Abtastspiegels erfassenden und aus F i g. 1 ersichtlichen Positionssensors 7 verknüpft, wobei der Sensor vorzugsweise an der Rückseite des Abtastspiegels dessen Bewegungen abgreift. Sofern der Abtastspiegel eine definierte Null-Lage passiert, wird der Kompensationsvorgang ausgelöst, das heißt der Umlenkspiegel 1 wird um einen definierten Betrag dergestalt verstellt, daß seine Bewegungen zu denjenigen des Abtastspiegels synchron verlaufen. Eine Bewegung des Umlenkspiegels ist in Fig. 2 mit ihren jeweiligen Endlagen, der Position 1 (ausgezogene Linienführung) und der Position 2 (strichpunktierte Linienführung) dargestellt, während aus Fig.4 die Überlagerung der Schwingamplituden von Umlenk- und Abtastspiegel hervorgeht.
• Im einzelnen sei bei der beispielsweise Impulsablauf eines Entfernungsmeßvorgangs bei elektromechanischer Betätigung des Synchronisationsmittels an Hand der Impulsdiagramme A bis Fvon F i g. 4 erläutert: A: Hier ist der Synchronisierungsimpuls bei den Nulldurchgängen des Abtastspiegels dargestellt.
• B: Dicser Impuls wird durch Betätigen einer Entfernungsmeßtaste ausgelöst.
• C: Der allc nachfolgenden Funktionen triggernde Auslöseimpuls wird gesetzt, wenn A und B logisch EINS oder logisch gleichwertig sind.
• D: Der Freigabe- oder Entriegelungsimpuls für mindestens eine halbe Periode wird gesetzt.
• E: Der Aktivierungsimpuls für das Synchronisationsmittel wird mit einer Zeitverschiebung zelt2, die die Meßträgheit des Synchronisationsmittels und die Beschleunigung desselben berücksichtigt, erzeugt.
• F: Der nächste auf den Ablauf der vorbeschriebenen Vorgänge folgende Synchronisierungsimpuls (A), der mit einer Vorhaltezeit von set, zur tatsächlichen Null-Lage des Abtastsystems erzeugt wird, löst durch logische Verknüpfung mit dem Freigabe-oder Entriegelungsimpuls (D) den Laserimpuls aus.
• Der Laser-Auslöseimpuls wurde hierbei aus Gründen einer besseren Übersicht weggelassen. Z ist hierbei derart dimensioniert, daß der Laserimpuls exakt zum Zeitpunkt des tatsächlichen Nulldurchgangs (oder der optischen Null-Lage) das Gerät verläßt. Zu diesem Zeitpunkt hat der Aktivierungsimpuls (E) durch Verschwenken des Synchronisationsmittels die tatsächliche Bewegung praktisch kompensiert. Dies bedeutet, daß während der Entfernungsmeßzeit von max. 100 usec der Abtastspiegel quasi stillsteht Durch einen ebenfalls von dem Laserimpuls ausgelösten Synchronisationsimpuls wird über die Zeitverzögerung At4 der Aktivierungsimpuls (E) für das Synchronisationsmittel zurückgesetzt und über die Zeitverschiebung At5 der Freigabe- oder Entriegelungsimpuls ebenfalls wieder zurückgesetzt und das Synchronisationsmittel mit einer systemeigenen Zeitkonstante At6 wieder in die für den Wärmebildbetrieb notwendige Grundstellung zurückgeführt und verriegelt. Die Zeitverschiebung zwischen Synchronisations- und Laserimpuls ist mitte bezeichnet.
• In F i g. 1 sind sodann noch zwei weitere Versionen mit strichpunktierter Linienführung eingezeichnet, sofern z. B. der meist bereits vorhandene Umlenkspiegel vom Hersteller nicht verschwenkbar ausgebildet wurde.
• In einem solchen Nachrüstfall oder auch von vornherein kann die Kompensation entweder mittels eines Drehkeilpaares 2,3 erfolgen, dessen eine Hälfte zwischen der Empfangsoptik 9 und dem Abtastspiegel 8 und dessen andere Hälfte zwischen dem Abtastspiegel 8 und dem Detektorobjektiv 10 angeordnet ist. Der zwischen der Empfangsoptik und dem Spiegel vorgesehene Keil sowie seine Lagerung und Drehrichtungsangabe sind hierbei in F i g. 3 in Seitenansicht nochmals für sich herausgezeichnet. Die andere Version sieht sodann vor, daß Umlenkspiegel 1 und Drehkeilpaar 2, 3 durch eine dem Detektorobjektiv nachgeschaltete Planplatte 4 ersetzt sind. Auch die beiden zuletzt genannten Synchronisationsmittel lassen sich über einen Piezoantrieb sowie eine zugehörige Ansteuerelektronik betätigen.
• Bei einem anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die Synchronisationsbewegung für die empfangene Strahlung auf elektro- oder akustooptische Weise, z. B. durch Ablenkung der Strahlung, herbeizuführen.
• Alle diese Synchronisationsmaßnahmen machen es erforderlich, daß die optische Achse 11 des Empfangskanals verriegelt werden kann. Bei Verwendung von elektromechanischen Synchronisationsmitteln kann dies z. B. durch eine elektromagnetische und bei elektrooptischen Synchronisationsmitteln z. B. durch eine Klemmschaltung erfolgen.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Arbeitsverfahren einer aus Lasersender und Wärmebildgerät kombinierten G eräteanordnung mit zueinander parallel ausgerichteten optischen Achsen und einem gemeinsamen Wärmebild/Laser-Empfangskanal, der in Strahlendurchtrittsrichtung empfangsseitig aus einem IR-Teleskop sowie einem in Ruhestellung unter 45" angeordneten Abtastelement, aus einem Detektorobjektiv; einem Detektor sowie einer entsprechenden Leuchtdiode besteht, auf der die empfangene Strahlung nach optoelektronischer Umwandlung sichtbar gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelbewegung des Abtastelements (8) für die Zeit des Entfernungsmeßvorgangs mit Hilfe von empfangseitig und/oder abgabeseitig vorgesehenen antreibbaren (elektro-) optischen, (elektro-) mechanischen oder akustooptischen Synchronisationsmitteln (1; 2; 3; 4) kompensiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationsmittel elektromagnetisch oder piezoelektrisch angetrieben werden oder die Synchronisationsbewegung der empfangenen Strahlung durch elektro- oder akustooptische Hilfsmittel entsprechend abgelenkt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (11) bei elektromechanischen Synchronisationsmitteln - z. B.

   durch eine elektromagnetische Vorrichtung - und bei elektrooptischen Synchronisationsmitteln -z. B. durch eine Klemmschaltung - verriegelt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) mittels einer dem Laserentfernungsmesser (12) zugeordneten Logik ein zeitliches Tor gesetzt wird, das breiter als ein Durchgang des Abtastelements ist, b) dieses Tor mit dem Signal eines die jeweilige Position des Abtastelements (8) erfassenden Positionssensor (7) verknpüft wird und c) beim Passieren einer definierten Null-Lage durch das Abtastelement (8) der Kompensationsvorgang ausgelöst wird, d. h. das Synchronisationsmittel (1; 2; 3; 4) um einen definierten Betrag dergestalt verstellt wird, daß die Bewegungen von Abtastelement und Synchronisationsmittel synchron verlaufen.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Synchronisationsmittel aus einem zwischen der Empfangsoptik (9) sowie dem Abtastelement (8) und/oder zwischen dem Abtastelement (8) sowie dem Detektor vorgesehenen antreibbaren Drehkeil (2 bzw. 3) bestehen.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Synchronisationsmittel aus einem zwischen dem Abtastelement (8) und dem Detektor angeordneten Umlenkspiegel (1) oder einer Planplatte (4) bestehen.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Umlenkspiegel (1) zwischen dem rechtwinkelig abgewinkelten Detektorobjektiv (10) angeordnet ist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Umlenkspiegel (1), Drehkeile (2; 3) und Planplatte (4) über den Piezoantrieb (5) mit zugehöriger Ansteuerelektronik (6) betätigt werden.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastelement (8) ein Polygonalrad Verwendung findet
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Positionssensor (7) ein die Bewegung des Spiegels über seine Rückseite abtastender Detektor mit vorgeschalteter Optik Verwendung findet.

    Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren einer aus Lasersender und Wärmebildgerät kombinierten Geräteanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

    Aus der DE-PS 30 48 809 und der DE-OS 31 04318 sind gattungsgleiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt. In der deutschen Patentanmeldung P 32 09 209.1 ist sodann behandelt, wie vor dem Abtastelement einer solchen kombinierten Geräteanordnung die schmalbandige CO2-Strahlung von 10,6 um abgespiegelt und über ein entsprechend ausgebildetes Detektorobjektiv auf wenigstens ein Detektorelement des Wärmebildgerätes fokussiert wird. Damit erreicht man, daß die CO2-Strahlung - obgleich sie mittels des Wärmebild-Detektors empfangen wird - nicht über den seine Lage ständig verändernden Abtastspiegel geführt werden muß, anderenfalls die Winkelbewegung des Spiegels während des Entfernungsmeßvorgangs berücksichtigt werden müßte. Eine Folge hiervon wäre, daß beim Auslösen des Sendeimpulses eine bestimmte sich aus der mittleren Entfernung mal Lichtgeschwindigkeit mal zwei zusammensetzende Zeitspanne in den Empfangsmeßvorgang eingeht und das Detektorelement des Wärmebildgerätes über diesen Zeitraum ein Sehfeld von > ein Detektorsehfeld besitzt. Dies wiederum bedeutet, daß innerhalb dieses Sehfeldes liegende Störziele gesehen bzw.

    angemessen werden können, was eine Erhöhung der Fehlalarmrate sowie eine Reduzierung der erforderlichen Tiefenauflösung und - ganz allgemein ausgedrückt - eine Verschlechterung der Systemdaten nach sich ziehen würde.

    Die Aufgabe der Erfindung wird in der Schaffung einer Möglichkeit gesehen, die Winkelbewegung des Abtastspiegels bei solchen gattungsgleichen Geräten zu eliminieren, bei denen aus irgendwelchen z. B. konstruktiven Gründen eine Abspiegelung der CO2-Strahlung vor der Abtasteinheit nicht möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsggemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

    Im folgenden werden an Hand einer Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile die gleichen Bezugszahlen aufweisen.