DE3219452C2 - Dynamik-Steuerungsanordnung für ein Entfernungsmeßgerät - Google Patents

Abstract

Bei einem Meßgerät zur Ermittlung der Entfernung eines Zielgegenstandes aus der Laufzeit eines Meßlichtimpulses, der zum Zielgegenstand emittiert, dort reflektiert und vom Meßgerät empfangen wird, ist es zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit erforderlich, die Intensität des Meßlichtimpulses an die Entfernung und Reflektivität des Zielgegenstandes sowie an die Transparenz des zwischen dem Zielgegenstand und dem Meßgerät liegenden Mediums anzupassen, was durch eine optische Dämpfung des zunächst mit möglichst hoher Intensität erzeugten Meßlichtimpulses geschieht. Erfindungsgemäß kann diese optische Dämpfung bei Entfernungsmeßgeräten, die einen Lichtweg-Umschalter (10) besitzen, um einen vom Sender (1) erzeugten Lichtimpuls entweder in einen Sende-Meßlichtweg (15) oder in einen Referenzlichtweg (11) einzuspeisen, dadurch erfolgen, daß die Zeitpunkte, in denen der Sender (1) jeweils einen Lichtimpuls emittiert, in Abhängigkeit von der Bewegung des Lichtweg-Umschalters (10) so gesteuert werden, daß nur ein gewünschter Teil der vom Sender (1) in einem Lichtimpuls abgegebenen Lichtmenge zum Empfänger (23) gelangt.

Description

der Lichtwege Im Augenblick des Durchgangs eines Lichtlmpulsts durch die Trennstelle arbeitenden Anordnung besteht darin, daß sich mit Ihr Innerhalb weiter Grenzen eine kontinuierliche Dämpfung durchführen läßt. Schwierigkeiten gibt es hier allerr'.r.igs dann, wenn der Lichtimpuls eine räumllchzeiillche Dispersion besitzt, well dann der zeitliche Schwerpunkt des weitergeleiteten Teils eines Lichtimpulses gegen den zeitlichen Schwerpunkt des ungeteilten Lichtimpulses In Abhängigkeit vom gewählten Dämpfungsgrad In unterschiedlicher Welse verschoben sein kann, was sich unmittelbar auf die zur Entfernungsbestimmung durchzuführende Laufzeltmessung auswirkt.

b) Dieses letztgenannte Problem kann dadurch gelöst werden, daß man für den Meßlichtweg und/oder für der· Refer£riz!!ch*"'e° mehrere funktion» zueinander parallele Einspelsungs-Abschnltte vorsieht, die dann Im weiteren Verlauf wieder zu einem einzigen Meß- oder Referenzlichtweg zusammengeführt werden und von denen jeder eine Dämpfungsvorrichtung mit einem festen Dämpfungsfaktor umfaßt, der sich jeweils von den Dämpfungsfaktoren In den anderen Abschnitten unterscheidet. Somit läßt sich eine gewünschte Dämpfung dadurch erzielen, daß der gesamte Lichtimpuls mit Hilfe des Llchtweg-Umschalters jeweils in denjenigen Elnspelsungsabschnltt gelenkt wird. In dem ein diese Dämpfung 'jewlrkendes Filter oder dergleichen angeordnet ist. Auf diese Welse läßt sich zwar die Dämpfung nur stufenweise verändern, doch führt das zu keinen besonderen Problemen, da zumindest der photoelektrische Empfänger immer einen gewissen Amplitudenbereich verarbeiten kann und die Dämpfungsfaktoren der verschiedenen Dämpfungseinrichtungen so aufeinander abgestimmt werden können, daß das Produkt aus dem jeweils kleineren Dämpfungsfaktor und aus der Dynamik des Empfängers etwas größer als der nächst größere Dämpfungsfaktor Ist, so daß sich ein geringfügig überlappender Anschluß der einzelnen Dämpfungsbereiche zu einem lückenlosen Gesamt-Dämpfungsberelch ergibt. 1st darüber hinaus auch noch die Senderleistung veränderbar, so kann der dadurch zur Verfügung stehende Dynamikfaktor ebenfalls In dieses Produkt mit herelngenommen werden, so daß sich entsprechend größere Unterschiede zwischen den Dämpfungsfaktoren der einzelnen Filter und, bei gleichbleibendem Gesamt-Dämpfungsberelch, eine geringere Anzahl von Filtern ergibt. In den Fällen, in denen dies die Struktur der Licht-Impulse erlaubt, kann erfindungsgemäß auch hier noch zusätzlich mit Teilüberdeckung der Lichtwege gearbeitet werden, wodurch sich die Zahl der funktional zueinander parallelen Lichtwegabschnitte und damit auch der erforderlichen Dämpfungseinrichtungen verringern läßt.

c) Eine besonders bevorzugte und vorteilhafte Variante kombiniert Teile der Varianten a) und b) In der Weise; daß nicht mehrere zueinander parallele Elnspelsungsabschnitte für den jeweiligen Lichtweg erforderlich sind und dennoch nicht mit einer TeIlüberdeckung der Lichtwege gearbeitet werden muß. Dies geschieht dadurch, daß durch die permanente periodische Bewegung des Lichtweg-Umschalters in den Lichtweg, in dem die Lichtimpulse gedämpft werden sollen, laufend Dämpfungselemente, beispielsweise Filter mit unterschiedlichen Dämpfungsfaktoren gebracht und die Lichtimpulse so erzeugt werden, daß sie zu dem Zeitpunkt am Lichtweg-Umschalter ankommen, In welchem Ihnen das gewünschte Dämpfungselement angeboten wird.
Auch hler kann man noch zusätzlich mit Tellüberdeckung von Lichtwegen arbeiten. Will man das nicht, so Ist ebenfalls nur eine stufenweise Änderung der Dämpfungsfaktoren möglich. Aus den bereits unter b) genannten Gründen entstehen hierdurch jedoch keine besonderen Schwierigkelten.

Bei allen drei Varianten Ist es prinzipiell möglich, die Dämpfung der Meßlichtimpulse entweder vor Ihrer Aussendung zum oder nach Ihrer Rückkehr vom Zielgegenstand durchzuführen. Der letztere Fall wird bevorzugt, well hierbei auch das vom Zielgegenstand bzw. seiner Umgebung !n d?n Fmnfangslichtweg gelenkte Umweltlicht In derselben Welse wie das Meßlicht gedämpft wird und somit Fehler, die durch unterschiedliches Umweltlicht In der Avalanche-Dlode auftreten, eliminiert werden, und gleichzeitig aber das Slgnal/Rausch-Verhältnls wesentlich verbessert wird. Um diese Dämpfung auf der Empfangsseite zu realisieren Ist es lediglich erforderlich, den Llchtweg-Umschalter und den Empfangslichtweg In ihrer baulichen Ausgestaltung so aufeinander abzustimmen, daß nicht nur das Sendelicht sondern auch das Empfangslicht auf den Llchtweg-Umschalter auftrifft und von diesem zum Empfänger weltergeleitet wird.

Eine erfindungsgemäß zur Verwirklichung der Variante c) als Lichtwegumschalter vorgesehene rotierende Scheibe weist vorzugsweise einerseits eine Vielzahl von Öffnungen, die das vom Sender kommende Licht geradlinig und ohne Teilüberdeckung als Meßlicht durchlassen, und, mit demselben radialen Abstand von der Drehachse, eine Vielzahl von Spiegeln auf, von denen jeder geeignet 1st, das vom Sender kommende Licht In den Referenzlichtweg umzulenken. Andererseits besitzt die Scheibe mit einem anderen radialen Abstand von der Drehachse eine weitere Vielzahl von Öffnungen, die sich durch den Weg des vom Zielgegenstand zurückkommenden Meßlichtes hindurchbewegen und die die verschiedenen Dämpfungswerte liefernden Filter enthalten. Es sind sowohl die das Sendelicht durchlassenden Öffnungen als auch die Spiegel und die das Referenzlicht durchlassenden Öffnungen jeweils zu gleich großen Gruppen zusammengefaßt, wobei In einer Gruppe der Empfangsllchtöffnungen Immer alle vorhandenen unterschiedlichen Dämpfungswerte vertreten sind. Jeder Gruppe von Sendelichtöffnungen und jeder Gruppe von Spiegeln Ist eins Gruppe von Empfangslichtöffnungen in der Weise zugeordnet, daß ein durch eine bestimmte Sendellchtöffnung austretender Meßllchtimpuls bei seiner Rückkehr vom Zielgegenstand eine bestimmte Empfangsllchtöffnung durchläuft, bzw. daß beim Eintreffen eines von einem bestimmten Spiegel reflektierten Referenzllchtlmpulses am Empfänger dort gleichzeitig das durch eine bestimmte Empfangslichtöffnung hindurchgetretene Umgebungslicht auftrifft. Dadurch kann einerseits durch die Auswahl der »richtigen« Sendelichtöffnung für einen Meßlichtimpuls bereits die gewünschte Dämpfung festgelegt und andererseits durch »richtige« Auswahl des Spiegels für den zugehörigen Referenzlichtimpuls dafür gesorgt werden, daß die Lichtverhältnisse am Empfänger für beide Impulse einander möglichst gleichen, wobei vorausgesetzt ist, daß durch eine im Referenzlichtweg angeordnete Dämpfungseinrichtung, die ein unveränderliches Dämpfungselement und einen steuerbaren optl-

sehen Dampfer umfaßt, die Amplitude des Referenzllchtlmpulses möglichst weitgehend an die des am Empfänger eintreffenden Meßlichtimpulses angeglichen Ist.

Ordnet man die oben erwähnten Gruppen von Sendellchtöffnungen und Spiegeln bzw. zugehörigen Emp- S fangsllchtöffnuneen auf der Scheibe so alternierend an, daß In den Empfangsllchtöffnungen die verschiedenen Filter, die In gleicher Welse In jeder Gruppe vorhanden sind. In jeder Gruppe auch die gleiche Reihenfolge besitzen, so läßt sich, nachdem durch Versuchsmessungen to die richtige Dämpfung gefunden Ist, zur Gewinnung mehrerer Einzelmeßwerte sowohl für die Meßlicht-Laufzelt als auch die Referenzlicht-Laufzelt, aus denen dann zur Erzielung eines einzigen besonders genauen Entfernungsmeßwertes vor oder nach der Subtraktion Mittelwerte gebildet werden, die ganze Anordnung streng periodisch so betreiben, daß mit genau gleichen Zeltabständen am Empfänger immer alternierend ein Meßllchtlmpuls und ein Referenzlichtimpuls empfangen werden.

Die diese Impulse weiterverarbeitenden Analogschaltungen weisen, wie alle Analogschaltungen, die Eigenschaft auf, daß die Größe des von Ihnen auf das zu verarbeitende Meßsignal aufgeprägten Fehlers vom Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden gleichartigen Signalverarbeitungsvorgängen abhängt. Durch die Perlodlzltät der Ansteuerung wird nun erfindungsgemäß erreicht, daß diese Fehler mit derselben Größe In die Laufzeitwerte sowohl der Meßlichtimpulse als auch der zugehörigen Referenzlichtimpulse eingehen und sich somit bei der nachfolgenden Differenzbildung herausheben.

Darüber hinaus findet In der Zeltmeßvorrichtung eines hler in Rede stehenden Entfernungsmeßgerätes im allgemeinen ein Zeübasissigna! Verwendung, das an den verschiedensten Stellen zum Einsatz kommt und daher unvermeldllcherwelse auf praktisch allen Leitungen als, wenn auch sehr kleines, periodisch schwankendes Störsignal vorhanden 1st.

Betreibt man nun die Anordnung nicht mit einer belleblgen Perlodlzltät. sondern mit einer Folgefrequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Zeltbasissignals beträgt, so gehen auch die durch das Zeltbaslsslgnal verursachten Störspannungen in die Analogsignale mit gleicher Amplitude ein und fallen daher bei den nachfolgenden Differenzbildungen wieder heraus, und der Zeitmeßvorgang wird vereinfacht.

Wird für das Zeltbasissignal eine genügend hohe Frequenz, beispielsweise 15 MHz gewählt, so läßt sich der oben beschriebene periodische Betrieb ohne weiteres unter Erfüllung der Bedingung durchführen, daß die Lichtirnpulse die Öffnungen der rotierenden Scheibe bei voller Überdeckung mit den vorausgehenden und nachfolgenden Strahlengängen durchlaufen sollen.

Wird ein solches Entfernungsmeßgerät aus einer Batterie mit Strom versorgt, so ergibt sich ein Problem daraus, daß die verschiedenen im Gerät benötigten Spannungen mit Hilfe eines Zerhackers erzeugt werden müssen, dessen Flanken dann, wenn sie mit der Erzeugung eines eine Laufzeltmessung startenden oder beendenden Signals zusammenfallen, eine exakte Messung unmöglich machen.

Um diese Fehlerquelle zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den Trigger-Generator zeitlich so zu steuern, üaß die Lichtimpulse nicht nur zu den für die gewünschte Dämpfung richtigen Zeltpunkten auf den Lichtwegumschalter auftreffen, sondern auch so, daß überdies Beginn und Ende der Signal-Laufzeltmessungen In Zeiträume fallen.

in denen keine durch Zerhacker-Flanken bedingte Störungen auftreten.

Will man das Entfernungsmeßgerät nun zur Erzielung einer besonders hohen Meßgenauigkeit in der oben beschriebenen Welse periodisch und synchron mit dem Zeitbasissignal betreiben, so läßt sich diese Bedingung nicht mehr realisieren. In diesem Fall Ist es erfindungsgemäß vorgesehen. In den Zelträumen, In die Beginn oder Ende einer Laufzeitmessung fallen, den Zerhacker auszutasten, d. h. seine Schwingungen kurzfristig zu unterdrücken und stattdessen die Stromversorgung aus einem Pufferkondensator zu speisen. Da es sich dabei auch bei großen Entfernungen nur um Zelträume In der Größenordnung von 60 bis 70 ns handelt. Ist dies ohne großen technischen Aufwand möglich.

Die Erfindung wird Im folgenden anhand von Ausführungsbelsplelen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Flg. 1 eine schematische Blockdarstellung eines Entfernungsmeßgerätes, bei dem gemäß der Erfindung die Dynamik-Steuerung mit Hilfe einer In den Sendc- und Empfangs-Lichtwegen angeordneten optischen Schalt- und Dämpfungseinheit durchführbar Ist,

Flg. 2 die schematische Darstellung einer ersten Auslührungsform für eine optische Schalt- und Dämpfungseinheit gemäß Flg. I,

Flg. 3 eine zweite, besonders bevorzugte Ausführungsform für eine optische Schalt- und Dämpfungseinheit gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 eine Frontansicht der In Fig. 3 geschnitten dargestellten Dämpfungsscheibe.

Wie In Fig. 1 wiedergegeben, besitzt ein nach dem Prinzip der Llchtimpuls-Laufzeltmessung arbeitendes Entfernungsmeßgerät einen Sender 1, der beispielsweise eine Laser-Sendedioue und eine diese Sendediode mit Energie versorgende Schallungsanordnung umfassen kann, die im wesentlichen aus einem »langsam« aufladbaren Energiespeicher In Form einer Kapazität und einem steuerbaren elektronischen Schalter besieht, der dazu dient, die im Energiespeicher angesammelte Energie schnell über die Sendediode zur Erzeugung eines Laser-Llchtlmpulses zu entladen.

Die Ansteuerung dieses Schalters erfolgt durch einen Triggergenerator 3, dessen Ausgangssignal gleichzeitig auch zum Start bzw. als Vorbercitungssignal für den Start der jeweiligen Signal-Laufzeltmessung dient. Zwischen den Trigger-Generator 3 und den Sender 1 ist ein Verzögerungsglied 2 geschaltet, das einerseits dafür sorgt, daß beispielsweise auch beim Ausmessen einer sehr kurzen Entfernung das Stop-Signal für die Laufzeltmessung einen genügend großen zeitlichen Abstand vom Start-Signal aufweist, so daß diese beiden Signale von ein und demselben Zeitmeßkanal ohne weiteres nacheinander verarbeitet werden können, und das andererseits bewirkt, daß die Signal-Laufzeitmessung vor dem Zeitpunkt und damit störungsfrei begonnen wird, in welchem der Sender auf das Triggersignal mit der Erzeugung eines sehr schnellen und vergleichsweise großen Stromstoßes durch die Sendediode reagiert, wobei sehr kräftige Störsignale erzeugt werden, die es außerordentlich schwierig machen würden, ein genau gleichzeitig mit oder kurz nach der Lichtimpuls-Erzeugung durch den Sender 1 abgegebenes Start-Signal für die Slgnai-Laufzeitmessung zeitlich exakt zu erfassen.

Die vom Sender 1 erzeugten Lichtirnpulse werden über einen Sender-Lichtweg 7 einer optischen Schalt- und Dämpfungseinheit 8 zugeführt, die z. B. einen mechanisch beweglichen Lichtwegumschalter 10 enthält, der ic

lach seiner Stellung einen aus dem Sender-Lichtweg 7 austretenden Lichtimpuls entweder In einen Sende-Meßlichtweg 15 oder einen geräteinternen Referenz'lchtwcg 11 lenkt.

Die vom l.lchiwegumschalter 10 In seiner Mcßllchtsiellung In den Scnde-Mcßllchlweg 15 eingespeisten Lichtimpulse werden zu einer Sendeoptik 16 weltergeleltet, die vereinfacht als einzelne Linse dargestellt Ist und die Lichtimpulse zum Zielgegenstand aussendet, dessen Entfernung gemessen werden soll.

Der vom Zielgegenstand reflektierte Teil eines jeden Lichtimpulses wird von der In Flg. 1 ebenfalls schematisch als einzelne Linse dargestellten Empfangsoptik 18 über einen Empfangs-Meßllchtweg 19, einen In der optischen Schalt- und Dämpfungseinheit 8 enthaltenen, veränderbaren optischen Dämpfer 20 und einen Empfangsllchtweg 21, 22 einem Empfänger 23 zugeführt, der beispielsweise hIs iichiciekifischcf Wandler eine Photodiode mit einer nachgeschalteten Verstärker- und Signalerzeugungssi-naltung umfaßt, die dazu dient, ein von ihr beim Empfang eines Lichtimpulses erzeugtes Signal über eine Leitung 24 einer Zeltmeßvorrichtung 25 als Stop-Slgnal zuzuführen, um die von dieser Zeltmeßvorrlchlung durchgeführte Slgnal-Laufzeltmessung für den betreffenden Lichtimpuls zu beenden. Diese Signal-Laufzeitmessung war zuvor, wie oben erwähnt, korrellert mit dem vom Trigger-Generator 3 abgegebenen Triggersignal begonnen worden, das der Zeltneßvorrlchtung 25 über Öle Leitung 27 zuführbar Ist.

Für den Fall, daß die Ausgangssignale des Trigger-Generators 3 mit einem In der Zeltmeßvorrlchtung 25 erzeugten Zeltbasissignal synchronisiert werden sollen, ist eine Leitung 29 vorgesehen, durch die entsprechende Signale von der Zeltmeßvorrlchtung 25 zum Trigger-Generator 3 übertragen werden können.

Die von der Zeltmeßvorrlchtung 25 gewonnenen ZeItmeßergebnlsse werden über die Leitungen 28 einer zentralen Ablaufsteuerungs-, Rechen- und Auswerte-Einhelt 30 zugeführt, die einerseits aus diesen Laufzelt-Meßwerten die korrigierten Entfernungsmeßwerte ermlttelt und zur Anzeige bringt und die andererseits die Funktionsabläufe Im gesamten Meßgerät steuert. Vorzugswelse kann diese Ablaufsteuerungs-, Rechen- und Auswerte-Elnhelt 30 einen Mikroprozessor umfassen.

Die vom Lichtwegumschalter 10 In seiner Referenzlichtstellung in den Referenzlichtweg 11 eingespeisten Lichtimpulse durchlaufen einen gegebenenfalls steuerbaren optischen Dämpfer 33 und werden an einer Verzweigungsstelle 35 In den zum Empfänger 23 führenden Teil so 22 des Empfangslichtweges geleitet. Die auf diesem Weg vom Sender 1 zum Empfänger 23 laufenden Referenz-Lichtimpulse unterliegen senderseltig bezüglich des TrIggerslgnals und empfängerseltig bis zur Erzeugung des Stop-Slgnals für die Zeltmeßvorrlchtung 25 denselben Verzögerungs- bzw. Slgnalverarbeltungszelten wie die Meßlichtimpulse, von denen sie sich Im wesentlichen lediglich hinsichtlich der Länge des zwischen dem Lichtwegumschalter 10 und der Verzweigungssteile 35 durchlaufenden Lichtweges unterscheiden. Da die Länge dieses Referenzlichtweges 11 und damit auch die für sein Durchlaufen benötigte Zeit sehr genau bekannt ist, können mit Hilfe der Slgnal-Laufzeltmessung übsr die Referenzllchtstrecke die oben erwähnten, auch bei den Signal-Laufzeltmessungen über die Meßstrecke wlrksamen Verzögerungs- und Slgnalverarbeltungszelten durch eine Differenzbildung der jeweiligen Meßwerte eliminiert werden.

Ein Signalaustausch zwischen der optischen Schalt- und Dämpfungseinheit 8 und der Ablaufsteuerungs-, Rechen- und Auswerte-Elnhelt 30 erfolgt über die Leitung 39, die mehradrig oder bidirektional ausgebildet sein kann, so daß beispielsweise über die Leitung 40 die momentane Stellung des Llchtwegumschalters 10 betreffende Informationen an die Ablaufsteuerungs-, Rechen- und Auswerte-Schaltung 30 übermittelt und über die Leitungen 41 und 42 dem jeweiligen Betriebszustand angepaßte Befehlssignale von der Ablaufsteuerungs-, Rechen- und Auswerte-Elnhelt 30 an die optischen Dämpfer 20 bzw. 33 abgegeben werden können.

Erfindungsgemäß kann nun der Lichtwegumschalter !0 entweder unmittelbar dazu verwendet werden, die Intensität der vom Sender 1 erzeugten und aus dem Senderllchtweg 7 austretenden Lichtimpulse zu verändern, bevor diese an die Sendeoptik 16 gelangen bzw. in den Rcfcrcnzüchf.veg ü eingespeist werden, oder er kann In äußerst vorteilhafter Welse mit dem zur Dynamlksteuerurig dienenden optischen Dämpfer 20 zur Erzielung einer besonders einfachen, optimal betreibbaren und sehr schnell zu äußerst exakten Meßergebnissen führenden Dynamik-Steuerungsanordnung kombiniert werdet}.

Die unmittelbare Intensitätssteuerung mit Hilfe des Lichtwegumschalters 10 wird nun anhand des In Fig. 2 dargestellten Ausführungsbelsplels erläutert. In Flg. 2 wird der Lichtwegumschalter 10 von einem Schwingspiegel 45 gebildet, der zwischen einer Meßlichtstellung 46 und einer durch eine gestrichelte Linie wiedergegebenen Referenzlichtstellung 47 periodisch hin- und herbewegbar ist, was durch den gebogenen Pfeil 48 angedeutet werden soll. Der Winkelabstand zwischen den beiden genannten Stellungen Ist In FI g. 2 der Deutlichkeit halber stark übertrieben dargestellt. Tatsächlich können die beiden Stellungen wesentlich näher belelnanderllegen, so daß der Umschaltvorgang sehr schnell durchgeführt werden kann. Die S'iuerung des Schwingspiegels 45 erfolgt durch eine Steuereinheit 49, wie dies durch den Pfeil 50 angedeutet ist. Die Meßlichtstellung 46 und die Referenzllchtstellung 47 des Schwingspiegels 45 zeichnen sich dadurch aus, daß In Ihnen ein imxlmaler Anteil der bei der Emission eines Lichtimpulses aus dem Sender-Lichtwfcg 7 austretenden Lichtenergie in den zugehörigen Sende-Meßllchtweg 15 bzw. Referenzllchtweg 11 eingespeist wird. Um diese maximale Llchtelnspelsung trotz der permanenten periodischen Bewegung des Schwingspiegels 45 sicherzustellen, müssen die Zeitpunkte, In denen der Trigger-Generator 3 jeweils ein Triggersignal abgibt, mit der Bewegung des Schwingspiegels 45 zeitlich genau korrellert werden, damit die aus dem verzögert ansprechenden Sender 1 austretenden Lichtimpulse Im richtigen Moment auf den Schwingspiegel 45 auftreffen. Verschiebt man die Zeltpunkte, in denen die Triggersignale erzeugt werden, gegen diese optimalen Zeitpunkte, so lenkt der Schwingspiegel 45 Immer nur einen Teil der Lichtmenge eines aus dem Sender-Lichtweg 7 austretenden Lichtimpulses In den betreffenden Lichtweg 15 oder 11. Somit läßt sich durch eine entsprechende Zeitsteuerung die Amplitude der weHergelelteten Lichtimpulse innerhalb weiter Grenzen verändern. Zu diesem Zweck 1st es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit 49 die momentane Stellung des Schwingspiegels 45 betreffende Informationen über die Leitung 40 und der Empfänger 23 die momentane Amplitude der entsprechenden Signale betreffende Informationen über die Leitung 43 an die Ablaufsteuerungs-, Rechen- und Auswerte-Einhelt liefern, die dann Ober die Leitung 51

13 14 I

an den Trigger-Generator 3 eine entsprechende zeitliche maximale Senderleistung eingesetzt werden muß, der '§,

Verschiebung der Triggersignale bewirkende Steuer- Trigger-Generator 3 zeitlich so gesteuert wird, daß durch f|

signale weiterleiten kann. den Lichtwegumschalter 10 die gesamte in einem Llcht-

In diesem Fall Ist es dann möglich, auf die Veränder- impuls enthaltene Lichtmenge in die Eintrittsöffnung des

barkeit des im Re'erenzlichtweg 11 befindlichen opti- 5 jeweils weiterführenden Lichtweges gelenkt wird. In

sehen Dämpfers 33 zu verzichten und hier ein Filter mit allen anderen Fällen wird dagegen für die erforderliche

festem Dämpfungsverhältnis vorzusehen, das die Inten- optische Signaldämpfung der Trigger-Generator 3 zeitlich

sltät der Referenzlichtimpulse so weit reduziert, daß mit so gesteuert, daß dJe vom Sender 1 erzeugten Llchtlm-

dem Schwingspiegel 45 nur innerhalb des vom Empfän- pulse zu einem Zeitpunkt auf den Lichiwegumschalter

ger 23 verarbeitbaren Dynamikbereiches eine Anpassung io 10 auftreffen, in welchem dieser eine solche Stellung

der Referenzllchtiotensltät an die Meßüchtintensität einnimmt, daß nur ein gewünschter Teil der im Llchtim-

durchgeführt werden muß. puls enthaltenen Lichtmenge in den weiterfahrenden

Der optische Dämpfer 20 kann dann, wenn nicht nur Lichtweg gelangt, während der Rest am Eintrittsfenster Gie Intensität der Referenzlichtimpulse, sondern auch die des Lichtweges vorbeigelenkt und Irgendwo im Meßgerät

der Meßlichtimpulse mit Hilfe des Schwingspiegels 45 15 absorbiert wird. JL

gesteuert wird, weggelassen werden. Zur Erzielung eines Diese auf einer momentanen Teilüberdeckung der ; ν

guten Signal/Rausch-Verhältnisses Ist es jedoch vorteil- Lichtwege beruhende Form der optischen Slgnaldämp- jiä

haft, zur Dynamiksteuerung nicht die vom Meßgerät fung läßt sich bei einem die Laufzeit eines Lichtimpulses ^

emittierten, sondern die vom Zielgegenstand reflektier- ausmessenden Entfernungsmeßgerät nur dann in sinn- ,-

ten Lichtimpulse zu bedampfen, da damit gleichzeitig 20 voller Welse durchfahren, wenn sichergestellt ist. daß ;_:

auch die Umgebungshelligkeit und das durch sie der Lichtimpuls von einer quasi punktförmtgen Licht- :

bedingte Rauschen verringert wird. Diese Bedänvfung quelle emittiert wird, bzw. daß bei einer flächigen Licht-

der reflektierten Lichtimpulse findet mit Hilfe des opti- quelle nicht verschiedene Flächenbereiche nacheinander '^Vr

sehen Dämpfers 20 statt, der bei der Durchführung der aufleuchten und dabei Ihr Licht mit unterschiedlichen

Slgnal-Laufzeltmessungen Ober de Referenzlichtstrecke 25 Winkeln beispielsweise in eine nachfolgende Lichtleit- ·

11 außerdem dazu dient, das von der Empfangsoptik 18 faser einspeisen. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, kann i

zu diesen Zeiten empfangene und auf den Empfänger 23 eine optische Dämpfung durch Teilüberdeckung dazu ^: ι

gelingende Umgebungslicht In dem gleichen Maße zu führen, daß der zeitliche Schwerpunkt des weitergeleite- >

bedampfen, wie dies bei der jeweils zugehörigen Signal- ten Lichtimpulses in Abhängigkeit von der gewählten <

Laufzeltmessung über die Meßlichtstrecke geschieht. 30 Dämpfung, d. h. In Abhängigkeit vom Ausmaß der Bei Verwendung eines sich periodisch bewegenden jeweiligen Teiloberdeckung eine zeitliche Verschiebung Schwingspiegels 45 als Lichtwegumschalter 10. der erfShrt, die für Meßlichtimpuls und Referenzlichtimpuls

beispielsweise mit einer Frequenz von 5 kHz bis 10 kHz unterschiedlich sein kann und sich somit bei der Subtrak- :

arbeitet, können die Enden der In den F1 g. 1 und 2 den tion der Signal-Laufzelten nicht heraushebt, wodurch \

Sende-Meßllchtweg 15 bzw. den Referenzlichtweg 11 35 erhebliche Meßfehler entstehen können.

bildenden Lichtleitfasern so angeordnet werden, daß die Ist die obige Bedingung nicht erfüllbar, so werden

Meßlichtstellung 46 bzw. die Referenzlichtstellung 47 gemäß der Erfindung bei Verwendung eines Schwlng-

nlcht mit den Umkehrpunkten des Schwingspiegels spiegeis oder eines rotierenden Prismas als Llchtwegum-

zusammenfällt. Dadurch läßt sich sowohl die Meßfre- schalter für die zu dämpfenden Meß- oder Referenzllcht-

quenz als auch die Folgefrequenz der Referenzlichtim- 40 Impulse jeweils mehrere, funktional zueinander parallele

pulse verdoppein, da bei jeder Vollschwingung des SpIe- Lichtwege vorgesehen, von denen jeder einen anderen,

gels 45 sowohl die Meßlichtstellung 46 als auch die Refe- unveränderlichen Dämpfungswert Hefen und es wird je

renzlichtstellung 47 zweimal durchlaufen wird. nach den Erfordernissen der Trigger-Generator in

Statt des in Fig. 2 dargestellten Schwingspiegeis 45 Abhängigkeit von der Bewegung bzw. momentanen Stel-

kann erfindungsgemäß zur Erzielung einer höheren Licht- 45 lung des Lichtwegumschalters 10 zeitlich so gesteuert.

Impuls-Folgefrequenz ein Spiegelprisma verwendet daß der Schwingspiegel 45 oder das rotierende Spiegel-

werden, das gleichförmig um eine auf der Zeichenebene prisma den auftreffenden Lichtimpuls vollständig In den

senkrecht stehende Achse rotiert. Von der Steuerung 49 richtigen Lichtweg einspeist, wo der Lichtimpuls dann

muß dann nur für eine angenäherte Konstanz der der gewünschten Dämpfung unterworfen wird, ohne daß

Winkelgeschwindigkeit gesorgt und ein den Durchgang 50 dabei eine zeltliche Schwerpunktsverschiebung auftritt

einer jeden Spiegelfläche durch eine bestimmte Winkel- Mit einer solchen Anordnung Ist dann zwar anders als bei

stellung kennzeichnendes Signal erzeugt und Ober die der Teilüberdeckung keine kontinuierliche, sondern nur

Leitung 40 an die Ablaufsteue rungs-. Rechen- und eine stufenweise Änderung des Dampiungswertes Auswerte-Elnhelt 30 weitergegeben werden. möglich. Da aber die Empfindlichkeit der Avalanche- DIe Lichtwege 7,11,15,19 und 21 sind In den Flg. 1 55 Photodiode des Empfängers 23 durch Änderung der

und 2 ausschließlich als Lichtleitfaser dargestellt, wobei Versorgungsspannung beeinflußbar ist (Dämpfungswert

vor bzw. hinter den Stirnflächen dieser Lichtleitfasern beispielsweise 1 : 5,5) und der im Empfänger 23 enthal-

vorzusehende Kondensor- bzw. Abbildungslinsen der tene. der Avalanche-Photodlode nachgeschaltete

Einfachheit halber weggelassen sind. Erfindungsgemäß Verstärker beispielsweise eine Dynamik von 1 :6,6 können die Lichtleitfasern zumindest teilweise auch 6ö aufweisen kann, ergibt sich fur den Kanal eine Dynamik

durch andere bekannte Lichtleit- und Abblldungsmlttel von ca. I : 36. so daß die einzelnen Dämpfungsstufen In

wie z. B. Spiegel, Linsen usw. ersetzt werden. den parallelen Lichtwegen sich jeweils um einen Faktor

Bei der bisherigen Schilderen); der Wirkungswelse zwischen 1 :30 und I : 35 voneinander unterscheiden

eines von einem Schwingspiegel 43 bzw. einem rotleren- können. Dies führt dazu, daß sich beispielsweise mit

den Spiegelprisma gebildeten Lichtwegumschalters 10 65 sechs parallelen Lichtwegen und der Dynamik des

war davon ausgegangen worden, diaß nur In den Fällen, Verstärkers eine Gesamtdynamik von mehr als I : 10"

In denen wegen sehr großer Entfernung und/oder sehr erreichen läßt,

geringem Reflexionsvermögen de3 Zielgegenstandes die Für den Fall, daß die Ausgangsleistung des Senders

15 16

noch im Verhältnis 1:5 veränderbar ist, erhöht sich die laufen, um dort als verzögerter Störlichtimpuls den durch

Kanaldynamik auf 1:180. Daraus ergibt sich eine den eigentlichen Meßlichtimpuls ausgelösten Signalver-

entsprechende Vergrößerung des Faktors zwischen den arbeitungsvorgang so zu stören, daß es zu Fehlmessun-

einzelnen Dämpfungsstufen. gen kommt bzw. eine einwandfreie Zeitabstandsmessung

In den Fig. 3 und 4 Ist eine weitere Ausführungsform 5 völlig unmöglich gemacht wird. Dies wird durch die In

einer erfindungsgemäßen optischen Schalt- und den Öffnungen 62 bis 65 angebrachten, schrägstehenden

Dämpfungseinheit 8 dargestellt, bei der eine rotierende Dämpfungsfllter verhindert. Diese Öffnungen werfen Scheibe 55 Verwendung findet, die In besonders vorteil- nämlich zur Aussendung von Meßschüssen immer dann

hafter Weise sowohl den hinter dem Sender-Lichtweg 7 benutzt, wenn keine sehr großen Entfernungen ausge-

befindlichen Lichtwegumschalter 10 als auch den 10 messen werden sollen, d. h. also wenn die Gefahr

zwischen dem Empfangs-Meßlichtweg 19 und dem besteht, daß der eben geschilderte Störimpuls ohne

Empfangslichtweg 21 angeordneten, veränderbaren opti- weitere Maßnahmen eine zur Störung der Messung

sehen Dämpfer 20 In einem einzigen Bauteil miteinander ausreichende Amplitude besitzt. In diesen Fällen, In

vereinigt. denen das vom Sender 1 abgegebene Licht ohnehin

Wie man der F i g. 3 entnimmt. In der die rotierende 15 gedämpft werden muß, stellt es keinerlei Probleme dar. Scheibe 55 In einem der Linie III-III aus Fig. 4 folgen- das Senderllcht bereits vor seinem Austreten aus dem

den Schnitt dargestellt ist, wird die Scheibe 55 aber eine Meßgerät um den durch die In Rede iahenden

Welle 56 von einem Motor 57 so angetrieben, daß sie Dämpfungsfllter verursachten Faktor 1:10 zu dämpfen,

beständig In Richtung des Pfeiles R rotiert. Kommt dann der von den optischen Empfangseinrtch-

DIe angenäherte Konstanz der Winkelgeschwindigkeit 20 tungen reflektierte Lichtanteil wieder zur Sendeoptik 16

dieser Rotation kann entweder durch eine beim Motor 57 zurück, so durchläuft er bei seiner Projektion auf die

befindliche bekannte Regelschaltung oder durch die Stirnfläche der Lichtleitfaser 7 das In seinem Lichtweg

zentrale Ablaufsteuerungs-, Rechen- und Auswerte- befindliche Dämpfungsfllter ein erstes Mal, wobei er

Einheit 30 überwacht und sichergestellt werden, die ebenso wie bei der Reflexion am Stirnende der Lichtleit-

dann mit dem Motor 57 über die Leitung 58 entspre- 25 faser 7 und beim nochmaligen Hindurchtreten durch das

chende Informations- und Befehlssignale austauscht. Dämpfungsfllter jeweils im Verhältnis 1:10 geschwächt

Die rotierende Scheibe 55 ist so angeordnet, daß sie wird, so daß sich Insgesamt eine Dämpfung um einen mit Ihrem äußersten Umfangsbereich in den Strahlen- Faktor 10~³ ergibt. Der auf diese Welse geschwächte Störgang des Lichtes eingreift, das aus dem hier als Llchtlett- llchtlmpuls Ist in keinem Falle mehr in der Lage, am laser dargestellten Sender-Lichtweg 7 austritt und von 30 Empfänger 23 eine Störung der Signalverarbeitung des einer In Flg. 3 nur symbolisch durch ihre Mittelachse vorausgegangenen Meßlichtimpulses zu bewirken. Durch angedeuteten Linse 59 mit verringerter Divergenz die Schrägstellung der Dämpfungsfllter In den öffnungen weK,;rgeleItet wird. 62 bis 65 wird verhindert, daß an der Oberfläche der

In diesem äußersten Bereich besitzt die Scheibe 55 Filter reflektierte Lichtanteile zur Sendeoptik 16 gelan-

einander abwechselnde Gruppen von Öffnungen 60 bis 35 gen und somit selbst zu Störsignalen werden können.

65 und Spiegein 70 bis 75. Die beiden ersten öffnungen Die beiden Locher SO und 61, die jeweils zur Aussen-

60 und 61 einer jeden Gruppe sind als In Umfangsrlch- dung von Meßschüssen für weit entfernte Zielgegen-

tung der Scheibe 55 verlängerte Löcher ausgebildet. Wird stände benutzt werden, weisen keine derartigen

der Trigger-Generator 3 so angesteuert, daß er unter Dämpfungsfllter auf, da hler wegen der großen Entfer-

Berücksichtigung der entsprechenden Verzögerungen 40 nung die oben beschriebene Ausbildung von Störreflexen

den Sender 1 zur Abgabe eines Lichtimpulses gerade keine Rolle spielt. Die längliche Ausbildung dieser

dann veranlaßt, wenn sich eine dieser Öffnungen 60, 61 beiden öffnungen 60 und 61 ermöglicht überdies die

im Strahlengang hinter dem Sender-Llchtweg 7 befindet, Meßschüsse für diese großen Entfernungen so frühzeitig

so gelangt dieser Lichtimpuls völlig ungedämpft über den zu erzeugen, daß trotz der großen Entfernung die am

als freier Strahlengang dargestellten Sende-Meßllchtweg 45 Zielgegenstand reflektierten Lichtimpulse an dem den

15 zur Sendeoptik 16 und von dort welter zum Zlelge- optischen Dämpfer 20 bildenden Teil der rotierenden

genstand. Die übrigen Öffnungen 62 bis 65 enthalten Scheibe 55 und Insbesondere am Empfänger 23 zur rech-

jewells ein Dämpfungsfilter, das einen vergleichsweise ten Zelt eintreffen, wie dies unten noch genauer erläutert

geringen Dämpfungsfaktor beispielsweise von 1 :10 wird.

liefert und die optische Achse des Strahlengangs 15 unter 50 Auf jede Gruppe von Löchern 60 bis 65 folgt Im äuße-

elnem von 90° abweichenden Winkel schneidet. ren 3erelch der rotierenden Scheibe 55 eine gleich große

Diese Dämpfungsfilter haben folgenden Zweck: In den Gruppe von Spiegeln 70 bis 75, die, wie man Insbeson-Fällen, in denen mit dem Entfernungsmeßgerät ein in dere der Fig. 3 entnimmt, an der Scheibe 55 so angeverglelchswelse geringer Entfernung befindlicher bracht sind, daß Ihre reflektierende Oberfläche beim Zielgegenstand angemessen werden soll, der einen Retro- 55 Durchlaufen des Strahlengangs 15 unter einem Winkel reflektor trägt, kann es bei ungünstiger Stellung des von 45° zur optischen Achse dieses Strahlengangs steht. Retroreflektors geschehen, daß derjenige Teil eines Wird der Trigger-Generator 3 so angesteuert, daß er den Lichtimpulses, der an der Empfangsoptik 18 und Insbe- Sender 1 dazu veranlaßt. In einem Zeitpunkt einen Lichtsondere an der Stirnfläche der Lichtleitfaser 21, die hler impuls abzugeben, in dem sich einer der Spiegel 70 bis den zur Verzweigungsstelle 35 führenden Teil des Emp- 60 75 In der eben beschriebenen und In FI g. 3 für den SpIefangsllchtweges bildet, reflektiert wird, über den Retro- gel 71 dargestellten Stellung befindet, so wird dieser reflektor zurück zur Sendeoptik 16 gelangt und von Llchtlmpuls am Spiegel um 90° umgelenkt und von einer dieser auf das Stirnende der Lichtleitfaser fokussiert wird, Linse 77 auf das Stirnende einer In Flg. 3 den vorderen || die den Sender-Llchtweg 7 bildet. Ohne die In den Abschnitt des Referenzlichtweges 11 bildenden Licht-Öffnungen 62 bis 65 vorgesehenen Dämpfungsfllter 65 lelterfaser 32 fokussiert, würde der an dieser Stirnfläche erneut reflektierte Teil

des Lichtimpulses mit einer genügend großen Amplitude Der so erzeugte Referenzlichtimpuls tritt am anderen

über den gesamten Meßlichtweg bis zum Empfänger 23 Ende der Lichtleitfaser 32 aus, wird von einer Linse 78

In ein paralleles Lichtbündel umgewandelt und durchläuft einen steuerbaren optischen Dämpfer 33, der hier von einer Graukellscheibe 80 gebildet wird, die zur Erzielung eines gewünschten Dämpfiingswertes mit Hilfe eines Schrittmotors 81 um ihre Achse 82 in beiden Richtungen verstellt werden kann, wie dies durch den Doppelpfeil S angedeutet ist. Hinter dem veränderbaren optischen Dämpfer 33 durchläuft der Referenzllchtlmpuls ein Dämpfungsfilter 83, das ein fest vorgegebenes Dämpfungsverhältnis aufweist, um dann an der Verzweigungsstelle 35 mit Hilfe eines teildurchlässigen Spiegels 85 über ein Interferenzfilter bzw. ein in der Mittenfrequenz abstimmbares Interferenzfilter 87 In den zum Empfänger 23 führenden Teil 22 des Empfangslichtweges eingekoppelt zu werden. Zu diesem Zweck wird das parallele Lichtbündel mit Hilfe einer Linse 86 auf das Stirnende der diesen Teil des Empfangslichtweges bildenden Lichtleitfaser fokussiert.

Der optische Pimpfer 33 kann auch von einem PLZT- oder einem PLIOZT-Scheibchen gebildet werden.

In einem radial welter Innen liegenden Bereich weist die rotierende Scheibe 55 aufeinanderfolgende Gruppen von Öffnungen 90 bis 95 auf, wobei jede dieser Gruppen sechs Öffnungen, d. h. ebenso viele Öffnungen umfaßt, wie die oben beschriebenen Öffnungs- bzw. Spiegelgruppen im äußeren Randbereich der Scheibe 55 Öffnungen bzw. Spiegel aufweisen.

Die eben genannten weiter innen liegenden Öffnungen 90 bis 95 sind so angeordnet, daß sie bei der Drehung der Scheibe 55 den von der Empfangsoptik 18 zum Teil 21 des Empfangslichtweges führenden Empfangs-Meßllchtweg 19 an einer Stelle dutchlaufe,i, an der der Querschnitt des Strahlengangs 19 m'X Sicherheit kleiner als der Durchmesser der Öffnungen 90 Ls 95 Ist. In Licht-Impuls-Laufrichtung hinter der rotierenden Scheibe 55 Ist eine Linse 96 angeordnet, die das Licht auf das Stirnende einer den Eingangsteil des Empfangslichtweges bildenden Lichtleitfaser 21 fokussiert. Das am anderen Ende dieser Lichtleitfaser 21 austretende Meßlicht wird durch eine weitere Linse 97 in der gleichen Welse In ein paralleles Lichtbündel umgewandelt, wie dies oben für das Referenzlicht und die Linse 78 beschrieben wurde.

Hierauf durchläuft das Meßlicht den schräg stehenden teildurchlässigen Spiegel 85 geradlinig, d. h. mit einer sehr geringen Abschwächung und gelangt über das Interferenzfilter 87 zur Linse 86. von der es auf die Stirnfläche der Lichtleitfaser fokussiert wird, die den zum Empfänger 23 führenden Teil 22 des Empfangslichtweges bildet.

Jede der Öffnungen 90 gestattet einen ungedämpften Durchtritt des Empfangslichtes, während In den Öffnungen 91 bis 95 Filter mit unterschiedlichen Dämpfungsverhältnissen angebracht sind. Dabei ist wesentlich, daß von Gruppe zu Gruppe alle Löcher 91, alle Löcher 92, alle Löcher 93, alle Löcher 94 und alle Löcher 95 jeweils ein Filter mit demselben Dämpfungswert aufweisen.

Bei Verwendung dieser rotierenden Scheibe durchläuft also das Meßlicht das zur Dynamiksteuerung auf der Empfängerseite gedämpft wird, nur einen einzigen Lichtweg, der vom Sende-Meßllchtweg 15 über die Sendeoptik 16, den Zielgegenstand, die Empfangsoptik 18, den Empfangs-Meßllchtweg 19 und den vorderen Teil 21 des Empfangslichtweges 21, 22 zur Verzwelgungsstelle 35 und von dort welter zum Empfänger 23 führt. Dennoch wird hler zur Dämpfung nicht mit einer Tellüberdeckung von Lichtwegen Im Augenblick des Durchtritts des jeweiligen Lichtimpulses gearbeitet.

Statt dessen wird der Trigger-Generator 3 zeltlich so gesteuert, daß er den Sender 1 zur Abgabe von Meßllchtlmpulsen genau zu einem solchen Zeitpunkt veranlaßt, in dem nicht nur eine der das Senderlicht durch lassenden Öffnungen 60 bis 65 voll deckend im Strahlengang des Sende-Meßllchtweges 15 sondern auch eine der Öffnun-S gen 90 bis 95 voll deckend im Strahlengang des Empfangs-Meßllchtweges 19 steht. Bei kurzen und mittleren Entfernungen ist diese Volldeckung praktisch gleichzeitig gegeben, da sich die Scheibe 55 be* einer bevorzugten Drehzahl von ca. 130 U/s in der Zeit praktisch nicht weiterbewegt, die der Meßlichtlmfuis benötigt, um diese kurzen und mittleren Entfernungen zu durchlaufen. Nur bei weiten und sehr weiten ■Entfernungen (bis 10 km) spielt die Drehbewegung der S:heibe 55 bezüglich der Laufzelt der Meßlichtimpulse e:;ne Rolle.

!5 Dies ist auch einer der Gründe, warum die: für das Aussenden der Meßlichtimpulse für große und sehr große Entfernungen verwendeten Öffnungen (>0 und 61 einer jeden Gruppe in Umfangsrlchtung der Scheibe 55 so verlängert ausgebildet sind, daß auch ein mit einem Vorbehalt von ca. 3,1° abgegebener Lichtlrajuls diese Öffnungen unbehindert durchlaufen kann. Hindurch Ist es möglich, den Meßlichtimpuls jeweils so frühzeitig abzugeben, daß er bei der Rückkehr vom Zielgegenstand die entsprechende Öffnung 90 bzw. 91 gerade: in ihrer voll deckenden Stellung antrifft.

Die zur Dynamiksteuerung erforderlichen unterschiedlichen Dämpfungen werden bei dieser Ausfflhntngsform dadurch erzeugt, daß durch die Rotationsbewegung der den Lichtwegumschalter 10 bildenden Scheibe :i 5 permanent in ein und denselben Lichtweg Filter mit unterschiedlichen Dämpfungsfaktoren gebracht wenden und daß der Trigger-Generator 3 In Abhängigkeil von der Bewegung der Scheibe 55 zeltlich so gesteuert wird, daß er den Sender zu Zeltpunkten triggert, die gewährleisten, daß der daraufhin emittierte Meßllchtlmpuls -nel seiner Rückkehr vom Zielgegenstand gerade das den momentan gewünschten Dämpfungsfaktor lieferende Filter In einem der Löcher 90 bis 95 vorfindet. Damfc der Meßllchtlmpuls zu dem jeweiligen Zeltpunkt auch auf der Senderseite durch die rotierende Scheibe 55 hindtichtreten kann. Ist dort eine Anzahl von Öffnungen 60 bis 65 vorgesehen, die der Anzahl der die verschiedenen Dämpfungen lieferenden Öffnungen 90 bis 95 je Gruppe auf der Empfängerseite entspricht.

Bei einer Anordnung, bei der sich, wie in Fit; 3 dargestellt. Sende-Meßllchtstrecke 15 und E.mpfangs-Meßllchtstrecke 19 bezüglich des Drehmittelpi. nktes der Scheibe 55 genau diametral gegenüberliegen, sind wegen der oben erwähnten »Gleichzeitigkeit«, mit der jeweils eine der Sendellchtöffnungen 60 bis 65 und die zugehörlgp der Empfangslichtöffnungen 90 bis 95 die volle Überdeckung mit den zugehörigen StrahlengUnnen erreichen, jeweils die Mitte einer Sendellchtöffnung 60, 61. 62, 63. 64, 65 und die Mitte der zugehörigen Ernpfangsllchtöffnung 90, 91, 92, 93, 94, 95 auf einem gemeinsamen Scheibendurchmesser angeordnet, wie dies In Flg. 4 für eine der Öffnungen 62 und die zugehörige Öffnung 92 durch eine strichpunktierte Linie 101 angedeutet Ist. Dabei Ist die radial unmittelbar Innerhalb der Seidellchtöffnung 62 befindliche Empfangslichtöffnung !»2 nicht dieser Sendellchtöffnung sondern dem diametral gegenüberliegenden Spiegel 72 zugeordnet.

Auch den übrigen Spiegeln 70, 71 und 73 bis 75 einer jeden Gruppe Ist jeweils eine diametral gegenüber! iegende Empfangslichtöffnung 90, 91 und 93 bis 95 zugeordnet, wobei jede dieser Empfangsllchtöffnuni||;en ein Filter mit demselben Dämpfungsfaktor enthält., wie die entsprechend numerierte Empfangsllchtöflriung, die

19 20

einer gegenüberliegenden Sendelichtöffnung zugeordnet ± 1 mm bei Entfernungen bis zu 10 km) gewonnen

ist. werden können.

Sinn dieser Anordnung ist es, auch die Referenzlicht- Geht man davon aus, daß der Im Empfänger 23 der impulse zu ganz bestimmten Zeitpunkten, die wieder von Empfangsphotodiode nachgeschaltete Verstärker Signale der Bewegung bzw. der momentanen Stellung der rotle- s zwischen 175 mV und 1150 mV mit ausreichender Llnerenden Scheibe 55 abhängen, auszulösen. Ein Grund- arität verstärken und einer weiteren Verarbeitung zufühprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht ren kann, was einer Dynamik von ca. 1: 6,6 entspricht, darin, für Meßlichtimpulse und Referenzlichtimpulse, und daß die Empfindlichkeit der Emfpangsphotodiode deren Laufzeiten zur Gewinnung der gesuchten Entfer- durch Änderung der Versorgungsspannung um einen nur.gswerte voneinander abgezogen werden sollten, die io Faktor 1:5,5 veränderbar ist, so ergibt sich ein vom Laufzeitmessungen unter möglichst identischen Bedln- Empfänger 23 verarbeitbarer Dynamlkbreich von ca. gungtn durchzuführen. Dazu gehört nicht nur eine sehr 1 : 36,3 und es muß durch eine entsprechende Dämpfung weltgehende Anpassung der Lichtintensität der Referenz- der zur Erzielung einer großen Reichweite möglichst hell llchtimpulse an die der zugehörigen Meßlichtimpulse, gewählten Meßlichtimpulse dafür gesorgt werden, daß was mit Hilfe des steuerbaren optischen Dämpfers 33 is die am Empfänger 23 ankommmenden Signale In geschieht, sondern auch eine Anpassung der jeweiligen diesem verarbeitbaren Helllgkeltsberelch liegen. Diese Hintergrundshelligkeit. Zu diesem Zweck werden die Dämpfung erfolgt zum einen Teil durch die Meßstrecke Referenzlichtimpulse nicht dann ausgelöst, wenn irgend- und das Reflexionsvermögen des Zielgegenstandes einer der Spiegel 70 bis 75 im Austrittsstrahlengang des (Außendämpfung) und zum anderen Teil zum Ausgleich Sender-Lichtweges 7 steht; vielmehr wird immer derje- 20 der hierbei möglichen Unterschiede -Me In der Größennige der Spiegel 70 bis 75 benutzt, dem auf der gegen- Ordnung von 1: 10* bis 1 : 10¹⁰ Hegen können, durch die überliegenden Seite der Scheibe 55 eine Err^fangsilcht- erfindungsgemäße zeitliche Steuerung des Trigger-Geneöffnung zugeordnet ist, die dasselbe Filter enthält wie rators 3 in Abhängigkeit von der Bewegung der Scheibe diejenige Empfangslichtöffnung, durch die der zugehö- 55 (Innendämpfung), sowie unter Umständen mil Hilfe rige Meßlichtimpuls hindurchtritt. Damit ist sicherge- 2s einer Änderung der vom Sender 1 abgegebenen Leistung stellt, daß der Empfänger 23 beim Empfang des Refe- (zusätzliche Kanaldämpfung).

renzlichtimpulses dieselbe Umwelthelligkeit »sieht« und Ist die Senderleistung nicht veränderbar, so geht das

damit dasselbe zeltliche Ansprechverhalten aufweist, wie Meßgerät zum Herausfinden der richtigen Innendämp-

beim Empfang des zugehörigen Meßlichtimpulses. fung zunächst von einer sehr großen Entfernung des

Ähnlich wie bei der oben beschriebenen ebenfalls nicht 30 Zielgegenstandes und einer hohen Außendämpfung aus mit Teilüberdeckungen arbeitenden Dynamiksteuerung, und sendet versuchsweise einen ersten Meßlichtimpuls bei der die Lichtimpulse in unterschiedliche, funktional durch eine der Öffnungen 60 mit einem einer großen zueinander parallele aber rnlt verschiedenen Dämpfungs- Entfernung entsprechenden Vorhalt aus, so daß der filtern ausgerüstete Lichtwege gelenkt werden. Ist auch reflektierte Lichtimpuls durch die keine Dämpfung hier mit Hilfe der Scheibe 55 nur eine stufenweise Ände- 35 bewirkende zugehörige Öffnung 90 zurückkommt. Dabei .-ung der Dämpfung möglich, was aber, wie oben bereits Ist die Empfangsphotodiode auf maximale Empfindlicherläutert, wegen der In jedem Fall zur Verfügung stehen- kelt geschaltet.

den Dynamik des Empfängers 23 keine besonderen Der Empfänger 23 umfaßt In an sich bekannter Welse

Schwierigkeiten bietet. einen Komparator, der überwacht, ob das zu verstärkende

Um die momentane Lage der Scheibe 55 bestimmen 40 Ausgangssignal der Empfangsphotodiode bzw. eines Ihr

und damit auch die Ansteuerzeitpunkte für den Trigger- m .hgeschalteten Schwingkreises die obere Grenze von

Generator 3 richtig wählen zu können, weist die Scheibe 1150 mV übersteigt. Ist dies nicht der Fall, so bedeutet

55 radial noch welter Innen eine Vielzahl von Löchern 98 dies, daß tatsächlich ein sehr weit entfernter und/oder

auf, von denen jeweils eines einem Radialstrahl zugeord- schlecht reflektierender Zielgegenstand angemessen

net Ist, auf dem die Mitte einer der Öffnungen 90 bis 95 45 wurde und daß der richtige Innendämpfungswert,

und der Öffnungen 60 bis 65 bzw. der Spiegel 70 bis 75 nämlich 1 : 1 bereits gefunden Ist.

liegt. Diese Löcher 98 dienen dazu, mit Hilfe der In Gibt der Komparator jedoch ein Übersteuerungssignal

Flg. 3 dargestellten, von einer Lichtquelle 99 und einer ab, well die 1150 mV überschritten wurden, so wird

Dlfferentlal-Photodlodc 100 gebildeten Lichtschranke durch die zentrale Ablaufsteuerungs-, Rechen- und

über die Leitung 40 die jeweilige Stellung der rotierenden so Auswerteeinheit 30 einerseits der auf diese Welse

Scheibe 55 kennzeichnende Signale an die zentrale gewonnene Zeltmeßwert verworfen, weil er mit Slcher-

Ablaufsteuerungs-, Rechen- und Auswerteeinheit 30 helt mit einem zu großen Meßfehler behaftet Ist, und

abzugeben, die dann Ihrerseits den Trigger-Generator 3 andrerseits die Empfindlichkeit der Empfangsphoto-

über die In Fig. I dargestellte Leitung 51 zeltlich richtig diode Im Verhältnis 1 : 5,5 verringert. Dies erfolgt so

ansteuert. 55 schnell, daß bereit? durch die nächste, durch den Sende-

Elnes der Löcher 98 kann, wie In Fig. 4 gezeigt, einen Meßlichtweg 15 hindurchlaufende öffnung 60 ein zwel·

anderen Abstand von der Drehachse 56 aufweisen als die ter Meßllchtlmpuls abgegeben werden kann, der dann

übrigen Löcher 98 und durch eine eigene, nicht darge- wieder durch die zugehörige, keine Dämpfung bewlr·

stellte Lichtschranke abgetastet werden, durch die bei kende öffnung 91/ zum Empfänger 23 gelangt,

jeder Umdrehung der Scheibe 55 ein eindeutiges Lage- Μ Spricht der Übersteuerungskomparator wieder an, so

signal für die Ablaufsteuerungs-, Rechen- und Aus- wird auch dieser Meßwert verworfen, die Empflndilch-

werteelnhelt 30 erzeugt wird. kelt der Empfangsphotodiode wieder auf den hohen. Wer»

Soll nun mit einem erfindungsgemäß aufgebauten geschaltet und der nächste Meßlichtimpuls so ausge-

Entfemungsmeßgerät die zunächst völlig unbekannte sandt, daß er das Meßgerät durch eine der Öffnungen 61

Entfernung eines Zielgegenstande mit unbekanntem 65 verläßt und durch die zugehörige öffnung 91 zurück-

Reflexlonsvermögen bestimmt werden, so muß zuerst kehrt, In der sich ein Filter mit einem Dampfungsfaktor

durch das Meßgerät selbst die richtige Dämpfung gefun- von 1 : 30 befindet. Damit Ist für den Fall, daß beim

den werden, damit exakte Meßergebnisse (Genauigkeit vorausgehenden Meßllchtlmpuls der Schwellenwert von

1150 mV nur geringfügig überschritten wurde, sichergestellt, daß der Im Empfänger 23 enthaltene Verstärker nunmehr nicht ein zu kleines, d. h. unter die untere Grenze von 175 mV fallendes, sondern ein Innerhalb des angestrebten Arbeltsbereiches liegendes Signal erhalt.

Sollte auch bei diesem dritten Versuch der Übersteuerungskomparator ansprechen, >o wird der nächste Meßllchtlmpuls wieder durch eine der Öffnungen 61 emittiert und die zugehörige Öffnung 91 empfangen, wobei allerdings die Empfindlichkeit der Empfangsphotodlode wieder Im Verhältnis 1 : :5,5 verringert Ist.

Führt auch dies zu einer Übersteuerung des Empfänger-Verstärkers, so wird die Empfindlichkeit der Empfangsphotodiode wieder erhöht und der nächste Meßllchtlmpuls durch eine der Öffnung 62 abgegeben, die, wie oben ausführlich geschildert, zur Unterdrückung von störenden Lichtreflexen ein schrägstehendes Filter mit einem Dämpfungsfaktor ! : !!) enthält. Diese Dämpfung des ausgesandten Meßllchles Ist deswegen ohne weiteres vertretbar, well die vorausgehenden Meßversuehe ja gezeigt haben, daß eine Dämpfung von 1 : 30 nicht ausreicht, um eine Übersteuerung des Empfänger-Verstärkers zu vermelden. Der n;flektlerte Lichtimpuls gelangt dann durch die zur öffnung 62 gehörende öffnung 92 zum Empfänger 23, In der ein Filter mit einem Dämpfungsfaktor von 1 : !!00 angeordnet Ist, so daß dieser Lichtimpuls Insgesamt eine Innendämpfung von 1 : 1000 erfahren hat. Dieser Dämpfungswert Ist gerade so gewählt, daß er etwas kleiner als das Produkt aus dem Dämpfungswert der vorausgehenden Empfangslichtöffnung, in diesem Fall der Empfangslichtöffnung 91, und aus dem Dynamik wert des Empfängers 23 Ist. Das gleiche gilt auch für die Dfmpfungswerte In den nachfolgenden Empfangslichtöffnungen 93 bis 95, die jwells ein Filter mit einem Dämpfungsfaktor 1:3· 10^!, 1 : ΙΟ¹ bzw. 1 : 3 · 10' enthalten, was In Verbindung mit den In den zugehörigen Sendelich!öffnungen 63, 64 und 65 enthaltenen Dämpfungsflltern Gesamt-Innen-Dämpfungslaktoren von 1 : 3 ■ 10* 1 : 10' bzw. 1 : 3 ■ 10⁷ ergibt, so daß sich unter Berücksichtigung des Dynamikberelchs des Empfängers 23 eine Gesamtdynamik von mehr als 1 : 10' erzielen läßt.

Spricht der Übersteuerungskomparator auch bei dem durch die Sendelichtöffnung 62 abgegebenen und die zugehörige Empfangslichtöffnung 92 empfangenen Meßlichtimpuls an. so kann zunächst wieder die Empfindlichkeit der Empfangsphoiodlode verringert und insgesamt das oben beschriebene Verfahren unter Verwendung immer höherer Dän:.pfungsstufen in den nachfolgenden Öffnungen 93 bis 515 fortgesetzt werden, so bis schließlich der Übersteuerungskomparator nicht mehr anspricht und der richtige Dämpfuiigswert gefunden Ist.

Ist die Senderleistung ebenfalls veränderbar, beispielsweise im Verhältnis 1 :5, so wird ,edesmal dann, wenn bei einer durch eine der Öffnungen 90 bis 95 gegebenen Dämpfung und bei auf minimale Empfindlichkeit geschalteter Empfangsdiode der Üöersteuerungskomparator anspricht, vor dem Hochschalten der Empfindlichkeit und der Verwendung d«:> nächst stärkeren Dämpfungsfilters in einer der Öffnungen 91 bis 95 zunächst ein weiterer Meßversui:h mit verringerter Senderleistung unternommen. IDa hierbei durch Umschalten des Empfängers und di;s Senders insgesamt ein Dynamikbereich von 1 : 180 eraJelbar ist, können in der Scheibe 55 in den Öffnungen 91 bis 95 sich in ihren Dämpfungswerten entsprechend stärker voneinander unterscheidende Filter vorgesehen und somit ein noch größerer Gesamt-Dynamikbereich a !gedeckt werden. Bei gleichbleibendem Gcsamt-Dynumlkbcrelch kann die Anzahl der verschiedene Dämpfungsfilter aufweisenden Öffnungen, d. h. die Anzahl der Öffnungen je Gruppe verkleinert und eine entsprechend höhere Anzahl von Meß- und Referenzlichtimpulsen je Umdrehung der Scheibe 55 abgegeben werden.

Im Empfänger 23 ist außer den bereits genannten Schaltungen eine Amplltudenverstärkungs- und Gleichrichtschaltung vorgesehen, der das verstärkte Ausgangssignal des der Empfangsphotocllode nachgeschalteten Schwingkreises zugeführt wird. Ist für den Meßllchtlmpuls die richtige Dämpfung gefunden, so wird d;is dabei von diesem Gleichrichter abgegebene Glclchspannungsslgnal in einer Sample-and-Hold-Schaltung solange festgehalten, bis es durch einen Analog/Dlgltal-Wandler In einen digitalen Zahlenwert umgesetzt worden Ist, der dann wieder der zentralen Ablaufsteuerungs-, Rechen- und AüSWcriCCiniieit 30 Zugeführt iiiiu u'üii gespeichert

Gemäß einem besonders bevorzugten Verfahren wird nun zur Ermittlung eines besonders exakten Entfernungsmeßwertes mit der gefundenen Dämpfung Immer alternativ ein Meßllchtlmpuls und ein Referenzllchtlmpuls erzeugt und außerdem zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Llchtlmpuls-Laufzeltmessungen noch eine Elchmessung In der Zeltmeßvorrichtung 25 vorgenommen.

Dabei werden, wie oben schon erwähnt, die Referenzlichtlmpulse über denjenigen der Spiegel 70 bis 75 umgelenkt, dem diejenige der Öffnungen 90 bis 95 zugeordnet Ist, die ein Dämpfungsfilter mit demselben Dämpfungsfaktor aufweist, der auch bei der Meßllcht-Laufzeltmessung Verwendung findet, damit die Umwelthelligkeit bei den Meßlichtimpulsen und bei den Referenzlichtimpulsen in derselben Welse bedämpft wird.

Zur Anpassung der Amplitude der Referenzüchtirr! pulse an die Amplitude der Meßlichtimpulse sind, wie bereits erwähnt. Im Referenzllchlweg 11 ein festes Dämpfungsfilter 83 mit unveränderlichem Dämpfungsfaktor und ein optischer Dämpfer 33 mit veränderlichem Dämpfungsfaktor angeordnet.

Für die Meßlichtimpulse muß, wie bereits erwähnt, die Innendämpfung Innerhalb eines sehr hohen Bereiches verändert werden, da sich die Außendämpfung In einem entsprechend großen Bereich ändern kann. Das angestrebte Ziel Ist dabei immer, das Verhältnis der kleinsten zur maximalen auf die Empfangsphotodiode aultreffenden Lichtintensität in dem vom Empfänger 23 verarbeitbaren Dynamikbereich von 1 : 36 zu halten, das gegebenenfalls noch mit dem Verhältnis (1 : 5) zu multiplizieren ist, das durch die Umschaltung der Senderleistung erzielt werden kann; dies wird dadurch erreicht, daß bei großer Außendämpfung eine entsprechend kleine Innendämpfung und gegebenenfalls eine hohe Senderleistung und umgekehrt bei kleiner Außendämpfung eine entsprechend große Innendämpfung und gegebenenfalls eine kleine Senderleistung gewählt wird.

Aus diesem Grund kann die Änderung der Amplitude der an der Empfangsphotodiode eintreffenden Meßlichtimpulse höchstens in einem Bereich von 1 :36 bzw. I : 180 liegen und der im Referenzlichtweg eingebaute steuerbare optische Dämpfer 33 muß lediglich in der Lage sein, die Referenzlichtimpulse in diesem Verhältnis abzuschwächen, während der restliche Bereich von 1:3-I0⁷ von dem festen Dämpfungsfilter 83 und dem schrägstehenden, teildurchlässigen Spiegel 85 erledigt werden kann. Nimmt man beispielsweise an, daß der schrägstehende Spiegel, was für eine möglichst geringe Bedämp-

lung des Meßllchtes erforderlich Ist, 99% des auftreffen- Empfangs-Meßllchtweg nicht gestört. Für große und sehr den Lichtes geradlinig durchläßt und nur 1% ablenkt, große Entfernungen kann wegen der länglichen Ausblld. h. also für dps Referenzlicht einen Dämpfungsfaktor dung der Sendellchtöffnungen 60 und 61 der erfordervon 1 : 100 liefert, so muß das Dämpfungsfllter 83 einen liehe zeltliche Vorhalt ebenfalls unter Einhaltung der Dämpfungsfaktor von etwa 3 · 10~⁵ besitzen. 5 obigen Bedingung durchgeführt werden.

Im Restbereich von 1:36 bzw. 1:180 erfolgt die Zu der den steuerbaren optischen Dämpfer 33 bllden-

Anp^ssung der Amplituden der Referenzlichtimpulse an den Graukeilscheibe 80 bzw. einem entsprechenden die uer Meßllchtlmpulse dadurch, daß auch das von dem PLZT- oder PLMNZT-Scheibchen sei noch angemerkt, oben erwähnten Gleichrichter beim Empfang eines Refe- daß es vorteilhaft Ist, Ihren Dämpfungsbereich mit renzllchtlmpulses abgegebene Gleichspannungssignal In io beispielsweise 1 : 72 bzw. 1 : 360 doppelt so groß wie den der Sample-ard-Hold-Schaltung zwischengespeichert durch den Empfänger 23 gegebenenfalls gemeinsam mit und digitalisiert und der so erhaltene Digitalwert mit dem Sender 1 vorgegebenen Dynamikbereich von 1 :36 dem zuvor gewonnenen Digitalwert des zugehörigen bzw. 1 : 180 zu wählen. Dadurch läßt sich vorbeugend Meßlichtimpulses verglichen wird. Ist die Abweichung der Tatsache Rechnung tragen, daß die Leistung der größer als ein vorgegebener Toleranzbereich, so wird mit 15 Sendedlode Im allgemeinen Im Lauf der Zelt auf die ■;

entsprechenden über die Leitung 41 zugeführten Befehls- Hälfte abnimmt. Außer einer entsprechenden Verkür- ;;

Signalen der Schrittmotor 81 so verstellt, daß die Grau- zung der maximal meßbaren Entfernung hat dies welter ■'■;{

keilscheibe 80 den nächsten Referenzlichtimpuls In der keine nachteiligen Folgen, wenn man durch die obige *r

richtigen Welse abschwächt. Maßnahme Im Referenzlichtweg i i für einen entspre- <·.■·.

Sind auf diese Welse sowohl für die Meßllchtlmpulse 20 chenden Ausgleich sorgt. -L

als auch für die Referenzlichtimpulse die richtigen ]i

Dämpfungswerte gefunden, so kann die oben erwähnte B Serie von Meßlicht- und Referenzllcht-Laufzeltmessun- Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

gen und Elchvorgängen ablaufen und es können aus den

dabei gewonnenen Einzelmeßwerten Mittelwerte gebildet 25 ;

werden, aus denen dann der gesuchte Entfernungsmeßwert berechnet werden kann.

Von besonderer Wichtigkeit Ist dabei, daß der gesamte Empfangskanal und Insbesondere auch die Zeltmeß- j

schaltung 25 streng periodisch betrieben werden, damit 30 ;!

die Meßgenauigkeit auf die oben angegebenen Werte ;,j

gebracht werden kann. Ein besonderer Vorteil der eben -^:;

beschriebenen Ausführungsform des Llchtwegumschat- 0

ters 10 besteht darin, daß die rotierende Scheibe 55 einen f j

solchen streng periodischen Betrieb des Empfangskanals 35 Jj

und der nachgeschalteten Zeltmeßvorrichtung tatsäch- :j

Hch ermöglicht, nachdem einmal die richtige Dämpfung =j

gefunden ist. Die Scheibe 55 besitzt ja, wie man insbe- fe

sondere der F1 g. 4 entnimmt, jeweils drei Gruppen von ■;

Sendeilchtöffnungen 60 bis 65 und Spiegeln 70 bis 75 40 Y

und den zugehörigen Empfangslichtöffnungen 90 bis 95. Cj

Das bedeutet, daß bei jeder Drehung der Scheibe in exakt Γ;

gleichen Abständen drei Meßllchtlmpulse und dazwi- ;',

sehen verschachtelt drei Referenzllchtlmpulse abgegeben ij

und die zugehörigen Signallaufzelten ausgemessen 45 ;-

werden können. Zwar 1st der Zeitabstand zwischen dem '*<

Sendezeitpunkt und dem Empfangszeltpunkt eines Meß- ΐί

llchtimpulses von- der Entfernung des Zielgegenstandes -'^:

abhängig, doch kann dies durch einen entsprechenden ■-:.

zeitlichen Vorhalt der Ansteuerung des Trigger-Genera- 50 'jjjj

tors 3 ohne weiteres kompensiert werden. Zu diesem -"ij

Zweck ermittelt die zentrale Ablau fsteuerungs-, Rechen- 0

und Auswerteeinheit 30 mit einem noch keine strenge ά

Periodizität zu den weiteren Meßvorgängen aufweisen- ;|

den ersten Meßversuch die ungefähre Entfernung des 55 jgj

Zielgegenstandes, die wegen der Aperiodizität der Meßabläufe noch mit einem Im Vergleich zu angestrebten Genauigkeit von ± 1 mm beträchtlichen Fehler behaftet sein kann. Dennoch Ist diese Entfernungsbestimmung genügend genau, um dann den für eine strenge Periodizi- 60 tat der weiteren Meß- und Referenzschüsse erforderlichen zeitlichen Vorhalt berechnen zu können. Da, wie bereits erwähnt, für kurze und mittlere Entfernungen die Laufzeit der Meßlichtimpuls Im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe 55 keine Roiie spielt, wird 65 durch den eben erwähnten zeitlichen Vorhalt die Bedingung der Volldeckung der Sende- und Empfangslicht-Öffnungen mit dem Sende-Meßlichtweg bzw. dem

Claims (27)

Patentansprüche:

1. Dynamik-Steuerungsanordnung für ein Entfernungsmeßgerät nach dem Prinzip der Laufzeltmes- s sung eines Meßlichtimpulses, der von einem durch einen Trigger-Generator angesteuerten Sender erzeugt, Ober eine Sendeoptik zum Zielgegenstand ausgesandt, von diesem reflektiert und vom Meßgerät mittels einer Empfangsoptik empfangen und auf einen elektrooptischen Empfänger gelenkt wird, der in Antwort hierauf ein elektrisches Signal zur Beendigung der Laufzeitmessung erzeugt, wobei der vom Sender zur Sendeoptik führende Lichtweg eine Verzweigungsstelle aufweist, an der vom Sender kommendes Licht in einen gerateintern unmittelbar zum Empfänger fahrenden Referenzlichtweg einspeisbar 1st, dadtt'ch gekennzeichnet, daß an der Verzweigungssteiie ein Lichtwegumschaiter (IG) angeordnet ist, durch den ein vom Sender (1) erzeugter Lichtimpuls bei jedem Meßschub dem zur Sendeoptik (16) fahrenden Sende-Meßllchtweg (15) und bei jedem Referenzschuß dem Referenzlichtweg (11) zufahrbar Ist und daß der Trlggf r-Generator (3) bei den Meßschüssen und/oder den Referenzschassen zeitlich so steuerbar ist, daß jeweils ein vorgebbarer Teil der vom Sender (1) In einem Lichtimpuls abgegebenen Lichtmenge zum Empfanger (23) gelangt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der LichtwegumscNlter (10) beweglich Ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwegumschalter (10) eine periodische Bewegung ausführt.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trigger-Generator (3) zeltlich so steuerbar ist, daß durch die entsprechende wirksam werdende Stellung des Lichtwegumschalters (10) zur Erzielung der gewünschten Dämpfung ein vorgebbarer Teil der in dem jeweiligen Lichtimpuls enthaltenen Lichtmenge In einen einzigen weiterführenden Abschnitt (IS bzw. 32) des Meßlichtweges (15, 19) oder des Referenzlichtweges (11) einspeisbar Ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trigger-Generator (3) zeitlich so steuerbar Ist. daß durch die entsprechende wirksam werdende Stellung des Lichtwegumschalters (10) zur Erzielung der gewünschten Dämpfung die gesamte in dem jeweiligen Lichtimpuls enthaltene Lichtmenge in einen ausgewählten von mehreren funktional zueinander parallelen Abschnitten des Meßlichtweges oder des Referenzlichtweges einspeisbar Ist, wobei jeder dieser Abschnitte ein Dämpfungselement mit einem anderen Dämpfungsfaktor ausweist.

6. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trigger-Generator (3) zeitlich so steuerbar ist, daß durch die entsprechende wirksam werdende Stellung des Lichtwegumschalters (10) die gesamte In dem jeweiligen Lichtimpuls enthaltene Lichtmenge In einen einzigen weiterführenden Abschnitt (15 bzw. 32) des Meßlichtweges (15, 19) oder des Referenzlichtweges (11) einspeisbar 1st und daß In den Meßlichtweg (15, 19) bzw. den Referenzllchtweg (11) In Abhängigkeit von der momentanen Stellung des Llchwegumschalters (10) jeweils ein anderes Dämpfungsfilter mit einem Dämpfungsfaktor der gewünschten Größe bringbar Ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtwegumschalter (10) ein periodisch hin- und herschwingender Spiegel (45) vorgesehen Ist, wobei die Meßlichtstellung (46) und die Referenzlichtstellung (47) so gewählt sind, daß sie nicht mit den Umkehrpunkten des Spiegels (45) zusammenfallen.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtwegumschalter (10) ein rotierendes Prisma mit spiegelnden Seitenflächen vorgesehen Ist, dessen Rotationsachse senkrecht zu den optischen Achsen der am Prisma endenden Lichtwege steht.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtwegumschaiter (10) eine beständig rotierende Scheibe (55) vorgesehen ist, deren Rotationsachse (56) parallel zu den optischen Achsen der an der Scheibe (55) endenden Lichtwege (7, 15, 19, 21) steht und die In Ihrem den vom Sender (i) kommenden Lichtweg (7) abdeckenden Bereich wenigstens eine das Senderlicht geradlinig durchlassende Öffnung (60 bis 65) und wenigstens einen das Senderlicht um einen vorgegebenen Winkel ablenkenden Spiegel (70 bis 75) aufweist, und daß der Sende-Meßllchtweg Π 5) zum Empfang des geradlinig durch die Scheibe (55) durchgelassenen Lichts und der Referenzlichtweg (11) zum Empfang des abgelenkten Lichts angeordnet sind.

10. Anordnung r.ach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (55) mehrere das Senderiicht durchlassende Öffnungen (60 bis 65) und mehrere das Senderllcht ablenkende Spiegel (70 bis 75) aufweist, daß alle Öffnungen (60 bis 65) und Spiegel (70 bis 75) denselben Abstand von der Rotationsachse (56) der Scheibe (5S) besitzen und daß in wenigstens einer (62 bis 65) der öffnungen (60 bis 65) ein das Senderllcht dämpfendes Filter angeordnet Ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (55) einen Bereich aufweist, der den von der Empfangsoptik (18) zum photoelektrischen Empfänger (23) führenden Empfangs-Meßllchtweg (19) überdeckt und daß In diesem Bereich eine Vielzahl von das Empfangslicht durchlassenden Öffnungen (90 bis 95) vorgesehen Ist. die alle denselben Abstand von der Rotationsachse (56) der Scheibe (55) aufweisen, und daß zumindest in einigen (91 bis 95) dieser Öffnungen (90 bis 95) jeweils ein das Empfangsllcht dämpfendes Filter angeordnet Ist. wobei sich die Dämpfungsfaktoren der verschiedenen Filter teilweise voneinander unterscheiden.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils η der das Empfangsllcht durchlassenden Öffnungen (90 bis 95) der Scheibe (55) zu einer Gruppe zusammengefaßt sind, die eine das Empfangsllcht ungedämpft durchlassende Öffnung (90) sowie n-\ Öffnungen (91 bis 95) aufweist, in denen jeweils ein Filter mit einem anderen Dämpfungsfaktor angeordnet ist, und daß In jeder Gruppe die dämpfungsfreie Öffnung (90) und die Öffnungen (91 bis 95) mit den Filtern mit unterschiedlichen Dämpfungsfaktoren In der gleichen Reihenfolge angeordnet sind.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsfaktoren der In einander entsprechenden Öffnungen (90 bis 95) verschiedener Gruppen angeordneten Filter einander gleich sind und daß sich die Dämpfungsfaktoren der

zu einer Gruppe gehörenden Filter jeweils voneinander um einen Faktor unterscheiden, der kleiner als das Verhältnis der größten zur kleinsten vom photoelektrischen Empfänger (23) und dem ihm nachgescihalteten Kanal verarbeitbaren. Signalamplitude ist.

14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsfaktoren der in einander entsprechenden Öffnungen (90 bis 95) verschiedener Gruppen angeordneten Filter einander gleich sind und daß sich die Dämpfungsfaktoren der to zu einer Gruppe gehörenden Filter jeweils voneinander um einen Faktor unterscheiden, der kleiner als das Produkt aus dem Verhältnis der größten zur kleinsten vom photoelektrischen Empfänger (23) und dem ihm nachgeschalteten Kanal verarbeitbaren Slgnalampli- is tude und aus dem Verhältnis der größten zur kleinsten vom Sender (1) abgebbaren Leistung ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß die das SenderHcht durchlassenden Öffnungen (60 bis 6S) der Scheibe (55) zu η Öffnungen umfassenden Gruppen zusammengefaßt sind, zwischen denen sich η Spiegel (70 bis 75) umfassende Gruppen von das Senderlicht ablenkenden Spiegeln befinden, daß jede der Gruppen von Öffnungen (60 bis 65) wenigstens eine in Um fangsrichtung verlängerte Öffnung (60, 61) umfaßt, in der kein Filter angeordnet ist, und daß in de.i übrigen Öffnungen (62 bis 65) unter einem von 90° verschiedenen Winkel schräg zur optischen Achse (ISa) stehende Dämpfungsfilter angeordnet sind, die alle denselben Dämpfungsfaktor aufweisen.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß Immer eine das Senderiicht durchlassende Öffnung (60 bis 65) bzw. ein das Senderlicht ablenkender Spiegel (70 bis 75) und eine das Empfangslicht durchlassende Öffnung (90 bis 95) mit ihren Mittelpunkten auf einem gemeinsamen von der Rotationsachse (56) der Scheibe (55) ausgehenden Radialstrahl angeordnet sind, und daß die Scheibe (55) wenigstens ein Loch (98) aufweist, das einen anderen Abstand von der Rotationsachse (56) aufweist, als die Öffnungen (60 bis 65 und 90 bis 95) und die Spiegel (70 bis 7S) und durch das bei jeder Umdrehung der Scheibe (55) einmal eine Lichtschranke (99, 100) freigebbar ist, deren Signal zur Feststellung der momentanen Lage der Scheibe (55) unc* zur Überwachung Ihrer Rotationsgeschwlndigkelt dient.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorgegebenen Winkelabstand vor jedem der die Mitte zweier Öffnungen bzw. einer Öffnung und eines Spiegels miteinander verbindenden Radialstrahlen ein die Lichtschranke freigebendes Loch (98) vorgesehen Ist und daß die beim Durchlaufen dieser Löcher (98) durch die Lichtschranlce (99, 100) abgegebenen Signaie zur Vorbereitung der Trlggerung eines Lichtimpulses dienen.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfangslichtweg (19, 21) zwischen der rotierenden Scheibe (55) und dem photoelektrischen Empfänger (23) ein telldurchlässlger Spiegel (85) schräg zur optischen Achse des Empfangsllchtweises angeordnet ist, durch den das Empfangslicht geradl'nlg hindurchtritt und durch den das vom Referenzlichtweg (11) kommende Licht umlenkbar und In den zum Empfänger (23) führenden Teil (21) des Hrnpfangsllchtweges (19, 21) elnkoppelbar lsi

19. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Im Referenzllchtweg (11) seriell hintereinander ein Dämpfungsglied (83) mit einem festen Dämpfungsfaktor und ein steuerbares Dämpfungsglied (33) mit einem veränderlichen Dämpfungsfaktor angeordnet sind.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von maximalem zu minimalem Dämpfungsfaktor des steuerbaren Dämpfungsgliedes (33) wenigstens gleich dem Produkt aus einem das alterungsbedingte Nachlassen der Senderleistung berücksichtigenden Zahlenwert und dem Verhältnis der maximalen zur minimalen Signalamplitude ist, die vom photoelektrischen Empfänger (23) und seinem nachgeschalteten Kanal noch verarbeitet werden können.

21. Anordnung nach Anspr.h 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis v~m maximalem zu minimalem Dämpfungsfaktor des steuerbaren Dämpfungsgliedes (33) wenigstens gleich dem Produkt aus einem das alterungsbedingte Nachlassen der f-enderlelstung berücksichtigenden Zahlenwert, dem Verhältnis der maximalen zur minimalen Signalamplitude, die vom photoelektrischen Empfänger (23) und seinem nachgeschalteten Kanal noch verarbeite; werden können, und dem Verhältnis der maximalen zur minimalen Leistung ist, die vom Sender (1) abgegeben werden kann.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Dämpfungsglied (33) eine durch einen Schrittmotor (81) verdrehbare Graukellscheibe (80) Ist.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche !9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Dämpfungsglied (33) ein PLZT- odei PLWNZT-Schelbchen ist.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis zi, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für das steuerbare Dämpfungsglied (33) durch Vergleich der verstärkten und gleichgerichteten Slgr>alamplituden gewinnbar ist, die der Photoempfänger (23) beim Empfang eines Meßlichtimpulses einerseits und beim Empfang eines Referenzlichtimpulses andererseits abgibt.

25. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem zur Erzeugung der verschiedenen benötigten Spannungen dienenden Zerhacker, dadurch gekennzeichnet, daß der Trigger-Generator (3) In Abhängigkeit von den Zerhackerschwingungen se steuerbar 1st, daß Beginn und Ende der Signal-Laufzeitmessungen in Zelträume fallen, in denen keine durch die Zerhackerflanken bedingten Störungen auftreten.

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25 mit einem zur Erzeugung der verschiedenen benötigten Spannungen dienenden Zerhacker, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltungsanordnung zum Unterdrücken der Schwingungen des Zerhai-kers In den Zeiträumen, In die Beginn und Ende einer Slgnai-Laufzeltmessung fallen können, und ein In diesen Zelträumen die .^r».romversorgung des Gerätes übernehmender Pufferkondensator vorgesehen sind.

27. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung des Slgnal/Rausch-Verhältnlsses ein In der Mittenfrequenz abstimmbares Interferenzfilter (87) In einem parallelen Lichtweg vor dem Empfänger (23)

angeordnet 1st.

Die Erfindung betrifft eine Dynamiksteuerungsanordnung für ein Entfernungsmeßgerät nach dem Prinzip der Laufzeltmessung eines Meßlfchtlmpulses gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein solches Entfernungsmeßgerät ist beispielsweise In der auf einer älteren deutschen Patentanmeldung beruhenden DE-OS ? l 03 567 beschrieben. Dort Ist die Verzweigungsstelle statisch, d. h. es wird jeder vom Sender emittierte Lichtimpuls In zwei Teile aufgespalten, von denen der eine als Meßllchtlmpuls zum Zlelgegenstand emittiert und der andere als Referenzlichtimpuls direkt der Dcickiüfcii'iricmung zugeführt wird, wobei bei großen Meßentfernungen letzterer zum Starten und ersterer zum Anhalten der Laufzeltmessung dient. Das Problem, die Intensität des emittierten Meßllchtlmpulses an die Reflektlvltät und Entfernung des Zielgegenstandes und die Intensität des Referenzlichtimpulses an die des reflektierten Meßllchtlmpulses anzupassen, wird dabei mit Hilfe von Dämpfungseinrichtungen gelöst, die in den Lichtweg zwischen Empfangsoptik und Detektorelnrlchtung bzw. In den Referenzlichtweg eingeschaltet sind und prinzipiell beliebiger Art sein können. Die eben erwähnten Anpassungen sind deshalb erforderlich, da die Intensität des empfangenen Meßllchtlmpulses aufgrund der genannten Ursachen sowie der Einflüsse der jewelllgen Lichtdurchlässigkeit des zwischen dem Meßgerät und dem Zielgcgenstand liegenden Mediums innerhalb weiter Grenzen schwanken kann. Da der Empfänger der Detektoreinrichtung eine im Vergleich zu diesem Amplltudenbere'ch des reflektierten LichtSmpulses geringe Dynamik besitzt. Ist es zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit erforderlich, die für eine große Meßreichweite hoch gewählte Intensität der vom Sender emittierten Llchtimpuise abzuschwächen, wenn sehr kleine Entfernungen und/oder die Entfernungen sehr gut reflektierender Zielgegenstände gemessen werden sollen. Da sich überdies das Ansprechverhalten des Empfängers in Abhängigkeit von der Intensität des auf den Photodetektor auffallenden Lichtimpulses ändern kann. Ist es zur Erzielung einer möglichst gleichartigen Verarbeitung von Meßiichtimpuis und Referenzlichtimpuls erforderlich, daß letzterer In etwa dieselbe Amplitude besitzt, wie der vom Zielgegenstand reflektierte Lichtimpuls. Bei sehr weit entfernten und/oder schlecht reflektierenden Zielgegenständen Ist es daher erforderlich, die Amplitude des SO Referenz-Lichtimpulses entsprechend zu verringern.

Hierfür in Frage kommende, bekannte Dämpfungseinrichtungen, wie Irisblenden oder einfahrbare Filter sind entweder vergleichsweise groß und reaktionsträge und daher für hohe Meßfrequenzen ungeeignet, oder kostspielig und nicht ohne weiteres einsetzbar.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Entfernungsmeßgerät der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die erforderliche Dämpfung der Lichtimpulsintensitäten auf einfache, kostengünstige und zuverlässige Art mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.

Bei einem. Entfemungsmeßgerät der eingangs genannten Art ist es wie In der auf einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung beruhenden DE-OS 32 19 423 beschrieben, auch möglich, die Laufzeitmessung nicht mit einem vom Meßlichtimpuls abgezweigten Referenzlichtimpuls sondern durch den vom Triggcrgcncrator abgegebenen elektrischen 1 rlggerlmpuls zu starten, der den Sender zur Abgabe eines Lichlmpulses veranlaßt, so daß hler also streng genommen keine Llchtimpulssondern eine Slgnal-Laufzeltmessung vorgenommen wird, wobei das Signal zunächst In elektrischer Form, dann als Lichtimpuls und dann wieder als elektrisches Signal auftritt. Der Einfluß der dabei während der beiden »elektrischen« Phasen auftretenden Signalverzögerungen und deren Schwankungs- und Drifterscheinungen auf das Meßergebnis wird dadurch beseitigt, daß unmittelbar vor und/oder nach dem Meßlicht-Impuls, der zum Zielgegenstand weltergeleltet wird, ein Referenzlichtimpuls In den gerätinternen Referenzlichtweg gelenkt wird, wobei ebenfalls die oben geschilderte Signal-Laufzeitmessung durchgeführt wird. In diesem Fall Ist die zeitliche Länge der »optischen« Phase genau bekannt, so daß die Signaiverzogerungen in den beiden »elektrischen« Phasen ermittelt und wegen der Kürze der Zeit, in der Meßschuß und Referenzschuß aufeinanderfolgen, mit den beim Meßschub aufgetretenen Signal Verzögerungen der dortigen »elektrischen« Phasen gleichgesetzt bzw. durch Subtraktion der so gewonnenen Meßwerte eliminier' werden können.

Für das dabei erforderliche Einspeisen des vom Sender emittierten Lichtimpulses einmal in den Meßlichtweg und einm^j In den Referenzlichtweg Ist ein Llchtweg-Umschalter vorgesehen, der sich bewegt und dabei entsprechende Meßlichtstellungen (Einspeisen des Licht-Impulses In den Meßlichtweg) und Referenzllchtstellungen (Einspeisen des Lichtimpulses In den Referenzllchtweg) durchläuft.

Dieser ohnehin erforderliche Llchtwegmmschalter kann nun gemäß Anspruch I gleichzeitig auch zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe herangezogen werden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Konzeptes, nämlich die Zeitpunkte des Auftreffens d«r Lichtimpulse auf den beweglichen Lichtweg-Umschalter so zu steuern, daß bedingt durch die momentane Stellung des Llchtweg-Umschalters die gewünschte Dämpfung erzielt wird, liegen die drei folgenden bevorzugten Varianten:

a) Im Ausgangsbereich des Llchtweg-Umschalters, der von einem periodisch schwingenden Spiegel, einem mit etwa konstanter Winkelgeschwindigkeit rotierenden Spiegelprisma oder einer mit etwa konstanter Winkelgeschwindigkeit rotierenden, Ablenkspiegel und Licht-Durchtrittsöffnungen aufweisenden Scheibe gebildet sein kann, liegt nur ein einziger weiterführender Einspelsungsabschnltt des Meßlichtweges und/oder ein einziger weiterführender Einspeisungabschnitt des Referenzlfchtweges. Zur Erzielung einer beispielsweise 50%i|»en Dämpfung wird dabei dafür gesorgt, daß ein Lichtimpuls zu einem solchen Zeitpunkt auf den Spiegel, das Spiegelprisma oder die rotierende Scheibe trifft, daß durch die momentane Stellung des Lichtweg-Umschalters bedingt nur die Hälfte der in dem Lichtimpuls enthaltenen Lichtmenge in das Eintrittsfenster des weiterführenden Lichtweges fällt, während die andere Hälfte daran vorbeiläufl und/oder absorbiert wird. Zur Erzielung einer geringeren oder größeren Dämpfung werden entsprechend andere Auftreffzeitpunkte für den Lichtimpuls auf den Lichtweg-Umschalter gewählt, um den in den weiterführenden Lichtweg fallenden Lichtanteil zu vergrößern oder zu verkleinern. Der Vorteil einer solchen mil einer variablen TcilüberdcckuiiE