DE19516324A1

DE19516324A1 - Remote object position, shape and movement parameter measurement method for e.g. LIDAR

Info

Publication number: DE19516324A1
Application number: DE19516324A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Dr Grunwald; Hartmut Dr Zimmermann
Original assignee: GOS GES ZUR FOERDERUNG ANGEWAN
Current assignee: GOS GES ZUR FOERDERUNG ANGEWAN
Priority date: 1995-04-24
Filing date: 1995-04-24
Publication date: 1996-10-31

Abstract

The method employs a matrix-type laser beam with one wave length or a number of beams with several wavelengths as a spatial scale or scales. The spatial and time structure of the rays reflected or scattered by the object or their interference with the rays unaffected by the object or with a local laser oscillator is analysed. The part rays of the matrix type laser beam or beams have a high degree of phase coupling and the source of the laser beam for sampling the laser beams and for the laser oscillator can be the same.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Lage-, Form- und Bewegungsparametern, vorrangig der Entfernung und Geschwindigkeit, entfernter Objekte mit segmentierten Laserstrahlen sowie Laseranordnungen zur Erzeugung der selbigen. Die erzeugten segmentierten Strahlen können dabei untereinander in festen Phasenbeziehungen stehen. Erfindungsgemäß wird eine Matrix aus Einzelstrahlen von vorzugsweise Impulslasern als räumliche Skala verwendet und zeitlich periodisch über das zu vermessende Objekt bzw. mit dem Objekt mitgeführt, wobei eine zeitliche Auflösung durch Impulsbetrieb erreicht werden kann. Die Strahlmatrix wird passiv aus einem gegebenen Laserstrahl mit Hilfe speziell geformter Mikrolinsenarrays als Arraygeneratoren oder aktiv mittels phasengekoppelter segmentierter Laser erzeugt. Letztere enthalten als Rück- und Auskoppelelemente reflektiv-refraktive Mikrospiegel-Arrays mit lokalen und/oder globalen Gradienten von Reflexionsvermögen und Phase, die eine gezielte Strahlformung gestatten. Die Scan-Bewegung wird vorzugsweise von Impuls zu Impuls mit akustooptischen Deflektoren realisiert.The invention relates to a method for measuring Location, shape and movement parameters, primarily the Distance and speed, distant objects with segmented laser beams and laser arrangements for Generation of the same. The segmented generated Rays can be fixed in one another There are phase relationships. According to the invention Matrix of individual beams, preferably pulse lasers used as a spatial scale and periodically over time about the object to be measured or with the object carried along with a temporal resolution Impulse operation can be achieved. The ray matrix becomes passive using a given laser beam specially shaped microlens arrays as Array generators or active using phase-coupled segmented laser generated. The latter contain as Feedback and decoupling elements reflective-refractive Micromirror arrays with local and / or global Gradients of reflectivity and phase, the one allow targeted beam shaping. The scan movement is preferably from pulse to pulse with realized acousto-optical deflectors.

Das vorgeschlagene Verfahren mit den zugehörigen Anordnungen dient zur Messung der Lage, Form- und Bewegungseigenschaften entfernter bewegter Objekte. Die spezifische Matrixgeometrie in Verbindung mit klassischen Scan-Techniken gestattet es, wegen der simultanen 2D-Abtastung und durch die Matrixstruktur gegebenen Möglichkeiten zur optischen Vorfilterung ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis sowie eine höhere Meßgeschwindigkeit zu erreichen. Durch gleichzeitige Messung mit mehreren phasen-gekoppelten Teilstrahlen kann ein Mehrkanal-Laserradar realisiert werden. Ferner ist der Aufbau kohärenter Mehrkanal-Interferometer möglich. Bei separater Codierung der Teilstrahlen der Laserstrahlmatrix ergeben sich des weiteren Anwendungen zur Positionsbestimmung, wobei die Detektion auch vom bewegten Objekt aus erfolgen kann (Sektorenkennung, Laserleuchtfeuer, Leitsysteme), sowie neuartige Anordnungen zur mehrkanaligen Freiraum- Signalübermittlung. Für sicherheitstechnische Anwendungen (Objektschutz, Arbeitsschutz) lassen sich auch segmentierte Lichtschranken oder Lichtvorhänge realisieren, die eine Lokalisierung einer Schutzraumverletzung, eines Objektes oder einer Person und eine Klassifizierung oder Erkennung von Objekten nach Größe und Form erlauben (Verkehrsflußüberwachung, Fließbandsortierung, Füllhöhenkontrolle, Vermessung von Fischschwärmen etc.) The proposed procedure with the associated Arrangements are used to measure the position, shape and Movement properties of distant moving objects. The specific matrix geometry in connection with classical scanning techniques allow because of the simultaneous 2D scanning and through the matrix structure given options for optical pre-filtering improved signal-to-noise ratio as well as a higher one To achieve measuring speed. By simultaneous Measurement with several phase-coupled partial beams a multi-channel laser radar can be implemented. Further is the construction of coherent multichannel interferometers possible. If the partial beams of the Laser beam matrix also result in further applications for position determination, the detection also from moving object can take place (sector identification, Laser beacons, guidance systems), as well as new types Arrangements for multi-channel free space Signal transmission. For safety-related Applications (property protection, occupational safety) can be also segmented light barriers or light curtains realize the localization of a Shelter violation, an object or a person and a classification or recognition of objects allow for size and shape (traffic flow monitoring, Assembly line sorting, level control, measurement of Schools of fish etc.)

Aus der Literatur bekannt sind eine Vielzahl technischer Lösungen zur Detektion der Parameter bewegter distanter Objekte mit Laserradar.A large number are known from the literature technical solutions for the detection of parameters moving distant objects with laser radar.

Publiziert wurden unterschiedlichste Verfahren und Anordnungen zur Messung von Entfernungen, Richtung, Geschwindigkeit, Rotation, Form, spektralen Eigenschaften und Raumfrequenzfilterung bis hin zur Ziel- und Szeneerkennung, die zumeist komplizierte Komponenten zum Scannen der Richtung (G. Born, G. Sepp, D. Siemsen, MBB, Verfahren zur Zielerkennung, DE 05 3225474 A1, G01S 17/88, 8.7.1982 Anm., 19.1.1984 OS) oder zum Wobbeln des Abstrahl-Öffnungswinkels, wie z. B. periodisches Zoomen mit Objektiv (G. Born, MBB: Verfahren zur Störzeichen (Cluster-Unterdrückung bei Doppler-Lidar-Geräten, DE AS 2930937 B2, G01S 17/50, 31.7.1979 Anm., 5.2.1981 OS), voraussetzen.Published A wide variety of procedures and arrangements have been developed Measurement of distances, direction, speed, Rotation, shape, spectral properties and Spatial frequency filtering down to the target and Scene detection, the mostly complicated components to scan the direction (G. Born, G. Sepp, D. Siemsen, MBB, method for target recognition, DE 05 3225474 A1, G01S 17/88, 8.7.1982 note, 19.1.1984 OS) or at Sweeping the beam opening angle, such as B. periodic zooming with lens (G. Born, MBB: Procedure for interference signals (cluster suppression at Doppler lidar devices, DE AS 2930937 B2, G01S 17/50, July 31, 1979 Note, February 5, 1981 OS).

Bekannt ist die Ausnutzung der Laufzeit von Lichtimpulsen für die Entfernungsbestimmung (FR-PS 1585137) sowie die Messung von Geschwindigkeiten über die Dopplerverschiebung. Dafür sind frequenzstabile cw-Laser als lokale Oszillatoren (LO) erforderlich, oder man nutzt die Überlagerung eines reflektierten Impulslasersignals mit einem LO (DE OS 2319082). Zur Bestimmung von Entfernung und Radialgeschwindigkeit des Objekts lassen sich vorteilhafterweise getrennte Kanäle benutzen, wobei auch direkte Messung ohne Überlagerung möglich ist (FR-PS 2081184).It is known to use the term of Light pulses for distance determination (FR-PS 1585137) and the measurement of speeds above the Doppler shift. But are frequency stable cw laser required as local oscillators (LO), or you use the overlay of a reflected one Pulse laser signal with a LO (DE OS 2319082). For Determination of distance and radial speed of the Objects can advantageously be separated channels use, also direct measurement without overlay is possible (FR-PS 2081184).

Anordnungen zur Erzeugung von Strahlarrays mit passiven oder aktiven optischen Systemen als solche entsprechen ebenfalls weitgehend dem Stand der Technik. Bekannt ist beispielsweise die Anregung matrixförmiger Supermoden in einem Festkörperlaser mit Hilfe eines absorbierenden Lochblenden-Arrays im Resonatorinneren (S. De Silvestri, V. Magni, O. Svelto: "Modes of resonators with mirror reflectivity modulated by absorbing masks", Appl Opt. Vol. 28, 3684-3690, 1989) sowie eine verbesserte Anordnung, bei zur Vermeidung der Absorptionsverluste Mikro-Spiegel-Arrays anstelle der Lochmaske verwendet werden (R. Grunwald, U. Griebner, D. Schäfer: "Graded reflectivity micro-mirror arrays", 16th Congr. of the Int. Commission for Optics, Budapest 1993, poster WIP 1.21, in: SPIE Proc. Band 1.983, pp. 49-50, 1993; R. Grunwald, U. Griebner: Segmented solid-state laser resonators with graded reflectance micro-mirror arrays. - Pure Appl. Opt. 3 (1994), 435- 440). Arrays mit einhüllenden Reflexionsfunktionen wurden in Talbot-Resonatoren zur Strahlformung benutzt (R. Grunwald, U. Griebner, R. Koch: "Phase-coupled multiple-beam solid-state laser with Talbot-resonator", - CLEO ′94, Anaheim, USA, May 8-13, 1994, paper CFE2, Technical Digest, 410). Mehrfach-selbstabbildende Resonatoren wurden für Mehrwellenlängen-Anwendungen entwickelt (R. Grunwald, U. Griebner, R. Ehlert: Microlens arrays for segmented laser architectures. - Photonics West ′95, San Jose, Feb. 2-10, 1995). Bekannt ist weder die Kombination selbstabbildender segmentierter Impulslaser mit steuerbaren Strahlführungssystemen und räumlich selektiver Detektionselektronik noch das Verfahren der kohärenten Mehrkanal-Homodyne-Messung mit entsprechenden phasensynchronen Matrixlasern.Arrangements for generating beam arrays with passive or active optical systems as such also largely the state of the art. Is known for example the excitation of matrix-like supermodes in a solid-state laser with the help of an absorbent Pinhole arrays inside the resonator (S. De Silvestri, V. Magni, O. Svelto: "Modes of resonators with mirror reflectivity modulated by absorbing tasks ", Appl Opt. Vol. 28, 3684-3690, 1989) and one improved arrangement, in order to avoid the Absorption losses micro-mirror arrays instead of Shadow mask can be used (R. Grunwald, U. Griebner, D. Schäfer: "Graded reflectivity micro-mirror arrays", 16th congr. of the int. Commission for Optics, Budapest 1993, poster WIP 1.21, in: SPIE Proc. Volume 1,983, pp. 49-50, 1993; R. Grunwald, U. Griebner: Segmented solid-state laser resonators with graded reflectance micro-mirror arrays. - Pure appl. Opt. 3 (1994), 435- 440). Arrays with enveloping reflection functions have been used in Talbot resonators for beam shaping (R. Grunwald, U. Griebner, R. Koch: "Phase-coupled multiple-beam solid-state laser with Talbot resonator ", - CLEO ′94, Anaheim, USA, May 8-13, 1994, paper CFE2, Technical Digest, 410). Multiple self-imaging Resonators have been used for multi-wavelength applications developed (R. Grunwald, U. Griebner, R. Ehlert: Microlens arrays for segmented laser architectures. - Photonics West '95, San Jose, Feb. 2-10, 1995). Known is neither the combination self-imaging segmented pulse laser with controllable Beam guidance systems and spatially selective Detection electronics still use the method of coherent Multi-channel homodyne measurement with corresponding phase-synchronous matrix lasers.

Nachteilig bei bisher bekannten Anordnungen und Verfahren ist, daß für sequentielle Abtastung entfernter Objekte extrem schnelle Scan-Techniken benötigt werden, insbesondere wenn sich Lage und Form der Objekte mit großer Geschwindigkeit verändern. Dabei können sichere Aussagen über Größe und Form der Objekte (Erkennung) erst nach hinreichend vielen Abtastschritten geliefert werden. Die Erzeugung von Matrizen phasenkohärenter Laserstrahlen mit konventionellen Techniken stellt ferner enorme Anforderungen an die Qualität der verwendeten optischen Komponenten.A disadvantage of previously known arrangements and Procedure is that for sequential scanning distant objects extremely fast scanning techniques are needed, especially if location and shape of objects change at high speed. Here can make reliable statements about the size and shape of objects (Detection) only after a sufficient number Scan steps are delivered. The generation of Matrices of phase-coherent laser beams with conventional techniques also represents enormous Requirements for the quality of the optical used Components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe einer Matrix phasengekoppelter Laserstrahlen hoher Strahlqualität eine verbesserte, räumlich und zeitlich hochaufgelöste, möglichst rauscharme, schnelle Messung von Lage-, Form- und Bewegungsparametern entfernter Objekte zu erreichen und Meßverfahren und Anordnungen anzugeben, welche es gestatten, bei möglichst kompakter Bauweise, d. h. mit möglichst wenig externen optischen Komponenten, matrixförmige Laserstrahlen auf einer oder mehreren Wellenlängen mit untereinander festen Phasenbeziehungen zu erzeugen, die sich zur simultanen Abtastung ausgedehnter distanter Objekte eignen und deren Teil strahlen sich mit geeigneten Mitteln hinsichtlich ihrer Amplitude steuern oder vorprägen lassen.The invention has for its object with the help a matrix of phase-coupled high laser beams Beam quality an improved, spatially and temporally high-resolution, low-noise, fast measurement more distant from location, shape and movement parameters Reach objects and measurement procedures and arrangements specify which allow to be as compact as possible Construction, d. H. with as little external optical as possible Components, matrix-shaped laser beams on one or several wavelengths with one another fixed To generate phase relationships that are simultaneous Suitable for scanning extensive distant objects and their part shine with suitable means control or emboss with regard to their amplitude to let.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß entweder matrixförmige kohärente Laserstrahlen mit Hilfe selbstabbildender oder mehrfach-selbstabbildender Laserresonatoren oder mit externen mikrooptischen Arraykomponenten (Mikrolinsen-Arrays) generiert, mit oder ohne zusätzliche Optiken (z. B. Teleskope) in Richtung der zu vermessenden Objekte abgestrahlt sowie die reflektierte oder gestreute Strahlung direkt oder nach Mischung mit der erzeugenden Laserstrahlung oder mit einem lokalen Oszillator detektiert und die entstehenden Signale hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs von Amplitude und Frequenz analysiert werden.According to the invention, the object is characterized by the features in characterizing part of claims 1 and 11 solved. Appropriate configurations are in the subclaims contain. It is particularly advantageous that either using matrix-shaped coherent laser beams Help self-mapping or multiple self-mapping Laser resonators or with external micro-optical ones Array components (microlens arrays) generated with or without additional optics (e.g. telescopes) in Direction of the objects to be measured as well as the reflected or scattered radiation directly or after mixing with the generating laser radiation or detected with a local oscillator and the resulting signals with regard to the temporal The course of amplitude and frequency can be analyzed.

Die Matrixstrahlen bilden dabei infolge ihrer regelmä ßigen Anordnung (z. B. Büschel mit hexagonalem Quer schnitt) eine Winkelskala im Raum. Informationen über Objekteigenschaften ergeben sich aus der Laufzeit (Entfernungen), Frequenzverschiebungen (Geschwindigkeiten) Vorzeichen der Frequenzverschie bungen (Richtungen der Geschwindigkeitsvektoren). Diese Informationen können zusätzlich mit dem jeweiligen Ka nal gekoppelt sein, wenn einzelne Teilstrahlen bezüg lich Phase und Amplitude unterschiedlich codiert wer den, was z. B. mit Hilfe von räumlichen Lichtmodulatoren erreicht wird.As a result, the matrix beams form regularly arrangement (e.g. tufts with a hexagonal cross cut) an angular scale in space. information about Object properties result from the runtime (Distances), frequency shifts (Velocity) sign of the frequency shift exercises (directions of the velocity vectors). These Information can also be provided with the respective Ka be coupled if individual partial beams refer Lich phase and amplitude coded differently what z. B. with the help of spatial light modulators is achieved.

Mittels akustooptischer oder anderweitiger Ablenkein heiten kann der Matrixstrahl über das Objekt geführt werden, wenn die Objektbewegung langsam erfolgt oder sich das Objekt in Ruhe befindet. Somit ist es möglich, simultan eine Matrix von Meßpunkten abzutasten und gegenüber herkömmlichen Verfahren in gleichen Zeitintervallen wesentlich mehr Informationen über entfernte Objekte aufzunehmen bzw. mehrkanalig zu übermitteln.By means of acousto-optical or other distraction The matrix beam can be guided over the object if the object movement is slow or the object is at rest. So it is possible to simultaneously scan a matrix of measuring points and compared to conventional methods in the same Time intervals much more information about record distant objects or multi-channel to transfer.

Die Eigenschaften der Laserstrahlmatrix von Lasern mit selbstabbildenden oder mehrfach-selbstabbildenden Resonatoren lassen sich mit Hilfe spezieller mikrooptischer Arraykomponenten beeinflussen. Solche Komponenten weisen lokale oder globale Phasen- und/oder Reflexionsverläufe, vorrangig in Form von Gauß- oder Super-Gauß-Profilen, auf. Aufgrund der regelmäßigen Strahlmatrix kann das Signal-Rausch-Verhältnis durch angepaßte optische Vorfilterung (z. B. mit holografischen Filtern) zusätzlich verbessert werden.The properties of the laser beam matrix of lasers with self-imaging or multiple self-imaging Resonators can be created using special affect micro-optical array components. Such Components have local or global phase and / or Reflection courses, primarily in the form of Gaussian or Super Gauss profiles, on. Because of the regular Beam matrix can change the signal-to-noise ratio adapted optical pre-filtering (e.g. with holographic filters) can also be improved.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on exemplary embodiments explained in more detail. Show it:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Anordnung zur Messung der Entfernung eines Objektes bekannter Größe. Fig. 1 is a schematic representation of an arrangement for measuring the distance of an object of known size.

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Anordnung zur Realisierung eines Lichtvorhanges Fig. 2 is a schematic representation of an arrangement for realizing a light curtain

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Laser- Radar-Anordnung. Fig. 3 is a schematic representation of a laser radar arrangement.

Embodiment 1

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete einfache Anordnung zur Messung der Entfernung eines Objektes bekannter Größe. Als Quelle dient hierbei ein blitzlampengepumpter Impuls- Festkörperlaser mit einem Nd:Glas-Stab (NG) von 9 cm Länge und 3 mm Durchmesser als aktivem Medium, einem hochreflektieren Spiegel (M) und einem Mikro- Gradientenspiegel-Array (GM). M und GM befinden sich in einer Entfernung, die dem Vielfachen einer Talbot- Distanz entspricht, und bilden somit einen selbstabbildenden Resonator. Emittiert wird ein matrixförmiger Strahl (MB), der aus etwa 200 Teilstrahlen mit nahezu beugungsbegrenzter Divergenz zusammengesetzt ist. Die Divergenz der Teilstrahlen ist etwa um einen Faktor 10 geringer als die Divergenz der Einhüllenden der Matrix. Fig. 1 shows a simple arrangement according to the invention designed for measuring the distance schematically shows an object of known size. A flash lamp-pumped pulse solid-state laser with an Nd: glass rod (NG) of 9 cm in length and 3 mm in diameter serves as the source, a highly reflecting mirror (M) and a micro-gradient mirror array (GM). M and GM are at a distance that is a multiple of a Talbot distance, and thus form a self-imaging resonator. A matrix-shaped beam (MB) is emitted, which is composed of approximately 200 partial beams with almost diffraction-limited divergence. The divergence of the partial beams is approximately 10 times less than the divergence of the envelope of the matrix.

Wegen der bekannten Objektgröße genügt es, die Zahl der vom entfernten Objekt (DO) reflektierten Teilstrahlen zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird das Objekt DO mittels eines Objektivs (O) über ein Spektralfilter (F) auf eine Kamera (CCD) abgebildet. Mit einem Bildverarbeitungssystem (PRS) wird die Zahl der spektral relevanten Reflexionen in ausgezeichneten Richtungen (vertikal, horizontal) bestimmt und per Computer (COM) die Objektentfernung ermittelt. Die räumliche Auflösung des Verfahrens ist durch den Winkelabstand benachbarter Teilstrahlen gegeben und verhält sich umgekehrt proportional zur Entfernung. Die Selektion der Meßpunkte gegenüber Hintergrundstreuung wird durch Größenanalyse der Reflexe erreicht. Die beschriebene Anordnung kann zur u. a. auch Überwachung der Position von Maschinen und Anlagen, zur Füllstandsmessung, zur Beladungskontrolle und zur Flughöhenmessung von Flugkörpern eingesetzt werden.Because of the known size of the object, it is sufficient to count Partial rays reflected from the distant object (DO) to determine. For this purpose the object DO by means of an objective (O) via a spectral filter (F) imaged on a camera (CCD). With a Image processing system (PRS) is the number of spectrally relevant reflections in excellent Directions (vertical, horizontal) determined and per Computer (COM) determines the object distance. The spatial resolution of the procedure is through the Given angular spacing between adjacent beams and behaves inversely proportional to distance. The Selection of the measuring points against background scatter is achieved by analyzing the size of the reflexes. The described arrangement can for u. a. also surveillance the position of machines and systems for Level measurement, for loading control and for Flight altitude measurement of missiles can be used.

Embodiment 2

Das zweite Ausführungsbeispiel beschreibt als eine weitere erfindungsgemäße Meßanordnung einen in Fig. 2 dargestellten einfachen Lichtvorhang. Hierbei werden zwei matrixförmige Laserstrahlen mit Anordnungen wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben erzeugt (MB1, MB2). Die Meßstrecke ist hierbei als mehrkanalige Lichtschranke ausgeführt, wobei jedem Kanal ein Detektor zugeordnet ist (D1. . .D4). Die Auswertung erfolgt mit Mikrocontrollern (MC). Die Datenübermittelung zwischen einzelnen Parts der Anordnung erfolgt mittels optischer oder kabelgebundener Datenübertragungsstrecken (DT). Durch Bestimmung der Zahl und Lage der unterbrochenen Kanäle kann zwischen verschiedenen Objektklassen unterschieden werden (Menschen, Maschinen, Tiere, Nebel). Damit kann ein Sicherheitssystem aufgebaut werden, daß beispielsweise die Abschaltung von Anlagen in gefährlichen Bereichen (Hochspannung, Gleisanlagen) steuert oder bei unbefugtem Betreten von Arealen Alarm auslöst.The second exemplary embodiment describes as a further measuring arrangement according to the invention a simple light curtain shown in FIG. 2. Two matrix-shaped laser beams with arrangements as described in exemplary embodiment 1 are generated (MB1, MB2). The measuring section is designed as a multi-channel light barrier, with each channel being assigned a detector (D1 ... D4). The evaluation is carried out with microcontrollers (MC). The data transmission between individual parts of the arrangement takes place by means of optical or wired data transmission links (DT). By determining the number and location of the interrupted channels, a distinction can be made between different object classes (people, machines, animals, fog). This can be used to set up a security system that, for example, controls the shutdown of systems in dangerous areas (high voltage, track systems) or triggers an alarm when unauthorized entry into areas.

Embodiment 3

Das dritte, in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Laser-Radar-Anordnung zur Bestimmung von Entfernung, Form, Richtung und Geschwindigkeit bewegter Objekte.The third exemplary embodiment shown in FIG. 3 includes a laser radar arrangement for determining the distance, shape, direction and speed of moving objects.

Hierbei wird ein matrixförmiger kohärenter Laserstrahl (MB) mit einer Anordnung analog der in Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen erzeugt und die vom Meßobjekt (DO) der Ausdehnung G reflektierten Lichtsignale elektronisch detektiert (CCD). Die Entfernung d wird aus der Laufzeit der Impulsflanken ermittelt. Informationen über die Form ergeben sich aus der reflektierten Matrix, sofern genügend viele Teilstrahlen auf das Objekt treffen. Richtung und Geschwindigkeit werden aus der vorzeichenbehafteten Dopplerverschiebung der Laserfrequenz bestimmt. Zunächst werden mit einem Strahlteiler das vom Objekt in den relevanten Raumwinkel reflektierte Lichtsignal auf einen schnellen Detektor (D1) sowie das Sender- Signal auf einen Referenzdetektor (RD) gelenkt und in einer elektronischen Auswerteschaltung (AE1) miteinander verglichen sowie aus der Zeitdifferenz der Flanken die Impulslaufzeit bestimmt. Der reflektierte Laserstrahl wird mit einem Teleskop (T) erfaßt, nach Teilung an einem zweiten Strahlteiler (BS) mit sich selbst (wie im Bild dargestellt) oder einem lokalen Oszillator (LO) stabiler Frequenz überlagert und die entstehende Schwebung mit einem schnellen Detektor (D2) gemessen und mit einer zweiten Auswerteschaltung (AE2) analysiert. Mit einer Scan-Vorrichtung (SCAN) kann der Strahl von Impuls zu Impuls dem Objekt nachgeführt werden und/oder während des Impulses über das Objekt bewegt werden. Die Verarbeitung und Kalibrierung sämtlicher Signale sowie Datenformatierung und -ausgabe erfolgt in einem Zentralcomputer (CCOM).Here, a matrix-shaped coherent laser beam (MB) with an arrangement analogous to that in Embodiment 1 described generated and from Measurement object (DO) of the extension G reflected Light signals electronically detected (CCD). The Distance d is the runtime of the pulse edges determined. Information about the form is derived from the reflected matrix, provided there are enough Hit partial beams on the object. Direction and Speed will be from the signed Doppler shift of the laser frequency determined. First, with a beam splitter, the object light signal reflected in the relevant solid angle to a fast detector (D1) and the transmitter Signal directed to a reference detector (RD) and in an electronic evaluation circuit (AE1) compared with each other and from the time difference of the Edges the pulse transit time determined. The reflected Laser beam is detected with a telescope (T), after Division with a second beam splitter (BS) yourself (as shown in the picture) or a local Oscillator (LO) stable frequency superimposed and the resulting beat with a fast detector (D2) measured and with a second evaluation circuit (AE2) analyzed. With a scanning device (SCAN) the Beam traces the object from pulse to pulse and / or during the impulse over the object be moved. Processing and calibration all signals as well as data formatting and output takes place in a central computer (CCOM).

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination der Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to that described here Embodiments limited. Rather it is possible by combining the features more Realize design variants without the frame to leave the invention.

Claims

1. A method for measuring the position, shape and movement parameters of distant objects, characterized in that a matrix-shaped laser beam of one wavelength or several matrix-shaped laser beams of several wavelengths serve as a spatial scale or scales, the spatial and temporal structure of the reflected from the objects or scattered radiation or its interference with the radiation unaffected by the measurement object or with a local laser oscillator is analyzed.

2. The method according to claim 1, characterized, that the partial beams of the matrix Laser beam or the laser beams highly are phase-locked.

3. The method according to claim 1, characterized, that the laser source is scanning the object Beam matrix or matrices and the local one Laser oscillator are identical.

4. The method according to claim 1, characterized, that on the receiver side one of the matrix geometry of the Adapted spatial frequency filtering with beam preferably holographic filters.

5. Laser arrangement for realizing the method Claim 1 characterized, that a matrix beam by means of an outside of a Laser resonators placed microlens arrays is produced.

6. Laser arrangement for realizing the method Claim 1 characterized, that the matrix beam by means of a self-imaging or multiple self-imaging Laser resonator is generated and the partial beams have fixed phase relationships with each other.

7. Laser arrangement according to claim 5 or 6, characterized, that the entire matrix beam or more Matrix beams simultaneously or independently of one another with the help of scanning devices, preferably optoacoustic deflectors, periodically deflected or track the object.

8. Laser arrangement according to claim 6, characterized, that as components of the self-imaging or multiple self-imaging resonators refractive reflective micro-optical components with or without local and global gradients of phase and / or Reflectivity can be used.

9. Laser arrangement according to claim 5 or 6, characterized, that a pulse laser is used as the laser, whereby a stroboscopic measurement takes place.

10. Laser arrangement according to claim 5 or 6, characterized, that with a multiple self-imaging resonator phase coherent matrix beams simultaneously generated several different wavelengths will.

11. Device for generating a controllable matrix-shaped light beam, characterized, that a laser, preferably a diode pumped one Solid state laser, with self-imaging or multiple self-imaging resonator structure one or more matrix-shaped switching elements in the Contains resonator or outside of the resonator, which are used to modulate amplitude distribution, Phase distribution, polarization and / or Spectral distribution of the partial beams or serve the entire beam matrix.

12. The device according to claim 11, characterized, that as switching elements spatial light modulators (Spatial light modulators) in transmission or in Reflection can be used.

13. The apparatus of claim 11 or 12, characterized, that the spectral distribution of the partial beams by means of spectrally selective filter, preferably controllable holographic elements or tunable micro Fabry-Perot etalons, separately are codable.