DE3886089T2 - Laserradarsysteme. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Laserradarsystem, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.
• Die vorliegende Erfindung kann in Interferometern für Laserradarsysteme und, genauer gesagt, in Interferometern mit thermoelektrisch gekühlten photoleitfähigen Detektoren eingesetzt werden.
• Wie in der Technik bekannt ist, werden Interferometer in Laserradarsystemen dazu verwendet, die Schwebungsfrequenz zwischen den ausgesendeten Lasersignalen und den vom Zielobjekt reflektierten Echosignalen zu bestimmen, um hierdurch Zielobjektparameter wie die Entfernung und die Doppler-Geschwindigkeit zu ermitteln. Solche Interferometer werden sowohl in Homodyn-Laserradarsystemen als auch in Heterodyn-Laserradarsystemen verwendet. In einem typischen Interferometer erzeugt ein Laser einen Strahl elektrom&gnetischer Energie mit linearer Polarisation (beispielsweise p-polarisiert) und mit einem einzigen Modus (Beispielsweise TEMoo), wobei dieser Strahl durch einen Polarisationsdiskriminator, beispielsweise eine Brewster- Platte, geführt wird, welcher den p-polarisierten Strahl an eine Viertelwellenplatte weitergibt. Die Viertelwellenplatte formt die Polarisation des Strahles in zirkulare Polarisation (beispielsweise rechtszirkular) um. Der zirkular polarisierte Laserstrahl wird zum Zielobjekt hin ausgesendet und ein Teil des ausgesendeten Strahls wird von dem Zielobjekt reflektiert und kehrt zu dem Interferometer als entgegengesetzt zirkular polarisierter Strahl (beispielsweise linkszirkular) zurück. Die Viertelwellenplatte transformiert die Polarisation des zurückkehrenden Strahls in eine lineare Polarisation senkrecht zur linearen Polarisation des von dem Laser erzeugten Strahls (z. B. in einen s-polarisierten Strahl). Der s-polarisierte Strahl wird von einer Linse, typischerweise einer positiven Meniskuslinse, im wesentlichen auf einen Punkt auf einer Detektoroberfläche eines Detektorelementes fokussiert. In einem Homodyn-Interferometer wird ein Teil des p- polarisierten Strahls, der von dem Laser erzeugt worden ist, abgelenkt und die polarisation dieses Strahls wird (beispielsweise durch eine Halbwellenplatte) in eine Polarisation gedreht, welche identisch mit dem s- polarisierten, vom Zielobjekt reflektierten, zurückkehrenden Strahl ist, der auf den Detektor fokussiert wird, so daß man einen s-polarisierten Lokaloszillatorstrahl (L.O.) erhält. Ein gesonderter Laser erzeugt den s-polarisierten Lakaloszillatorstrahl in einem Heterodyn-Interferometer. Der Lokaloszillatorstrahl wird üblicherweise durch die Meniskuslinse auf denselben Punkt auf der Detektoroberfläche des Detektorelementes fokussiert, wie der zielobjektreflektierte rückkehrende Strahl. Das bedeutet, daß im wesentlichen ein Punkt auf der Detektoroberfläche durch die überlagerten Strahlen, die nach Reflexion vom Zielobjekt zuruckkehren, bzw. vom Lokaloszillator ausgehen, bestrahlt wird. Die überlagerten Strahlen, welche vom Zielobjekt reflektiert zurückkehren und die Lokaloszillatorstrahlen haben identische lineare Polarisation und haben dieselbe ebene Wellenfront. Der Lokaloszillatorstrahl hat auch eine Gauss'sche Intensitätsverteilung auf dem Detektorelement, welche sich von dem einzelnen Modus TEMoo des Laserausgangs ableitet. Die überlagerten Signale treten auf dem Detektorelement in Wechselwirkung, wobei das Detektorelement dadurch ein Schwebungsfrequenzsignal erzeugt, das eine Frequenz entsprechend der Entfernung des Zielobjektes hat und welches weiterverarbeitet werden kann, um die Doppler- Geschwindigkeit des Zielobjektes zu bestimmen.
• Typischerweise verwendeten Interferometer für Laserradarsysteme photovoltaische Detektoren, die mit flüssigem Stickstoff auf annäherend 77ºK gekühlt wurden, um eine maximale Empfindlichkeit gegenüber dem einfallenden Lokaloszillatorstrahl und dem zielobjektreflektierten zurückkehrenden Strahl zu erhalten und den photovoltaischen Detektor mit minimaler störungsentsprechender Leistung (NEP) auszubilden. In neuerer Zeit wurden jedoch photoleitfähige Detektoren entwickelt, welche nur auf etwa 190ºK gekühlt werden müssen und demgemäß mittels thermoelektrischer Stapelanordnungen gekühlt werden können, so daß das Erforderniss der Kühlung mit flüssigem Stickstoff für das Detektorelement entfällt. Während herkömmliche Interferometer (beispielsweise das oben erwähnte Interferometer), welche sowohl den Lokaloszillatorstrahl als auch den zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Strahl im wesentlichen auf einen Punkt auf der Detektoroberfläche eines photoleitfähigen Detektors fokussieren, in einigen Anwendungsfällen zufriedenstellend sind hat ein solcher thermoelektrisch gekühlter photaleitfähiger Detektor eine störungsentsprechende Leistung (NEP) annähernd 10 dB größer als diejenige, welche von einem photovoltaischen Detektor in einem solchen Interferometer erzielt wird. Das Signal-/Rauschverhältnis eines herkömmlichen Interferometers wird also um annähernd 10 dB herabgesetzt, wenn ein photoleitfähiger Detektor gegen einen photovoltaischen Detektor ausgetauscht wird. Eine solche große Zunahme des NEP-Wertes und ein Absinken des Signal-/Rauschverhältnisses können nur schwer kompensiert werden und können in einigen Anwendungsfällen nicht hinzunehmen sein.
• Die US-PS 4 042 822 beschreibt ein Laserradargerät mit Heterodyn-Detektierung, bei welchem ein Laserstrahl durch einen Zwei-Linsen-Strahlverbreiterer auseinandergezogen wird und der auseinandergezogene Strahl auf die Oberfläche eines Spiegels mit einer darin vorgesehenen Öffnung trifft. Ein Teil des Strahles wird von der Öffnung gestreut und durch eine Sammellinse auf einen Punkt jenseits eines Photodetektars fokussiert, so daß der Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels gegenüber der empfindlichen Oberfläche des Detektors dort, wo der Strahl auf den Detektor trifft, größer ist. Der Spiegel lenkt den Hauptteil des auseinandergezogenen Strahls auf einen Zielobjekt-Abtastspiegel. Ein Strahi, der vom Zielobjekt zurückkehrend empfangen wird, trifft auf den Abtastspiegel und wird zu einem Eckreflektor reflektiert, welcher den empfangenen Strahl so zurückwirft, daß er die andere Seite des mit Öffnung versehenen Spiegels trifft, die auch reflektierend ist und danach wird der Strahl durch die Sammellinse auf eine Airy-Scheibe gelenkt, welche gerade die empfindliche Oberfläche des Photodetektors ausfüllt. Die Energie, welche durch die Öffnung tritt, wird durch die Öffnung gestreut, welche kreisförmig ist, und dient als der Lokaloszillatorstrahl nach Durchgang durch die Sammellinse.
• Durch die vorliegende Erfindung wird ein Laserradarsystem geschaffet, wie es in dem anliegenden Anspruch 1 gekennzeichnet ist.
• Das Detekorelement wird als ein photoleitfähiger anstellen eines photovoltaischen Elementes verwirklicht, wobei der Detektor nur eine minimale resultierende Erhöhung der störungsentsprechenden Leistung (NEP) des Detektorelementes von beispielsweise 5 dB aufweist, was in einer entsprechenden leichten Reduktion des Interferometers resultiert. Da ein derartiges photoleitfähiges Detektorelement durch thermoelektrische Stapelanordnungen gekühlt werden kann, entfällt die notwendige Flüssigstickstoff-Kühlung. Hierdurch werden die Größe und das Gewicht des Interferometersystems bedeutsam vermindert Der minimale Abfall des Signal-/Rauschverhältnisses kann durch erhohte Laserleistung aufgefangen werden, wobei sich immernoch ein Interferometer von geringerer Größe, geringereff. Gewicht und elektrischem Leistungsverbrauch gegenüber einem herkömmlichen Interferometer ergibt, das eine mit flüssigem Stickstoff gekühlte photovoltaische Detektorelementanordnung verwendet.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein erster Anteil eines ausgesendeten Strahls in Richtung auf ein Zielobjekt ausgeschickt. Teile dieses ausgesendeten Strahls, welche von dem Zielobjekt reflektiert sind, werden von dem Interferometer empfangen und zu einer ersten Linse weitergegeben. Die erste Linse fokussiert diesen zielobjekt-reflektierten zurückkehrenden Strahl auf im wesentlichen einen Punkt auf einer Oberfläche des Detektoreleementes. Ein Lokaloszillatorstrahl(L.O.) wird aus einem zweiten Teil des von dem Laser erzeugten Strahls gebildet. Eine zweite Linse fokussiert den Lokaloszillatorstrahl durch einen Fokus auf der ersten Linse als divergierenden Strahl. Die erste und de zweite Linse sind so angeordnet, daß sie den genannten Brennpunkt der zweiten Linse im wesentlichen an einem Brennpunkt der ersten Linse gelegen sein lassen, wodurch der Lokaloszillatorstrahl auf die Oberfläche des Detektoreementes mit im wesentlichen gleichförmiger Intensitätsverteilung über diese Oberfläche hin gerichtet wird.
• In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Lokaloszillatorstrahl durch einen Strahlteiler gebildet, welcher den Lokalaszillatorstrahl auf das Detektorelement hin reflektiert. Der Strahlteiler enthält eine leicht gekrümmte (beispielsweise konkave) reflektierende Oberfläche, um den Lokaloszillatorstrahl durch einen Brennpunkt zu sammeln und auf die Linse als divergierendes Strahlenbündel zu richten. Die Linse bewirkt eine Kollimation des L.O.- Strahles und richtet diesen L.O.-Strahl auf die Oberfläche des Detektorelementes mit im wesentlichen gleichförmiger Intensitätsverteilung auf der Oberfläche des Detektorelementes, während außerdem die zielobjektreflektierten Anteile des ausgesendeten Strahls im wesentlichen auf einen Punkt auf der Oberfläche des Detektorelementes fokussiert werden.
• In einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird ein Heterodyn-Interferometer geschaffen, das einen gesonderten Lokaloszillator-Laser verwendet. Eine erste Linse fokussiert den zielobjekt-reflektierten, zurückkehrenden Strahl im wesentlichen auf einen Punkt auf einer Detektoroberfläche eines Detektorelementes, und eine zweite Linse wirkt in Kombination mit der ersten Linse derart, daß der Lokaloszillatorstrahl auf die detektierende Oberfläche des Detektorelementes mit im wesentlichen gleichförmiger Intensitätsverteilung darauf hin gelenkt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die vorbetrachteten Merkmale der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibing in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen voll verständlich, in welchen:
• Fig.1A ein Blockdiagramm eines Interferometers entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig.1B ein Blockdiagramm des Interferometers von Fig.1A mit Darstellung der Wege seines ausgesendeten Strahls und eines zielobjekt-reflektierten, zurückkehrenden Strahls ist;
• Fig.1C ein Blockdiagramm des Interferometers von Fig.1A darstellt, wobei der Weg seines Lokaloszillatorstrahles gezeigt ist;
• Fig.2A ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Interferometers entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt, in welchem der Strahlengang des ausgesendeten Strahls und des zielobjekt-reflektierten, zurückkehrenden Strahles dargestellt sind;
• Fig.2B ein Blockdiagramm des Interferometers von Fig.2A ist, das den Strahlengang seines Lokaloszillatorstrahls zeigt;
• Fig.3A ein Blockdlagramm einer dritten Ausführungsform eines Interferometers nach der vorliegenden Erfindung ist, welches den Strahlengang des ausgesendeten Strahls und des zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Strahles des Interferoneters zeigt;
• Fig.. 3B ein Blockdiagramm des Interferometers von Fig.3A ist, das den Strahlengang von dessen Lokaloszillatorstrahl wiedergibt;
• Figs.3C dies 3D andere praktische Ausführungsformen von bestimmten optischen Elementen des Interferometers von Fig.3A und Fig.3B zeigen;
• Fig.4A ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform des Interterometers der vorliegenden Erfindung ist- welches den Strahlengang des ausgesendeten Strahles und des zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Strahles des Interferometers zeigt;
• Fig.4B ein Blockdiagramm des Interferometers von Fig.4A ist, welches den Strahlengang von dessen Lokaloszillatorstrahl darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Es sei nein auf Fig. 1A Bezug genommen. Hier ist ein Interferometer 10 entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, an das der Ausgang eines Lasers 12 angekoppelt ist, wobei das Interferometer 10 einen Strahlaufspalter 14, eine Brewster-Platte 16 und eine Viertelwellenplatte 18 enthält, um einen Strahl elektromagnetischer Energie, welcher von dem Laser 12 erzeugt wird, auf ein Zielobjekt hin (nicht dargestellt) auszusenden. Das Interferometer 10 enthält außerdem einen Strahlzusammensetzer 20 und eine Linse 22 zur Führung von Teilen des ausgesendeten Strahls, die von dem Zielobjekt (und von der Brewster-Platte 16) reflektiert worden sind, auf eine detektierende Oberfläche 25 eines Detektorelementes 24 hin, welches vorliegend durch eine thermoelektrische Stapelanordnung 29 gekühlt ist. Weiter sind ein Spiegel 26, eine Halbwellenplatte 28 und eine Linse 30 vorgesehen, die in der dargestellten Weise angeordnet sind, um einen Lokaloszillatorstrahl (L.O.) von elektromagnetischer Energie für das Detektorelement 24 über den Strahlzusammensetzer 20 und die Linse 22 in einer nachfolgend genauer beschriebenen Weise bereitzustellen. Es genügt hier festzustellen, daß die Linse 30 und die Linse 22 den Localoszillatorstrahl auf das Detektorelement 24 hin mit im wesentlichen gleichförmiger Intensitätsverteilung auf der detektierenden Oberfläche 25 desselben hinlenken. Bei einer solchen Anordnung kann das Detektorelement 24 praktisch als photoleitfähiger anstelle eines photovoltischen Detektors ausgeführt werden, mit nur einer leichten Erhöhung der störungsentsprechenden Leistung (NEP) des Detektors von beispielsweise 5 dB, was in einer entsprechend minimalen Erhöhung des Signal- /Rauschveihältnisses des Interferometers 10 resultiert. Da ein derartiges photoleitfähiges Detektorelement durch die thermoelektrische Stapelanordnung 29 gekühlt wird, vermeidet man das Erfordernis von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel, wodurch die Größe und das Gewicht des Interferometers 10 wesentlich vermindert werden. Die minimale Verminderung des Signal-/Rauschverhältnisses kann beispielsweise durch Erhöhung der Ausgangsleistung des Lasers 12 (etwa um das 5fache zur Wiedergewinnung der vorerwähnten 5dB) ausgeglichen werden. Alternativ kann man das Signal- /Rauschverhältnis durch Einstellung anderer Systemparameter erhöhen, beispielsweise der Sendestrahlapertur, was bekannt ist.
• Genauer und unter Bezugnahme auf Fig. 1B ausgeführt erzeugt der Laser 12, vorliegend ein CO2-Laser, einen Strahl elektromagnetische Energie mit linearer Polarisierung (hier p- polarisiert) in einem einzigen Modus (hier TEMoo-Modus), bei einei Wellenlänge von etwa 10,6 µm und vorliegend bei einem Leistungspegel von annähernd 5 Watt. Ein erster Teil dieses Strahls wird durch einen Strahlaufteiler 14 geleitet und zu einem Polarisationsdiskriminator 16 geführt. Hier wird der Polarisationsdiskriminator 16 von einer Brewster- Platte gebildet, welche im wesentlichen den ganzen p- polarisierten Strahl durch diese Platte zu der Viertelwellenplatte 18 überträgt. Die Viertelwellenplatte 18 wandelt den p-polarisierten Strahl, der auf sie von der Brewster-Platte 16 her fällt, in einen zirkular polarisierten Strahl, vorliegend mit rechtszirkularer Polarisation, um und sendet diesen Strahl in Richtung auf ein Zielobjekt (nicht dargestellt) aus. Ein Teil des ausgesendeten Strahls wird von dem Zielobjekt reflektiert und fällt auf die Viertelwellenplatte 18 als ein entgegengesetzt zirkular polarisierter Strahl (vorliegend linkszirkular polarisiert) relativ zu dem zum Zielobjekt hin ausgesendeten Strahl. Die Viertelwellenplatte 18 wandelt die genannte Polarisation in eine lineare Polarisation senkrecht zu der linearen Polarisation um, welche von dem Laser 12 erzeugt wird (nämlich der s-Polarisation). Die Brewster-Platte 16 reflektiert den s-polarisierten, zielobjekt-reflektierten, zurückkehrenden Strahl in Richtung auf den Strahlzusammensetzer 20, der wiederum den Strahl in Richtung auf die detektierende Oberfläche 25 des Detektorelementes 24 hin reflektiert. Wie in etwas übertriebener Darstellungsweise in Fig.1B gezeigt ist, haben der ausgesendete und der zielobjekt-reflektierte Strahl eine endliche Strahlbreite. Der zielobjekt-reflektierte, zurückkehrende Strahl, der von dem Strahlzusammensetzer 20 reflektiert ist, wird durch die Linse 22, vorliegend eine positive Meniskuslinse, im wesentlichen auf einen Punkt 23 der detektierenden Oberfläche 25 fokussiert. Das bedeutet, das die Linse 22 so angeordnet ist, daß ein Brennpunkt 23 dieser Linse (d. h. ihr rechter Brennpunkt, wie in Fig.1B gezeigt) auf der detektierenden Oberfläche 25 zu liegen kommt. Der Strahl wird also durch die Linse 22 auf einen kleinen Durchmesser auf der Oberfläche 25 des Detektorelementes komprimiert.
• Es sei nun auf Fig. 1C Bezog genommen. Hier ist der Strahlengang des Lokaloszillatorstrahls (L.O.) des Interferometers dargestellt, und man kann auch erkennen, daß er eine endliche Strahlbreite hat. In der Ausführungsform nach den Figuren 1A bis 1C wird der Lokaloszillatorstrahl von demjenigen Strahl abgeleitet, der von dem Laser 12 erzeugt worden ist. Das bedeutet, das Interferometer 10 ist ein Homodynsystem. Ein zweiter Teit des von dem Laser 12 erzeugten p-polarisierten Strahles wird also von dem Strahlaufteiler 14 auf den Spiegel 26 hin abgelenkt, welcher diesen Strahl durch die Halbwellenplatte 28 leitet, um den p-polarisierten Strahl in einen orthogonal linear polarisierten Strahl umzuwandeln, d. h. einen s-polarisierten Strahl. Dieser s-polarisierte Lokaloszillatorstrahl wird durch die Linse 30, den Strahlzusammensetzer 20 und die positive Meniskuslinse 22 auf die detektierende Oberf läche 25 des Detektorelementes 24 hingeführt. Das bedeutet, die Detektorelement-Oberfläche 25 wird durch die über lagerten Strahlen, die vom Zielobjekt reflektieit zurückkehren bzw. vom Lokaloszillator ausgehen, bestrahlt. Die überlagerten zielobjekt-reflektierten, zurückkehrenden bzw. vom Lokaloszillator stammenden Strahlen haben identische lineare Polarisation (d. h., s- Polarisation) und haben dieselbe ebene Wellenfront. Die überlagerten Signale treten daher auf der detektierenden Oberfläche 25 in Wechselwirkung, wodurch das Detektorelement 24 ein Schwebungsfrequenzsignal erzeugt, das eine Frequenz aufweist, die für die Entfernung des Zielobjektes repräsentativ ist. Dieses Schwebungsfrequenzsignal wird vorliegend zu einem Auswertgerät 32 weitergekoppelt, das das Schwebungsfrequenzsignal weiterverarbeiten kann, um, wie bekannt, die Doppler-Geschwindigkeit des Zielobjektes zu bestimmen.
• Hier ist das Detektorelement 24 ein photoleitfähiger Detektor der einer Kühlung auf annähernd 190ºK (etwa 83ºC) bedarf. Dies ist mit einem photovoltaischen Detektor zu vergleichen, der typischerweise einer Kühlung auf annähernd 77ºK (etwa 196ºC) bedarf, was die Verwendung von flüssigem Stickstoff notwendig macht, um eine solche Kühlung zu erreichen. Der Kühlbedarf des photoleitfähigen Detektorelementes 24 kann jedoch durch eine thermoelektrische Stapelanordnung 29 gedeckt werden, wodurch die Notwendigkeit von flüssigem Stickstoff beseitigt ist. Vorliegend ist der photoleitfähige Detektor 24 ein Quecksilber-Kadmium-Tellur-Detektor (HgCdTe), wie er von der Firma Lincoln Laboratory, Bedford, Massachusetts, Vereinigte Staaten von Amerika als integrales Bauteil bezogen werden kann, das mittels einer 5-stufigen thermoelektrischen Stapelanordnung 29 auf etwa 190oK gekühlt wird. Vergleichbare photoleitfähige Detektoren sind im Handel erhältlich von New England Research Company, Sudbury, Massachusetts oder Honeywell Electro-Optics Center, Lexington, Massachusetts, oder Santa Barbara Research Company, Santa Barbara, Californien. Ein photoleitfähiger HgCdTe-Detektor wird auch von Firma Judson Infared, Tnc, 21 Commercy Drive, Montgomeryville, Pennsylvania als Bauteil mit der Nummer J15-TE400 hergestellt und wird als ganzes auf etwa 200ºK durch eine 4-stufige thermoelektrische Stapelanordnung gekühlt. Thermoelektrische Stapelanordnungen 29 sind auch gesondert im Handel erhältlich, etwa von Firma Marlow Industries, Dallas, Texas.
• Wie bekannt werden photovoltaische Detektorelemente normalerweise in dem durch das "Einschlagrauschen" begrenzten Bereich betrieben, wobei das Einschlagrauschen seine Ursache in Schwankungen der Ankunftsgeschwindigkeit der Photonen des Lokaloszillatorstrahls hat. Bekanntermaßen wird also die niedrigste störungsentsprechende Leistung (NEP), und damit die maximale Empfindlichkeit, für ein photovoltaisches Detektorelement durch einen Lokaloszillatorstrahl erreicht, der eine Gauss'sche Intensitätsverteilung auf der Fläche eines solchen Detektorelementes bewirkt. Herkömmlicherweise wird somit der Lokaloszillatorstrahl durch eine einzige Linse (beispielsweise die Linse 22) auf im wesentlichen denselben Punkt 23 auf der detektierenden Oberfläche 25 fokussiert, wie der zielobjekt-reflektierte, zurückkehrende Strahl (siehe Fig.1B). Die primäre Störung für das photoleitfähige Detektorelement 24 ist jedoch nicht von den Photonen abhängige sondern beruht auf Schwankungen in dem Dunkelstrom, der von dem Detektorelement 24 in Abwesenheit einer Bestrahlung dar detektierenden Oberfläche 25 in Abhängigkeit von einer Vorspannung +V (vorliegend annähernd 100 mV) erzeugt wird, die an das Detektorelement 24 gelegt wird. Es wurde so gefunden, daß zur Minimierung des NEP- Wertes (und damit zum Maximieren der Empfindlichkeit und des Signal-/Rauschverhältnisses) des photoleitfähigen Detektors 24 der Lokaloszillatorstrahl auf diesen mit im wesentlichen gleichförmiger Intensität über die detektierende Oberfläche 25 des Detektorelementes 24 aufgegeben werden solffite, d. h., mit einer Intensität auf der detektierenden Oberfläche 25, weiche auf dieser im wesentliclien gleichförmig ist, anstatt auf einen Punkt auf der Fläche zu fokussieren (beispielsweise rechter Brennpunkt 23 der Linse 22). Die vorliegende Erfindung sieht demgemäß die Linse 30, hier eine bikonvexe Linse, vor, um den Lokaloszillatorstrahl durch den Brennpunkt 31 derselben (d. h. ihr rechter Brennpunkt 31, wie in Fig.1C dargestellt) auf die Meniskuslinse 22 zu fokussieren, wobei diese Linde 22 den genannten Strahl so verarbeitet, daß der Lokaloszillatorstrahl auf das Detektorelement 24 mit im wesentlichen gleichförmiger Intensität auf der detektierenden Oberflache 25 auftrifft, wie in Fig.1C gezeigt ist. Dies bedeutet, daß die Linsen 30 und 22 so angeordnet sind, daß der rechte Brennpunkt von der Linse 30 im wesentlichen mit dem linken Brennpunkt der Linse 22 in dem Punkt 31 zusammenfällt. Der Lokaloszillatorstrahl wird so durch die Linse 30 durch den Brennpunkt 31 hindurch fokussiert und divergiert, bis dieser Lokaloszillatorstrahl auf die Meniskuslinse 22 trifft, wobei die Linse 22 das divergierende Strahlenbündel zu einem im wesentlichen kollimierten Strahl bricht und diesen Lokaloszillatorstrahl auf das Detektorelement 24 mit im wesentlichen gleichförmiger Intensität über dessen detektierende Oberfläche 25 hin richtet. Die bikonvexe Linse 30 und die Meniskuslinse 22 bilden so in Zusammenwirkung den Lokaloszillatorstrahl mit im wesentlichen gleichförmiger Intensität auf der detektierenden Oberfläche 25 aus, während der zielobjektreflektierte, zurückkehrende Strahl im wesentlichen auf einen Punkt 23 auf der detektierenden Oberfläche 25 durch die Meniskuslinse 22 fokussiert bleibt. Der Lokaloszillatorstrahl und der vom Zielobjekt reflektieite, zurückkehrende Strahi haben zueinander passende ebene Wellenfronten auf der detektierenden Oberfläche 25. Das photoleitfähige Detektorelement 24 erzeugt so ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz, die für die Entfernung des Zielobjektes repräsentativ ist, wobei das Schwebungsfrequenzsignal vorliegend an das Auswertgelät 32 angekoppelt wird.
• Es wurde gefunden, daß durch Bildung eines Lokaloszillatorstrahls mit im wesentlichen gleichförmiger Intensitätsverteilung auf der detektierenden Oberfläche 25 des photoleitfähigen Detektorelementes 24 ein bedeutend geringerel Anstieg (beispielsweise 5 dB weniger) der störungsentsprechenden Leistung des Detektors (und damit ein entsprechend bedeutsam niedrigerer Abfall des Signal- /Rauschveihältnisses) im Vergleich zu denjenigen Werten erreicht wird, die auftreten, wenn der Lokaloszillatorstrahl im wesentlichen auf einen Punkt (d. h., eine Gauss'sche Intensitätsverteilung) auf der Oberfläche 25 des photoleitfähigen Detektorelementes fokussiert wird. Ein mit flüssigem Stickstoff gekühltes photovoltaisches Detektorelement kann so durch ein thermoelektrisch gekühlt es, photoleitfähiges Detektorelement 24 ersetzt werden, wobei nur eine leichte Erhöhung von beispielsweise 5dB des NEP-Wertes des Detektors auftritt, so daß ein Interferometer 10 geschaffen wird, das ein Signal-/Rauschverhältnis innerhalb von 5dB von Interferometern hat, de photovoltaische Detektorelemente verwenden. Wie bereits behandelt, kann ein solcher leichter Abfall des Signal-/Rauschverhältnis beispielsweise durch eine entsprechende Erhöhung der Leistung des Lasers, vorliegend beispielsweise das 5-fache (auf 25 Watt) kompensiert werden, um die 5 dB-Verminderung des Signal-/Rauschverhältnisses auszugleichen. Ein mit flüssigem Stickstoff gekühltes photovoltaisches Detektorelemtent kann daher durch ein photoleitfähiges Detektorelement 24 ersetzt werden, ohne daß wesentliche Einschränkungen bezüglich der Leistungsfähigkeit des Interferometers 10 gemacht werden müssen. Da der photoleitfähige Detektor 24 durch eine thermoelektrische Stapelanordnung 29 gekühlt wird, entfällt das Erfordernis der Zufuhl von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel für das Interferometer 10, wodurch die Größe, das Gewicht und der elektrische Leistungsverbrauch des Interferometers 10 vermindert werden.
• Nunmehr sei auf die Figuren 2A und 2B Bezug genommen. Hier ist ein Fizeau-Interferometer 100 entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
• Das Interferometer 100 empfängt den Ausgang von dem Laser 112, hier einem CO2-Laser, und enthält vorliegend einen Strahlverbreiterer 113, eine Kollimartorlinse 114, eine Brewsterplatte 116, eine Viertelweilenplatte 118, einen Strahlaufteiler 120, eine Linse 122 und ein Detektorelement 124, welche in der dargestellten Weise angeordnet sind. Der Ausgang des Detektorelementes 124 ist hier mit einem Auswertgerät 132 gekoppelt. Fig. 2A zeigt den jeweiligen Strahlengang des Sendestrahles und des zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Strahles des Interferometers 100. Es wird vorliegend also ein verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisender Strahl, der von dem Laser 112 erzeugt wird, durch den Strahlaufweiter 113 aufgeweitet, durch die Linse 114 kollimiert, wobei es sich hierbei um eine positive Meniskuslinse handelt, und auf die Brewsterplatte 116 hingelenkt. Der Laser 112 erzeugt hier einen Strahl p- polarisierter Energie welcher im wesentlichen unmittelbar durch die Brewsterplatte 116 durchgekoppelt wird. Die p- Polarisation eines solchen Strahles wird von der Viertelwellenplatte 118 hier in eine rechtszirkulare Polarisation umgewandelt und der Strahl wird durch den Strahlaufspalter 120 auf ein Zielobjekt (nicht dargestellt) hin ausgesendet. Ein Teil des ausgesendeten Strahls wird von dem Zielobjekt reflektiert und gelangt zu der Viertelwellenplatte 118 über den Strahlaufspalter 120 als ein linkszirkular polarisiertes Strahlenbündel. Die Viertelwellenplatte 118 wandelt den linkszirkular polarisierten, am Zielobjekt reflektierten, zurückkehrenden Strahl in einen s-polarisierten Strahl um, der durch die Brewsterplatte 116 zu der Linse 122 hin abgelenkt wird. Die Linse 122, vorliegend eine positive Meniskuslinse, fokussiert den zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Strahl im wesentlichen auf einen Punkt 123 auf der detektierenden Oberfläche 125 des Detektorelementes 124. Das bedeutet, die detektierende Oberfläche 125 ist an einem Brennpunkt 123 der Linse 122 (der linke Brennpunkt der Linse 122, wie in Fig. 2A gezeigt) gelegen. Hier ist das Detektorelement 124 ein photoleitfähiger Detektor, der durch eine thermoelektrische Stapelanordnung 129 gekühlt wird.
• In Fig. 2B, auf die nun Bezug genommen wird, sind die Strahlen für das Lokaloszillator-Strahlenbündel (L.O.) gezeigt, das von dem Strahlaufspalter 120 erzeugt wird. Wie oben diskutiert fällt ein rechtszirkular polarisierter Strahl auf den Strahlaufspalter von dem Laser 112 her über den Strahlaufweiter 113, die Linse 114, die Brewsterplatte 116 und die Viertelwellenplatte 118. Hier reflektiert eine erste Oberfläche 121a des Strahlaufspalters 120 einen vorbestiimnten Teil des genannten Strah1s zurück auf die Brewsterptatte 116 als linkszirkular polarisierter Strahl, wobei diese Polarisaton von der Viertelwellenplatt 118 in eine s-Polarisation umgeformt wird. Vorliegend sind die erste Oberfläche 121a und eine zweite Oberfläche 121b des Strahlaufspalters 120 gekrümmt (abweichend von den im wesentlichen ebenen Oberflächen solcher Strahlaufspalter in einem herkömmlichen Fizeau-Interferometer). Die genannten gekrümmten Oberflächen (hier in erster Linie die erste Oberfläche 121a) reflektieren den Lokaloszillatorstrahl auf die Brewsterplatte 16 hin, und zwar nicht als im wesentlichen kollimiertes Strahlenbündel, sondern als ein konvergierender Strahl, welcher von der Brewsterplatte 116 durch einen Brennpunkt 126 hindurch und dann als ein divergierendes Strahlenbündel auf die Linse 122. Die Linse 122 und der Strahlaufspalter 120 sind so angeordnet, daß der Brennpunkt 126 des Strahlaufspalters 120 an einem Brennpunkt (d. h., dem rechten Brennpunkt, wie in Fig. 2B gezeigt ist) der Linse 122 zu liegen kommt. Der Lokaloszillatorstrahl wird also durch die Linse 122 im wesentlichen kollimiert und mit etwa gleichförmiger Bestrahlung über die detektierende Oberfläche 125 des Detektorelementes 124 auf dieses hin gerichtet. Wie demgemäß in den Figs. 2A und 2B gezeigt ist, wird zwar der zielobjektreflektierte, zurückkehrende Strahl im wesentlichen auf einen Punkt 123 auf der genannten detektierenden Oberfläche 125 fokussiert, der Lokaloszillatorstrahl aber wird zum Detektorelement 124 mit im wesentlichen gleichförmiger Intensität auf der detektierenden Oberfläche 125 hin gekoppelt. Das Detektorelement 124 "sieht" somit ein verhältnismäßig großen Durchmesser und eine ebene Welle aufweisendes Lokaloszillatorsignal im Vergleich zu dem Durchmesser des ebenen Wellenfront besitzenden, zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Signal.
• Es sei wiederum darauf hingewiesen, daß, nachdem die detektierende Oberfläche 125 des photoleitfähigen Detektorelementes 124 im wesentlichen gleichförmig durch den Lokaloszillatorstrahl bestrahlt wird, die störungsentsprechende Leistung (NEP) dieses Detektorelementes 124 wesentlich gegenüber dem Wert vermindert wird, der anzusetzen wäre, wenn der Lokaloszillatorstrahl im wesentlichen auf den selten Punkt 123 auf der detektierenden Oberfläche 125 fokussiert würde, wie der zielobjektreflektierte, zurückkehrende Strahl (d. h., entsprechend den Verhältnissen, die aufträten, wenn die Oberflächen 121a und 121b des Strahlaufspalters 120 im wesentlichen flach anstatt gekrümmt ausgeführt würden, wie dies in den Figuren 2A und 2B gezeigt ist). Es sei angemerkt, daß aufgrund der Krümmung der Oberflächen 121a und 121b der Strahlaufspalter 120 den Durchmesser des Sendestrahles, der durch ihn hindurchtritt, leicht aufweitet und in entsprechender Weise den Durchmesser des zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Strahles, der hindurchtitt, vermindert, wie aus Fig. 2A erkennbar ist.
• Anhand der Figs. 3A und 3B wird nun eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrachtet, die in einem Michelson-Interferometer 200 verwirklicht ist. Das Interferometer 200 wird durch den Ausgang des Lasers 212 beaufschlagt und enthält eine Brewsterplatte 216, eine Viertelwellenplatte 218, einen Strahlaufspalter 220 hoher Reflektivität, eine Linse 222 und ein Detektorelernent 224, welche iln der dargestellten Weise angeordnet sind. Das Interferometer 200 enthält ferner einen konkaven Spiegel 226 und eine Linse 230, wie gezeigt ist. Fig. 3A verdeutlicht die Strahlen des gesendeten Strahlenbündels und des zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Strahlenbündels. Demgemäß wird ein Strahl von vorliegend p- polarisierter elektromagnetischer Energie, welcher durch den Laser 212 erzeugt. wird, durch die Brewsterplatte 216 geleitet, durch die Viertelwellenplatte 218 in einen zirkular polarisierten (vorliegend rechtszirkular polarisiert) Strahl umgewandelt und trifft auf den Strahlaufspalter 220 hoher Reflektivität. Dieser hoch reflektierende Strahlaufspalter 220 reflektiert einen wesentlichen Anteil des einfallenden Strahles, wobei dieser Anteil des Strahles ausgesendet wird, um von einem Zielobjekt (nicht dargestellt) reflektiert zu werden. Ein Teil des Strahls, der durch das Zielobjekt reflektiert worden ist, trifft auf den hoch reflektierenden Strahlaufspalter 220 und wird zu der Viertelwellenplatte 218 als ein linkszirkular polarisierter Strahl reflektiert, dessen Polarisation durch die Viertelwellenplatte 218 in eine s-Polarisation umgewandelt wird. Dieser s- polarisierte, zielobjektreflektierte, zurückkehrende Strahl wird von der Brewsterplatte 216 abgelenkt und durch die Linse 222 (hier eine positive Meniskuslinse) im wesentlichen auf einen Punkt 223 auf der detektierenden Oberfläche 225 des Detektorelementes 224 fokussiert, wobei es sich hier um ein photoleitfähiges Detektorelement handelt, das durch eine thermoelektrische Stapelanordnung 229 gekühlt wird. Das bedeutet, daß die Linse 222 und der Detektor 224 so angeordnet sind, daß ein Brennpunkt 223 der Linse 222 (der linke Brennpunkt der Linse, wie in Fig. 2A gezeigt ist) auf die detektierende Oberfläche 225 zu liegen kommt.
• Es sei nun Fig. 3B betrachtet, welche die Strahlen für das Lokaloszitlator-Strahlenbündel des Interferometers 200 zeigt, wobei ein kleiner Teil des rechtszirkular polarisierten Strahles, der auf den Strahlaufspalter 220 vom Laser 212 her auftrifft, durch ersteren zu der Linse 230, vorliegend einer bikonvexen Linse, gekoppelt wird. Die Linse 230 fokussiert diesen Strahl durch ihren ersten Brennpunkt 231a hindurch und als divergentes Strahlenbündel in der dargestellten Weise auf den konkaven Spiegel 226. Die konkave Oberfläche des Spiegels 226 reflektiert das darauf auftreffende Strahlenbündel zu der Linse 230 zurück und fokussiert dieses reflektierte Strahlenbündel durch den Brennpunk 227 und zu der Linse 230 als ein divergentes Strahlenbündel, wobei dieser reflektierte Strahl durch die Linse 230, den Strahlaufspalter 220 und die Viertelwellenplatte 218 (, welche die Polarisation des Strahls in eine s-Polarisation umwandelt,) zu der Brewsterplatte 216 geführt wird. Dieser s-polarisierte Strahl wird von der Brewsterptatte 216 zu der Linse 222 abgelenkt. Die Linse 230 fokussiert den vom konkaven Spiegel 226 her auf sie auftreffenden Strahl durch den Brennpunkt 231b hindurch, wie in Fig. 3B gezeigt ist. Vorliegend sind die Linse 230, der konkave Spiegel 226, die Brewsterpatte 216 und die Linse 222 so angeordnete daß der Brennpunkt 231b mit einem Brennpunkt der Linse 222 (d. h., dem rechten Brennpunkt der Linse 222, wie aus Fig. 3B erkennbar) zusammentrifft. Der Lokaloszillatorstrahl, welcher als ein divergierendes Strahlenbündel auf die Linse 222 trifft, wird also im wesentlichen von der Linse 222 kollimiert und auf die detektierende Oberfläche 225 des photoleitfähigen Detektorelementes 224 mit im wesentlichen gleichförmiger Intensitätsverteilung auf dieser detektierenden Oberfläche 225 gerichtet. Das Detektorelement 224 erzeugt ein Schwebungsfrequenzsignal in Abhängigkeit von dem zielobjektreflektierten Strahl und dem Lokaloszillatorstrahl, welche auf es auftreffen, und gibt dieses Schwebungsfrequenzsignal an das Auswertgerät 232 weiter.
• Wie zuvor ausgeführt wird also die störungsentsprechende Leistung (NEP) des photoleitfähigen Detektorelementes 224 wesentlich gegenüber dem Wert verbessert, der anzutreffen wäre, wenn der Lokaloszillatorstrahl im wesentlichen auf einen Punkt (beispielsweise den Punkt 223) auf der detektierenden Oberfläche 225 zusammen mit dem zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Strahl fokussiert würde.
• Es sei bemerkt, daß aufgrund der Anordnung der Linse 230 und des konkaven Spiegels 226 gemäß den Figuren. 3A und 3B der vom konkaven Spiegel 226 her auf die Linse 230 treffende Lokaloszillatorstrahl Größeren Durchmesser als der Strahl hat, der vom Laser 212 her auf die Linse 230 auftrifft. Dies ermöglicht einen verhältnismäßig breiten Einstellbereich von Systemparametern, beispielsweise. dem "Kegelwinkel" des Detektorelements 224. Verschiedene alternative Anordnungen zur Fokussierung des Lokaloszillatorstrahls sind in den Figuren. 3C bis 3E gezeigt. In Fig. 3C ist die bikonvexe Linse 230 von Fig. 3A und 3B durch eine bikonkave Linse 230' ersetzt, welche den vom Laser 212 und der Brewsterplatte 216 her eintreffenden Strahl aufweitet. Der konkave Spieget 226 reflektiert den sich erweiternden Strahl zurück zu der Linse 230' als stark konvergierendes Strahlenbündel, wobei der Konvergenzwinkel dieses Strahls von der Linse 230, vermindert wird, die den Lokaloszillatorstrahl zurück zu der Brewsterplatte 216 führt. Die Anordnung von Fig. 3D verwendet nur einen konkaven Spiegel 226', um den vom Laser 212 ausgehenden Strahl als konvergierendes Strahlenbündel zurück zu der Brewsterplatte 216 zu führen. Es sei angemerkt, daß in der Anordnung nach den Figuren. 3C und 3D der Durchmesser des zu der Brewsterplatte 216 geführten Strahls kleiner als derjenige der Strahlen ist, die von dem Laser 215 zu dem Strahlaufspalter 220 geführt werden. In der Anordnung von Fig. 2E wird eine bikonvexe Linse 230" in Zusammenwirkung mit einem ebenen Spiegel 226" verwendet. Der von dem Laser 212 und der Brewsterplatte 216 ausgehende Strahl wird von 5der Linse 230" durch ihren einen Brennpunkt 231" hindurch fokussiert und auf den ebenen Spiegel 226" als ein divergentes Strahlenbündel gerichtet. Der Spiegel 226" reflektiert diesen Strahl zurück auf die Linse 230" als ein divergierendes Strahlenbündel, wobei der reflektierte Strahl am Ort der Linse 230" etwas Größeren Durchmesser hat als der Strahl von dem Laser 212. Die Linse 230" fokussiert den reflektierten Strahl zurück zu der Brewsterplatte 216 als konvergierendes Strahlenbündel. Es sei erwähnt, daß in den Anordnungen nach den Figuren. 3C bis 3E die verschiedenen alternativen optischen Bauteile (d. h., die bikonkave Linse 230', der konkave Spiegel 226, der konkave Spiegel 226', die bikonvexe Linse 230 und der ebene Spiegel 226") in Relation zu der positiven Meniskuslinse 222 (Fig. 3A und 3B) sc angeordnet sind, daß die Linde 222 einen im wesentlichen kollimierten Lokaloszillatorstrahl auf das Detektorelement 224 zu richten vermag, so daß sich eine im wesentlichen gleichförriige Intensitätsverteilung über dessen detektierende Oberfläche 225 hin ergibt.
• Es wird nun auf die Figuren. 4A und 4B Bezug genommen. Dort ist ein Heterodyn-Interferometer 300 entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt, das durch einen Sendelaser 302 und einen Lokaloszillator-Laser 303 (L.O.) beaufschlagt wird. Wie man aus Fig. 3A erkennt, enthält das Interferometer 300 einen Strahlaufspalter 314, um einen ersten Anteil eines in geeigneter Weise polarisierten, beispielsweise p-polarisierten, Strahls von einem Sendelasei 302 aus durch eine Brewsterplatte 316 und eine Viertelwellenplatte 318 auf ein Zielobjekt (nicht dargestellt) hin zu richten. Die Viertelwellenplatte 318 wandelt die Polarisation des auf das Zielobjekt hin ausgesendeten Strahls in eine zirkulare Polarisation (vorliegend eine rechtszirkulare Polarisation) um. Ein Teil des vom Zielobjekt reflektierten, zurückkehrenden Strahls wird vor dem Interferometer 300 als linkszirkular polarisierter Strahl empfangen, welcher durch die Viertelwellenplatte 318 eine Umwandlung in eine s- Polarisation erfährt und von der Brewsterplatte 316 auf den Kombinierer 320 hin abgelenkt wird. Der vom Kombinierer 320 ausgehende zielobjektreflektierte, zurückkehrende Strahl wird durcn die Meniskuslinse 322 im wesentlichen auf einen Punkt 323 auf einer detektierenden Oberfläche 325 des photoleitfähigen Detektorelements 324 fokussiert, das durch eine thermoelektrische Stapelanordnung 329 gekühlt wird. Der Ausgang des Detektors 324 wird in der dargestellten Weise an ein Auswertgerät 332 weitergegeben.
• Der Lokaloszillatorlaser 303 erzeugt einen Strahl, der charakteristischerweise in seiner Frequenz gegenüber derjenigen des Sendelasers 302 versetzt ist, so daß eine Überlagerung zwischen dem zielobjektorientierten, zurückkehrenden Strahl und dem Lokaloszillatorstrahl auftritt. Der Ausgang des Lokaloszillatorlasers 303, vorliegend ebenfalls p-polarisiert, wird zu dem Strahlaufspalter 304 geführt und ein erster Anteil dieses Strahls wird in einer noch zu beschreibenden Weise zu dem Detektor 324 weitergecjeben. Ein zweiter Anteil des von dem Lokaloszillatorlaser erzeugten Strahls wird durch den Strahlaufspalter 304 zu dem Spiegel 306 hin reflektiert, der den zweiten Anteil des Lokaloszillatorstrahls in der dargestellten Weise auf den Kombinierer 308 richtet. Ein zweiter Anteil des Sendelaserstrahls wird von dem Strahlaufspalter 314 auf diesen Kombinierer 308 hin geführt. Der Kombinierer 308 richtet die jeweils zweiten Anteile des Lokaloszillatorstrahls und des Sendestrahls auf die detektierende Oberfläche 310 eines Stabilisationsdetektors 311 mit im wesentlichen gleichförmiger Bestrahlung. Der Stabilisationsdetektor 311 liefert ein Schwebungsfrequenzsignal an ein herkömmliches Stabilisationsgerät 312, das auf den Leitungen 313a und 313b Steuersignale zu dem Sendelaser 302 bzw. dem Lokaloszillatorlaser 303 führt, um deren Ausgangsfrequenzen im wesentlichen konstant zu halten, wie bekannt ist. Da eine im wesentlicher gleichförmige Bestrahlung an der detektierenden Oberfläche 310 vorgesehen ist, kann der Stabilisationsdetektor 311 als ein thermoelektrisch gekühlter, photoleitfähiger Detektor ausgeführt werden, wie bereits diskutiert wurde. Da jedoch der Leistungspegel der Strahlen, die zu dew Stabilisationsdetektor 311 geführt werden, charakteristischerweise verhältnismäßig hoch sind, (insbesondere im Vergleich zu dem Leistungspegel des zielobjektreflektierten, zurückkehrenden Strahls, der an den Detektor 324 angekoppelt wird) kann der Stabilisationsdetektor 311 in der Form eines verhältnismäßig billigen (und niedrige Empfindlichkeit aufweisenden) Detektorelements, bspw. eines pyroelektrischen Detektors, ausgeführt werden. Alternativ können die Strahlaufspalter 304, 314, der Spiegel 306, der Kombinierer 308 und der Stabilisationsdetektor 311 weggelassen werden und das Stabilisationsgerät 312 kann durch den Ausgang des Detektors 324 betrieben werden, da ein kleiner Anteil des von dem Laser 302 erzeugten Sendestrahls über die Viertelwellenplatte 318 und die Brewsterplatte 316 zu dem Detektor 324 hin gekoppelt wird.
• Es sei nun Fig. 4B betrachtet. Hier ist der Strahlengang des zu dem Detektor 324 geführten Lokaloszillatorstrahls gezeigt. Der erste Anteil des von dem Lokaloszillatorlaser 303 erzeugten, p-polarisierten Lokaloszillatorstrahls wird durch der- Strahlaufspalter 304 geführt und durch die Halbwellenplatte 328 in eine s-Polarisation umgeformt. Die Linse 330, vorliegend eine bikonvexe Linse mt einer Brennweite, die durch den Abstand zwischen der Linse 330 und dem rechten Brennpunkt 331 definiert ist, fokussiert den Lokaloszillatorstrahl durch den rechten Brennpunkt 331 hindurch auf die Meniskuslinse 322 als divergierendes Strahlenbündel. Die Linsen 322 und 330 sind so angeordnet, daß der genannte rechte Brennpunkt 331 der Linse 330 mit dem linken Brennpunkt der Meniskuslinse 322 zusammenfällt. Die Meniskuslinse 322 kollimiert also den divergierenden Lokaloszillatorstrahl, der von der Linse 30 ausgehend auf sie fällt, und richtet diesen Lokaloszillatorstrahl mit im wesentlichen gleichförmiger Intensitätsverteilung über die detektierende Oberfläche 325 des Detektorelementes 324 auf dieses hin. Während also, wie schon diskutiert, der zielobjektreflektierte, zurückkehrende Strahl im wesentlichen auf einen Punkt 323 auf der detektierenden Oberfläche 325 (siehe Fig.4A) fokussiert wird, illuminiert der Lokaloszillatorstrahl die detektierende Oberfläche 325 mit im wesentlichen gleichförmiger Intensität. Wie schon gesagt, wird also das photoleitfähige Detektorelement 324 mit einem Wert der störungsentsprechenden Leistung (NEP) ausgestattet, der gegenüber demjenigen verbessert ist, welcher erreicht würde, wenn der Lokaloszillatorstrahl auf einen Punkt (beispielsweise den Punkt 323) auf der Oberfläche 325 fokussiert würde.
• Nach einer Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann Abwandlungsmöglichkeiten. Während beispielsweise die Interferometer 10, 100, 200, 300 in der Weise betrachtet wurden, daß p-polarisierte Sendestrahlen erzeugt werden und s-polarisierte Lokaloszillatorstrahlen verwendet werden, können die Interferometer 10, 100, 200, 300 selbstverständlich auch so praktisch ausgeführt werden, daß s-polarisierte Sendestrahlen und p-polarisierte Lokaloszillatorstrahlen verwendet werden. Weiter kann der Spiegel 26 in der Ausführungsform nach Fig.1C leicht konkav ausgebildet werdend um eine Konvergenz des Lokaloszillatorstrahls zu erreichen, der durch den Brennpunkt 31 auf die Linse 22 gerichtet wird, so daß die Linse 30 weggelassen werden kann.

Claims (13)

1. Laserradarsystem mit

- Mitteln (12) zum Aussenden eines ersten Laserstrahis in Richtung auf ein Zielobjekt;

- Mitteln (12, 14, 26) zur Bereitstellung eines Lokaloszillator-Laserstrahls;

- einem Detektorelement (24) mit einer fotoempfindlichen Oberfläche (25); und

- einem ersten Fokussierungselement (22) mit einem sekundären Brennpunkt (23), der im wesentlichen auf der genannten Oberfläche (25) gelegen ist, wobei das erste Fokussierungselement (22) so angeordnet ist, daß es Teile des ausgesendeten und vom Zielobjekt reflektierten Strahles empfängt, um die zielobjektreflektierten Anteile im wesentlichen auf den sekundären Brennpunkt (23) zu fokussieren;

dadurch gekennzeichnet, daß

- das Detektorelement ein fotoleitfähiges Detektorelement (24) ist, bei dem eine primäre Störquelle Fluktuationen des Stromes sind, welcher von dem Detektorelement erzeugt wird,

- und daß der Lokaloszillator-Laserstrahl auf ein zweites Fokussierungselemertt (30) trifft, das so mit Bezug auf das erste Fokussierungselement (22) angeordnet ist, daß ein sekundärer Brennpunkt (31) des zweiten Fokussierungselementes (30) mit einem primären Brennpunkt des ersten Fokussierungselementes (22) zusammenfällt und das erste Fokussierungselement (22) den Lokaloszillator-Laserstrahl von dem zweiten Fokussierungselement (30) her empfängt, so daß der Lokalosziilator-Laserstrahl im wesentlichen mit gleichförmiger Intensität über die Oberfläche (25) des fotoleitfähigen Detektorelementes (24) hin bereit gestellt wird und so die störungsentsprechende Leistung des Detektorelementes (24) reduziert.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (14) zum Aussenden eines ersten Anteils des ersten Laserstrahls in Richtung auf ein Zielobjekt und zur Erzeugung des Lokaloszillator-Laserstrahls aus einem zweiten Anteirl des ersten Laserstrahls.

3. System nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fokussierungselement (120) eine reflektierende Oberfläche (121a) enthält.

4. System nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aussenden des ersten Laserstrahls in Richtung auf ein Zielobjekt einen ersten Laser (302) enthalten und daß die Mittel zur Erzeugung eines Lokalszillator-Laserstrahls einen zweiten Laser (303) enthalten.

5. System nach. Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel (312), welche auf ein Steuersignal von einem Detektorelement (311) ansprechen, zur Stabilisierung des ersten Lasers (302) und des zweiten Lasers (303).

6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fokussierungselement eine zweite Linse (230) und eine reflektierende Oberfläche enthält, die so angeordnet ist, daß sie den Lokaloszillator-Laserstrahl jenseits eines sekundären Brennpunktes (231a) der zweiten Linse (230) empfängt.

7. System nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse eine bikonvexe Linse (230) enthält und daß die reflektierende Oberfläche eine konkave Oberfläche umfaßt.

8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse eine bikonkave Linse (230') enthält und daß die reflektierende Oberfläche eine konkave Oberfläche umfaßt.

9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse eine bikonvexe Linse (230) enthält und das die reflektierende Oberfläche eine im wesentlichen flache Oberfläche umfaßt

10. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fokussierungselement eine konkave reflektierende Oberfläche enthält.

11. System nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet, daß das erste Fokussierungselement eine erste Linse (22) enthält.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fokussierungselement eine zweite Linse (30) enthält.

13. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fokusierungselement (120) eine reflektierende Oberfläche (121a) enthält.