CH628995A5

CH628995A5 - Laser rangefinder

Info

Publication number: CH628995A5
Application number: CH572678A
Authority: CH
Inventors: Hoiko Dipl Ing Chaborski
Original assignee: Mitec Moderne Ind Gmbh
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1978-05-25
Publication date: 1982-03-31
Also published as: AT374930B; GB1597275A; JPS601590B2; FR2392398B2; JPS53147570A; DE2723835C2; DE2723835A1; NL7805787A; SE439553B; NL8800031A; AU517107B2; FR2392398A2; AU3654578A; SE7805662L

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserentfernungsmesser gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Laserentfernungsmessgeräte nach dem Stand der Technik besitzen nur einen Empfangskanal. Dadurch aber muss bei der Zeitmessung der Start über die elektrische Auslösung der Laserpulserzeugung vorgenommen werden. Die Reaktionszeit für die Erzeugung dieses Impulses ist jedoch Undefiniert und starken Schwankungen bzw. Driften unterworfen. Durch die direkte elektrische Kopplung zwischen Sender und Empfänger wird ausserdem der hochempfindliche Empfänger durch die hohen Stromgradienten der Laserpulserzeugung stark gestört und damit die Empfindlichkeit des Gerätes herabgesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Laserentfernungsmessgerät der eingangs genannten Art eine galvanische Trennung zwischen Sender und Empfänger herzustellen und die vorgenannten Mängel zu beseitigen sowie den Einfluss der Umwelthelligkeit auf das Messergebnis auszuschalten.

Das erfindungsgemässe Laserentfernungsmessgerät ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zusammengefassten Merkmale gekennzeichnet.

Durch diese Massnahmen werden die vorgenannten Nachteile der bisher arbeitenden Geräte beseitigt. Sie führen wegen der Verwendung eines Parallelresonanzkreises als Arbeitswiderstand der Empfangsdioden zu dem weiteren Vorteil, dass die bisher erforderlichen optischen Filter nicht mehr gebraucht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen zusammen ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Laserentfernungsmessgerätes. Das dargestellte Laserentfernungsmessgerät setzt sich in Funktion und Aufbau wie folgt zusammen.

Der Laserimpuls j l wird von der Sendediode 14 zum Ziel ausgesandt. Beim Auftreffen auf die Sendelinse 12 wird ein geringer Teil j2 des Strahles als Streulicht reflektiert und gelangt über eine Lichtleitfaser oder einen Lichtleitlcanal 11 auf die Empfangsdiode 15 des Referenzkanals II, stösst dort den Schwingkreis 16 an, wobei die nun angefachte Sinusschwingung über einen Impedanzwandler 18 und einen Verstärker 19 der Sinusnulldurchgangs-Detektionseinrichtung 20 zugeführt wird und am Ausgang der Detektion eine Signalflanke Sfi erzeugt wird. Diese Signalflanke ist mit einer konstanten zeitlichen Verzögerung behaftet und zeigt an,

dass der Laserimpuls soeben die Senderlinse 12 zum Ziel ver-lässt. Mit dieser Flanke erfolgt daher der Start 21a der Zeitmesseinrichtung 21 und gleichzeitig wird die Ablaufsteuerung 22 für «Messen und Eichen» gestartet 22a.

Etwas später - entsprechend der Laufzeit des Laserimpulses zum Ziel - trifft der reflektierte Laserimpuls j3 durch die Empfangslinse 13 an der Empfangsdiode 23 des Messkanals I ein, stösst dort - wie im Referenzkanal II das Streulicht - einen Schwingkreis 17 an. Die hierdurch entfachte Sinusschwingung wird wieder über einen Impedanzwandler 24 einem Verstärker 25 zugeführt, der im Unterschied zum Referenzkanal in seinem Verstärkungsfaktor in «n-Stufen» umschaltbar ist. Die verstärkte Sinusschwingung wird ebenfalls der Sinusnulldurchgangs-Detektionseinrichtung 26 zugeführt.

Während im Referenzkanal der erste Sinusnulldurchgang detektiert wird, ist es im Messkanal der zweite. Damit ist sichergestellt, dass ein Driften der Kanäle I und II gegeneinander niemals dazu führen kann, dass bei Entfernung «Null» das zeitsignifikante Signal des Messkanals vor der zeitsignifikanten Flanke des Referenzkanals auftritt. Damit ist ein Ausfall des Gerätes im Messbetrieb unmöglich gemacht.

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Die von der Sinusnulldurchgangs-Detektionseinrichtung

26 des Messkanals erzeugte zeitsignifikante Signalflanke Sf2 wird nun dem Stop-Eingang 21b der Zeitmesseinrichtung 21 zugeführt. Kurz darauf erzeugt diese dann das Signal «Messen beendet» und taktet die Ablaufsteuerung 22 um einen Schritt Si weiter, wodurch das Speichern des Ergebnisses bei der vorbeschriebenen Zeitmessung in den Speicher

27 für den unkorrigierten Messwert ausgelöst wird. Unkorri-giert deshalb, weil die zeitsignifikanten Signalflanken Sfi und Sf2 eine dem Referenz- und Messkanal eigene unterschiedliche zeitliche Verzögerung aufweisen, wobei letztere vorwiegend auf der unterschiedlichen Sinusnulldurchgangs-Detek-tion (im Referenzkanal erster Sinusnulldurchgang und im Messkanal zweiter Durchgang) beruht.

Unmittelbar darauf erfolgt das Signal «Speichern beendet» und löst über den Takteingang 22b der Ablaufsteuerung 22 den Schritt S2 aus. Damit werden die beiden Empfangsschwingkreise 16 und 17 gleichzeitig elektrisch angestossen und wieder zeitsignifikante Signalflanken - wie vorher beschrieben - erhalten. Dieselbe Zeitmesseinrichtung 21 wird wie beim optischen Anstoss gestartet bzw. gestoppt. Das Signal «Messen beendet» leitet über den Takteingang 22b der Ablaufsteuerung 22 den Schritt S3 ein, welcher veranlasst, dass das Ergebnis dieser Zeitmessung in den Speicher

28 für den Nullwert übernommen wird. Damit enthält dieser Speicher 28 den der unterschiedlichen Laufzeit zwischen Referenz- und Messkanal entsprechenden Wert.

Nun muss also nur mehr dieser Wert von dem unkorrigierten Messwert, der beim Ablaufsteuerschritt Si erhalten wurde, abgezogen werden, um den der Entfernung entsprechenden wahren Messwert zu erhalten. Zu diesem Zweck setzt das vom Speicher 28 für Null wert kommende Signal «Speichern beendet» die Ablaufsteuerungseinrichtung 22 um einen Schritt auf S4 weiter.

Der Schritt S4 veranlasst die oben beschriebene Differenzbildung sowie das Abspeichern dieser Differenz, womit am Ausgang des Differenzspeichers 29 der wahre Messwert ansteht. Dieser kann gegebenenfalls in einer Einrichtung 30 angezeigt oder zu Steuerungszwecken etc. herangezogen werden.

Durch die unmittelbare Folge des gleichzeitigen elektrischen Anstosses der Schwingkreise 16 und 17 im Referenz-und Messkanal, was der Entfernung «Null» entspricht, unmittelbar nach der eigentlichen Messung und der darauf628995

folgenden Differenzbildung der Zeitmesswerte, von denen der erste auf optischem Wege und der zweite auf elektrischem Wege gewonnen wurde, wird die Elimination unterschiedlichen Driftens und Alterns der beiden Kanäle I und II und der Zeitmesseinrichtung 21 ermöglicht.

In Weiterfolge des Funktionsvorganges löst das vom Differenzspeicher 29 kommende Signal «Speichern beendet» über den Takteingang 22b der Ablaufsteuerung 22 den Schritt S5 aus, welcher die Eichung der Skalierung 21c der Zeitmesseinrichtung 21 veranlasst. Nach Beendigung dieses Vorganges erzeugt die Zeitmesseinrichtung 21 das Signal «Eichen beendet» und setzt die Ablaufsteuerung 22 auf «Null»

zurück; und der vorbeschriebene Ablauf wiederholt sich beim Eintreffen des nächsten Laserimpulses.

Gleichzeitig mit der Ablaufsteuerung 22 wird ein Zähler 31, der bis «n» zählt, zurückgesetzt. Dieser Zähler 31 dient der Umschaltung des Verstärkungsfaktors für den Verstärker 25 im Messkanal I. Zusammen mit einem Komparator 32, der an den Ausgang des Messkanalverstärkers 25 angeschlossen ist, hat er den Zweck, eine Übersteuerung des Messkanalverstärkers bei stark reflektierenden Zielen zu vermeiden. Hierzu wird die Amplitude der angefachten und verstärkten Sinusschwingung im Messkanal mit einer Referenzspannung Ureram Komparator 32 verglichen. Diese Referenzspannung ist so gewählt, dass eine gleich grosse, aber um den Faktor der eingestellten Verstärkung verminderte Amplitude der angefachten Sinusschwingung den Verstärker 25 im Messkanal nicht übersteuert und damit sicherstellt, dass die Messung im linearen Bereich des Verstärkers erfolgt.

Überschreitet die Amplitude des Sinussignals jedoch den eingestellten Wert der Referenzspannung, so schaltet der Komparator 32 den Zähler 31 um eine Stufe weiter, gleichzeitig wird der vorher beschriebene Start der Ablaufsteuerung 22 für «Messen und Eichen» wieder zurückgenommen, und es erfolgt keine Messwertspeicherung, während jedoch der alte vorhergehende Messwert erhalten bleibt. Beim nächsten Eintreffen eines Laserimpulses wiederholt sich dieser Vorgang und damit die Herunterschaltung des Verstärkungsfaktors im Messkanalverstärker 25, bis die empfangene Sinusamplitude am Komparator 32 die eingestellte Referenzspannung nicht mehr erreicht bzw. nicht mehr überschreitet. Erst nach dieser Kontrolle kann der nächste «wahre» Messwert, wie vorbeschrieben erläutert, erhalten werden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

î. Laserentfernungsmessgerät nach dem Prinzip der Laufzeitmessung eines Lichtimpulses mittels zweier Kanäle,

wobei der eine Kanal - der sogenannte Referenzkanal - zur Gewinnung des Startsignals und der andere Kanal - der sogenannte Messkanal - zur Gewinnung des Stopsignals dient, wobei in jedem Kanal in einer Diodenempfangsschaltung als Arbeitswiderstand ein Parallelresonanzkreis geschaltet ist, der aus einer Spule und der Sperrschichtkapazität der Empfangsdiode sowie einer zusätzlichen parallelgeschalteten externen Kapazität besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Sender (10) ausgesandte Laserimpuls (ji) den Referenzkanal (II) und den Messkanal (I) optisch triggert und zur Gewinnung derzeitsignifikanten Signalflanken im Referenzkanal (II) der erste Sinus-Nulldurchgang der von einem vom ausgesandten Laserimpuls (ji) abgezweigten Laserimpuls (j2) angefachten Sinusschwingung und im Messkanal (I) der zweite Sinus-Nulldurchgang der durch den vom Ziel eintreffenden Laserimpuls (j3) angefachten Sinusschwingung detek-tiert wird.
2. Laserentfernungsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkanal (II) über eine Lichtleitfaser (11) bzw. Lichtleitkanal durch den Streuanteil des auf die Senderlinse (12) auftreffenden ausgesandten Laserimpulses O'i) und der Messkanal (I) durch den vom Ziel zurückkommenden Laserimpuls (j3) getriggert werden.
3. Laserentfernungsmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkanal (II) und der Messkanal (I) aus identischen elektronischen Bausteinen aufgebaut sind.
4. Laserentfernungsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur gleichzeitigen elektrischen Triggerung der beiden Parallelresonanzkreise (16,17) vorgesehen ist.
5. Laserentfernungsmessgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Speicher (27) zur Speicherung des bei der Entfernungsmessung durch die optische Triggerung der beiden Parallelresonanzkreise (16,17) erhaltenen Zeitmesswertes und ein zweiter Speicher (28) zur Speicherung des bei der elektrischen Triggerung der beiden Parallelresonanzkreise (16, 17) erhaltenen Zeitmesswertes sowie eine die Differenz dieser beiden Zeitmesswerte bildende und speichernde Rechen- und Speicherschaltung (29) vorgesehen sind.
6. Laserentfernungsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Parallelresonanzkreis (17) des Messkanals (I) ein Verstärker (25) mit veränderbarer Verstärkung nachgeschaltet ist und dass ein das Ausgangssignal dieses Verstärkers (25) mit einer fest vorgegebenen Referenzspannung (Uref) vergleichender und bei einem Überschreiten der Referenzspannung (Uref) durch das Ausgangssignal des Verstärkers (25) ein Steuersignal abgebender Komparator (32) sowie eine beim Auftreten dieses Steuersignals den eben gewonnenen Zeitmesswert unterdrückende und für eine Wiederholung der Entfernungsmessung den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (25) reduzierende Steueranordnung (22,31) vorgesehen sind.
7. Laserentfernungsmessgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (25) stufenweise veränderbar ist und dass die Steueranordnung einen nach jedem zu einem zu hohen Ausgangssignal des Verstärkers (25) führenden Messversuch um einen Zählschritt dekrementierbaren Zähler (31) umfasst.