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: DE2723835C2; JPS53147570A; NL8800031A; DE2723835A1; GB1597275A; FR2392398B2; SE439553B; AT374930B; AU517107B2; FR2392398A2; JPS601590B2; SE7805662L; AU3654578A; NL7805787A

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserentfernungsmesser gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a laser rangefinder according to the preamble of claim 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. The laser distance measuring devices according to the prior art have only one receiving channel. As a result, however, the start must be made via the electrical triggering of the laser pulse generation when measuring the time. However, the response time for the generation of this pulse is undefined and subject to strong fluctuations or drifts. Due to the direct electrical coupling between the transmitter and receiver, the highly sensitive receiver is also severely disturbed by the high current gradients of the laser pulse generation, and the sensitivity of the device is thus reduced.

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. The object of the present invention is to produce a galvanic separation between transmitter and receiver in a laser distance measuring device of the type mentioned at the outset and to eliminate the aforementioned defects and to eliminate the influence of environmental brightness on the measurement result.

Das erfindungsgemässe Laserentfernungsmessgerät ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zusammengefassten Merkmale gekennzeichnet. The laser distance measuring device according to the invention is characterized by the features summarized in the characterizing part of patent claim 1.

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. Through these measures, the aforementioned disadvantages of the previously working devices are eliminated. Because of the use of a parallel resonance circuit as the working resistance of the receiving diodes, they have the further advantage that the optical filters previously required are no longer required.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. An embodiment of the invention is shown in the drawing.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen zusammen ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Laserentfernungsmessgerätes. Das dargestellte Laserentfernungsmessgerät setzt sich in Funktion und Aufbau wie folgt zusammen. FIGS. 1 to 3 together show a block diagram of the laser distance measuring device according to the invention. The laser distance measuring device shown is composed in function and structure as follows.

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, The laser pulse j l is emitted by the transmitter diode 14 to the destination. When it strikes the transmitting lens 12, a small part j2 of the beam is reflected as scattered light and reaches the receiving diode 15 of the reference channel II via an optical fiber or an optical channel 11, where it triggers the resonant circuit 16, the now fanned sine wave via an impedance converter 18 and an amplifier 19 is fed to the sine zero crossing detection device 20 and a signal edge Sfi is generated at the output of the detection. This signal edge is subject to a constant time delay and indicates

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. that the laser pulse has just left the transmitter lens 12 to the target. The start 21a of the time measuring device 21 is therefore started with this flank and at the same time the sequence control 22 for “measuring and calibration” is started 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. A little later - in accordance with the transit time of the laser pulse to the target - the reflected laser pulse j3 arrives through the receiving lens 13 at the receiving diode 23 of the measuring channel I, strikes an oscillating circuit 17 there - as in the reference channel II the scattered light. The sine oscillation thus ignited is again fed via an impedance converter 24 to an amplifier 25 which, in contrast to the reference channel, can be switched over in its gain factor in “n steps”. The amplified sinusoidal oscillation is also fed to the sinus zero crossing detection device 26.

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. While the first sine zero crossing is detected in the reference channel, it is the second in the measuring channel. This ensures that a drift of channels I and II against each other can never lead to the time-significant signal of the measuring channel occurring before the time-significant edge of the reference channel at a distance of "zero". This means that failure of the device in measurement mode is impossible.

2 2nd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

Die von der Sinusnulldurchgangs-Detektionseinrichtung That from the sine zero crossing detection device

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 26 of the measuring channel generated time-significant signal edge Sf2 is now fed to the stop input 21b of the time measuring device 21. Shortly thereafter, this then generates the signal “measurement ended” and clocks the sequential control 22 further by a step Si, as a result of which the result of the previously described time measurement is stored in the memory

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. 27 is triggered for the uncorrected measured value. It is uncorrected because the time-significant signal edges Sfi and Sf2 have a different time delay that is specific to the reference and measuring channel, the latter mainly being due to the different sine zero crossing detection (first sine zero crossing in the reference channel and second passage in the measuring channel).

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 Immediately afterwards, the “save completed” signal occurs and triggers step S2 via the clock input 22b of the sequence control 22. The two receive resonant circuits 16 and 17 are thus electrically triggered at the same time and time-significant signal edges are obtained again, as previously described. The same time measuring device 21 is started or stopped as with the optical trigger. The "measurement finished" signal initiates step S3 via the clock input 22b of the sequence control 22, which causes the result of this time measurement to be stored in the memory

28 für den Nullwert übernommen wird. Damit enthält dieser Speicher 28 den der unterschiedlichen Laufzeit zwischen Referenz- und Messkanal entsprechenden Wert. 28 is adopted for the zero value. This memory 28 thus contains the value corresponding to the different transit times between the reference channel and the measuring channel.

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. Now only this value has to be subtracted from the uncorrected measurement value obtained in the sequence control step Si in order to obtain the true measurement value corresponding to the distance. For this purpose, the signal “store finished” coming from the memory 28 for zero sets the sequence control device 22 one step further to S4.

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. Step S4 initiates the formation of the difference described above and the storage of this difference, with the result that the true measured value is present at the output of the difference memory 29. This can optionally be displayed in a device 30 or used for control purposes etc.

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 Due to the immediate consequence of the simultaneous electrical impulse of the resonant circuits 16 and 17 in the reference and measurement channel, which corresponds to the distance “zero”, immediately after the actual measurement and the 6228995 thereon

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. Subsequent difference formation of the time measurement values, of which the first was obtained optically and the second electrically, the elimination of different drifting and aging of the two channels I and II and the time measuring device 21 is made possible.

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» As a consequence of the functional process, the signal “store completed” coming from differential memory 29 triggers step S5 via clock input 22b of sequence control 22, which causes calibration of scale 21c of time measuring device 21. After completion of this process, the time measuring device 21 generates the “calibration finished” signal and sets the sequence control 22 to “zero”

zurück; und der vorbeschriebene Ablauf wiederholt sich beim Eintreffen des nächsten Laserimpulses. back; and the process described above is repeated when the next laser pulse arrives.

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. A counter 31, which counts to “n”, is reset at the same time as the sequence control 22. This counter 31 is used to switch the gain factor for the amplifier 25 in the measurement channel I. Together with a comparator 32, which is connected to the output of the measurement channel amplifier 25, it has the purpose of avoiding overdriving the measurement channel amplifier in the case of highly reflective targets. For this purpose, the amplitude of the fanned and amplified sine wave in the measuring channel is compared with a reference voltage Ureram comparator 32. This reference voltage is selected such that an amplitude of the fanned sine oscillation of the same size, but reduced by the factor of the set gain, does not overdrive the amplifier 25 in the measuring channel and thus ensures that the measurement takes place in the linear region of the amplifier.

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. However, if the amplitude of the sinusoidal signal exceeds the set value of the reference voltage, the comparator 32 switches the counter 31 one step further, at the same time the previously described start of the sequence control 22 for “measurement and calibration” is canceled again, and there is no storage of measured values during however, the previous previous measurement is retained. The next time a laser pulse arrives, this process is repeated, and with it the switching down of the amplification factor in the measuring channel amplifier 25 until the received sine amplitude at the comparator 32 no longer reaches or no longer exceeds the set reference voltage. Only after this check can the next "true" measured value be obtained, as explained above.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

628995

PATENT CLAIMS

î. Laser distance measuring device based on the principle of measuring the transit time of a light pulse using two channels,

where one channel - the so-called reference channel - for obtaining the start signal and the other channel - the so-called measurement channel - for obtaining the stop signal, with a parallel resonance circuit connected in a channel in a diode receiving circuit as a load resistor, which consists of a coil and the junction capacitance of the Receiving diode and an additional external capacitance connected in parallel, characterized in that the laser pulse (ji) emitted by the transmitter (10) optically triggers the reference channel (II) and the measuring channel (I) and the first sine to obtain currently significant signal edges in the reference channel (II) Zero crossing of the sine wave fanned by a laser pulse (j2) branched off from the emitted laser pulse (ji) and in the measuring channel (I) the second sine zero crossing of the sine wave fanned by the laser pulse (j3) arriving from the target is detected.

2. Laser distance measuring device according to claim 1, characterized in that the reference channel (II) via an optical fiber (11) or optical channel through the scattering portion of the emitted laser pulse O'i) impinging on the transmitter lens (12) and the measuring channel (I) through the laser pulse (j3) coming back from the target can be triggered.

3. Laser distance measuring device according to claim 2, characterized in that the reference channel (II) and the measuring channel (I) are constructed from identical electronic components.

4. Laser distance measuring device according to claim 1, characterized in that a device for simultaneous electrical triggering of the two parallel resonance circuits (16, 17) is provided.

5. Laser distance measuring device according to claim 4, characterized in that a first memory (27) for storing the time measurement value obtained during the distance measurement by the optical triggering of the two parallel resonance circuits (16, 17) and a second memory (28) for storing the electrical Triggering of the two parallel resonance circuits (16, 17) obtained time measurement value and a computing and storage circuit (29) forming and storing the difference between these two time measurement values are provided.

6. Laser distance measuring device according to claim 1, characterized in that the parallel resonance circuit (17) of the measuring channel (I) is followed by an amplifier (25) with variable gain and that a comparing the output signal of this amplifier (25) with a fixed reference voltage (Uref) and if the reference voltage (Uref) is exceeded by the output signal of the amplifier (25), a comparator (32) which emits a control signal and, when this control signal occurs, suppresses the time measurement value just obtained and reduces the amplification factor of the amplifier (25) for a repetition of the distance measurement (22,31) are provided.

7. Laser distance measuring device according to claim 6, characterized in that the amplification factor of the amplifier (25) can be changed in stages and that the control arrangement comprises a counter (31) that can be decremented by one count after each measurement attempt leading to an output signal of the amplifier (25) that is too high.