DE2010768C3 - Optischer Impuls-Laufzeit-Entfernungsmesser mit scharfer Strahlbündelung und Auswahl des am weitesten entfernten Objekts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Entfernungsmesser unter Verwendung von mit scharfer Bündelung &o ausgestrahlten Impulsen im optischen Bereich, insbesondere Laserstrahlen, die nach der Aussendung an einem Objekt reflektiert und von einem Empfänger aufgenommen werden, bei dem durch Laufzeitbestimmung die Entfernung des Objektes festgestellt und eine &5 Zielauswahl dadurch vorgenommen ist, daß in einer Messung die Echosignale aller im zu erfassenden Entfernungsbereich liegenden Objekte registriert und nur das ajs am weitesten entfernt festgestellte Objekt mittels eines Speichers festgehalten und zur Anzeige und/oder Auswertung freigegeben ist, wobei die Bündelung des Strahles bezogen auf den ganzen zu erfassenden Entfernungsbereich so gewählt ist, daß dessen wirksamer Querschnitt stets kleiner bleibt als das kleinste noch zu erfassende Objekt

Ein Gerät dieser Art ist aus der US-PS 34 09 368 bekannt Die Selektion des am weiteste« entfernten Zieles erfolgt dabei von Hand durch eine Bedienungsperson, wobei diese erst auf einem Anzeigegerät die Zielverteilung betrachten muß. Dies erfordert relativ viel Zeit und die ständige Aufmerksamkeit der Bedienungsperson.

Aus der DE-OS 19 35 319 ist ein Entfernungsmesser mit automatischer Zielselektion bekannt, bei dem ein zu Beginn des Meßvorgangs (Empfangsperiode) gestarteter gemeinsamer Zähler vorgesehen ist der am Ende des Meßvorganges automatisch auf Null gesetzt wird und dessen Zähltakte von einem eigenen Taktoszillator geliefert werden. Durch eine Verteilerschaltung können eine Anzahl von Registern aktiviert und bestimmte, durch das Eintreffen von Echosignalen zeitlich definierte Zählwerte des gemeinsamen Zählers über Torschaltungen zur Anzeige ausgegeben werden. Durch einen von Hand betätigten Schalter wird die Entfernung des am weitesten entfernten Zieles angezeigt wozu der Einsatz eines zusatzlichen Hilfszählers erforderlich wird. Der Nachteil dieser Entfernungsmeßeinrichtung besteht vor allem darin, daß der notwendige Aufwand sehr groß ist und die Messungen jeweils nur auf eine Empfangsperiode bezogen sind, was bei schwachen Echosignalen durch Rauschen oder sonstige Störeinflüsse zu Fehlanzeigen führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine Anzeige des am weitesten entfernten Zieles zu erreichen und gleichzeitig die Anzahl von Fehlanzeigen zu verringern. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht daß der zur Speicherung der bei der ersten Messung erhaltenen Echosignale verwendete Speicher ein in der Art eines Vorwärtszählers betriebener Speicher ist, der nacheinander die einzelnen eintreffenden Echosignale aufnimmt daß bei einer zweiten Messung dieser Zählung von den dann eintreffenden Echosignalen in der Art eines Rückwärtszählers in umgekehrter Richtung betrieben und dadurch entleert wird, und daß der dabei vom am weitesten entfernten und erfaßten Objekt kommende Echoimpuls den Speicher auf Null setzt und dadurch die Auslösung der Anzeige bzw. Auswertung bewirkt

Besondere Taktschaltungen und ein großer Aufwand für Zähl- und Speicherschaltungen sind somit vermieden, weil lediglich die Echosignale eines ersten und eines zweiten Meßvorganges in der Art eines Vor- und Rückwärtszählers ein- und auszuspeichern sind. Da zwei Meßvorgänge miteinander verknüpft werden, ergibt sich eine verbesserte Sicherung gegen Fehlanzeigen.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Entfernungsmesser mit verschiedenen, im Strahlungsbereich liegenden Objekten,

F i g. 2 ein Impuls-Zeitdiagramm und

F i g. 3 einen Teilausschnitt des Entfernungsmessers nach Fig. 1 mit einer Ausführung der Speicherschaltung nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein Sender 1 vorgesehen, der von einer

Tasteinrichtung 2 angesteuert wird, derart, daß er zu bestimmten Zeiten Impulse im optischen Frequenzbereich und relativ kurzer Dauer abgibt. Als Sender im optischen Bereich kommt z, B, ein User in Frage, Dem Sender 1 kann ein Verstärker 3 nachgeschaltet sein, von dem aus die Energie zu einer Bündelungseinrichtung 4 gelangt, deren Erreger mit 5 bezeichnet ist Die ausgesandte, gestrichelt angedeutete Strahlung ist sehr scharf gebündelt, wobei dte Auslegung so vorgenommen ist, daß im gesamten interessierenden Entf ernungs- ι ο meßbereich der Querschnitt eines zu erfassenden Objektes stets noch größer oder höchstens gleich groß ist wis der wirksame Querschnitt der Strahlung. Unter dem Begriff »wirksamer Querschnitt« soll dabei derjenige Bereich ein«· Strahlungskeule verstanden werden, innerhalb dessen ein Objekt eine Anzeige liefern kann. Dieser Bereich hängt vor allem, von der Breite der Strahlungskeule und der Empfindlichkeit des Empfängers ab. Es sei angenommen, daß im Strahlungsgang drei Objekte Ok, Om, On liegen, von denen Ok und Om kleiner sind als das Objekt On, welches als erstes die Bedingung erfüllt, daß seine Abmessungen größer sind als'der durch gestrichelte Linien angedeutet«"; wirksame Querschnitt der Strahlungskeule.

Aufgrund der dargestellten Objektverteilung ergeben sich drei Echosignale Ek, Em, En, deren zeitliche Verteilung ihrer räumlichen Lage entspricht, so daß über die Laufzeit die Entfernung der jeweiligen Objekte bestimmt werden kann. Da jedoch mehr als ein Objekt von der Strahlung erfaßt worden ist und mehr als ein auflösbares Echosignal vorliegt, ist es normalerweise mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, aus diesen verschiedenen Echosignalen das richtige, ein interessierendes Objekt betreffende Signal herauszufinden und dieses einer Anzeige bzw. Auswertung zuzuführen. s">

Durch die Auswahl des wirksamen Querschnitts der Strahlung derart, daß im interessierenden Entfernungsbereich dieser kleiner ist als die Abmessungen des Objektes, ist es praktisch ausgeschlossen, daß ein hinter einem derartigen interessierenden Objekt liegendes weiteres Objekt, z. B. Oo in Fi g. 1, noch eine Anzeige ergibt Das bedeutet daß unter diesen Umständen das letzte, d.h. vom am weitesten entfernten Objekt eintreffende Echosignal ein interessierendes Objekt anzeigt und deshalb nur die Entfernung gerade dieses Zieles zu bestimmen ist. Dies kann im allgemeinen so vor sich gehen, daß die einzelnen, von den verschiedensten Objekten herrührenden Echosignale in einem Speicher festgehalten werden und nach Ablauf der gesamten, dem zu erfassenden Entfernungsbereich entsprechenden Meßzeit festgestellt wird, welches Echosignal als letztes eingetroffen ist Auf der Empfangsr-eite sind hienu Einrichtungen vorgesehen, wo die reflektierte (strichpunktiert dargestellte) Strahlung von einer Aufnahmeeinrichtung 6 aufgenommen, in ^r>~> elektrische Spannungen oder Ströme umgesetzt und ggfs. einem Verstärker 7 zugeführt wird. In einer Prüfschaltung 8 wird festgestellt welches der Echosignale als letztes eingetroffen ist, und nur für dieses Echosignal wird dann eine Entfernungsanzeige und/ oder Auswertung in der Einrichtung 9 zugelassen. Hierzu ist es erforderlich, daß im Empfangsteil bekannt ist, wann die Strahlung von der sendeseitigen Antenne 4 ausgegangen ist weil dies den Punkt Null für die Entfernungsmessung liefert. Zu diesem Zweck ist ein Sensor 10 im Bereich der Antenne angeordnet, der beim Auftreten einer sendeseitigen Strahlung ein Signal an die Prüfschaltung8überragt.

Die hier verwendete Methode zur Bestimmung des Echosignals des am weitesten entfernt festgestellten Objektes besteht darin, daß eine zweite Messung durchgeführt wird und die von der ersten Messung gespeicherten Echosignale dazu herangezogen werden, die Freigabe des zu dem Objekt On gehörenden Echosignals En zu steuern. Die Einleitung der zweiten Messung wird so vorgenommen, daß nach Ablauf der ersten Messung automatisch die Auslösung der zweiten Messung erfolgt, was durch die Verbindungslinie zwischen der Prüfschaltung 8 und der Tasteinrichtung 2 für den Sender 1 angedeutet ist Eine derartige zweite Messung ist an sich nur dann erforderlich, wenn bei der ersten Messung mehr als ein Ziel festgestellt worden ist

Nach der Erfindung ergeben sich besonders einfache Verhältnisse, wenn die Speicherung der bei der ersten Messung erhaltenen Echosignale in der Art eines Vorwärtszählers erfolgt wobei dann bei der zweiten Messung von den eintreffenden Echosignalen die Ausspeicherung in der Art eines Rückwärtszählers betrieben wird und der Stopimpuls (d.h. wenn der Speicher wieder auf Null gesetzt wu'd) den Auslöseimpuls für die Anzeige und/öder Auswertung liefert Der schematische Aufbau einer derartigen Speicheranordnung ist in F i g. 3 dargestellt wo der Vorwärts-Rückwärtsspeicher, welcher Bestandteil der Prüfschaltung 8 nach i· ig. 1 ist das Bezugszeichen 8a trägt Wie durch die Speicherplätze angedeutet sind die einzelnen Echosignale entsprechend ihrem zunehmenden Abstand vom Entfernungsmesser von rechts nach links im Speicher8aenthalten und mit \,2,...k,m,nbezeichnet Dies bedeutet daß in diesem Zustand der erste Meßvorgang abgeschlossen ist und nunmehr der Speicher bei dem zweiten Meßvorgang in der Art eines Rückwärtszählers betrieben werden soll. Über den Sensor 10 wird dieser zweite Meßvorgang an den Zähler 8a gemeldet und die Umstellung auf Rückwärtsspeichern vorgenommen. Die nacheinander eintreffenden Echosignale entleeren den Speicher 8a von links nach rechts und beim Eintreffen des Echosignals En vom am weitesten entfernten Objekt On liegt die Speicherinfcrmation η dort wo jetzt die Zahl »1« steht Dies hat zur Folge, daß beim Eintreffen des Echosignals En der Speicher 8a auf Null gesetzt wird, was zur Entfernungsanzeige herangezogen wird, d.h. in diesem Moment wird von der Überwachungseinrichtung U ein Signal zur Auswerte- oder Anzeigevorrichtung 9a gegeben, dessen zeitlicher Abstand von dem vom Sensor 10 gelieferten Anfangssignal für die Messung der Entfernung des Objektes On herangezogen wird. Die Überwachungsschaltung 11 darf nur ansprechen, wenn der erste Speicherplatz des Zählers von »Eins« auf »Null« gesetzt wird und nicht umgekehrt wenn dicker von »Null« auf »Eins« gelangt Dies kann einfach dadurch überprüft werden, daß auch der Zustand des zweiten Speicherplatzes in der Überwachungsschaltung 11 mit betrachtet wird. Beim Eintreffen des ersten Echosignals bei der ersten Messung ist nämlich der Speicherplatz 2 auf »Null« gesetzt während der Speicherplatz 1 r-stmals belegt wird (Vorwärtsspeicherung). Dagegen ist bei Rückwärtsspeichening zuerst der Speicher 2 und der Speicher i, dann nur noch der Speicher 1 belegt un I schließlich wird (Mich dieser auf »Null« gesetzt. Diese (eihenfolge kann als Kriterium dafür dienen, ob de .· Speicher 8a vorwärts oder rückwärts betriebe,", wird.

Die Umschaltung auf die zweite Messung durch das Signal zur Tasteinrichtung 2 wird zweckmäßig zugleich

auch dafür benutzt, um den Zähler 8a von Vorwärtsspeicherung auf Rückwärtsspeicherung umzuschalten.

Zur Einstellung des Meßbereiches des Entfernungsmessers kann ein nionoslabiler Multivibrator dienen, dessen Rückkippzeit einsteilbar gemacht werden kann, wodurch auch der Entfernungsmeßbereich verändert werden kann. Auch durch eine geeignete Decodierung eines Entfernungszählers kann der Meßbereich entsprechend eingestellt weiden.

Bei fehlendem Echosignal im gesamten Entfernungsbereich wird vorteilhaft eine Signal-»Fehlanzeige« erzeugt und gleichzeitig dadurch eine neue Messung eingeleitet.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung im Rahmen optischer Impuls-Entfernungsmesser mit Laserstrahlen anwendbar, weil dort in einfacher Weise eine scharfe Bündelung des Strahles mit relativ geringem Aufwand erreicht werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Entfernungsmesser unter Verwendung von mit scharfer Bündelung ausgestrahlten Impulsen im optischen Bereich, insbesondere Laserstrahl«^ die nach der Aussendung an einem Objekt reflektiert und von einem Empfänger aufgenommen werden, bei dem durch Laufzeitbestimmung die Entfernung des Objektes festgestellt und eine Zielauswahl dadurch vorgenommen ist, daß in einer Messung die to Echosignale aller im zu erfassenden Entfernungsbereich liegenden Objekte registriert und nur das als am weitesten entfernt festgestellte Objekt mittels eines Speichers festgehalten und zur Anzeige und/oder Auswertung freigegeben ist, wobei die is Bündelung des Strahles bezogen auf den ganzen zu erfassenden Entfernungsbereich so gewählt ist, daß dessen wirksamer Querschnitt stets kleiner bleibt als das kleinste,noch zu erfassende Objekt, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Speicherung der bei der ersinn Messung erhaltenen Echosignale (Ek bis En) verwendete Speicher (Sa) ein in der Art eines Vorwärtszählers betriebener Speicher ist, der nacheinander die einzelnen eintreffenden Echosignale aufnimmt, daß bei einer zweiten Messung dieser Zähler (Sa) von den dann eintreffenden Echosignalen (Ek bis En) in der Art eines Rückwärtszählers in umgekehrter Richtung betrieben und dadurch entleert wird, und daß der dabei vom am weitesten entfernten und erfaßten Objekt (On) kommende Echoimpuls (En) den Speicher (Sa) auf Null sctzi und dadurch die Auslösung der Anzeige bzw. Auswertung (in 9a) bewirkt

2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Messung nur bei « Feststellung von mehr als eine!.. Ziel vorgenommen ist

3. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Messung automatisch nach Ablauf der ersten Messung eingeleitet ist -to

4. Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlendem Echosignal ein diesen Zustand signalisierendes Signal erzeugt und eine erneute Messung eingeleitet ist.

5. Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (Sa) Abgriffe am ersten und zweiten Speicherplatz aufweist, und daß die Reihenfolge der Belegung bzw. Löschung dieser Speicherplätze mittels einer angeschlossenen Überwachungsschaltung (11) als Anzeigekriterium dafür benutzt ist, in welcher Richtung (vorwärts oder rückwärts) die Speicherung erfolgt