DE2326560C2 - Laser-Entfernungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Laser-Entfer- μ nungsmesser der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art.

Aus der US-PS 36 66 367 ist ein digitales Entfernungsmeßgerät mit einem Lasergenerator bekannt, der Lichtimpulse in Richtung auf ein Ziel abstrahlt, und mit einem Empfänger, der eine Fotodiode aufweist, die die reflektierten Impulse empfängt. Ein nachgeschalteter Verstärker besteht aus zwei Stufen, von denen eine eine zeitlich begrenzte Verstärkungsregelung bewirkt und die andere die automatische Verstärkungsregelung steuert. Bei Beginn der Meßperiode wird die Verstärkung reduziert und anschließend während des Meßzyklus erhöht Die automatische Verstärkungsregelung steuert über ein Rückkopplungssignal die Verstärkung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal. Außerdem enthält dieses Gerät eine Schwellwertvorrichtung, um die durch Rauschsignale bedingte Falschalarmrate zu vermindern.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Laserentfernungsmesser der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art so auszubilden, daß die Vorspannung der Fotodiode geeignet eingestellt wird, so daß einerseits die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten Auslösung des Lawineneffekts in der Fotodiode aufgrund eines Rauschsignals (Fehlalarm) gering bleibt (was bei niedrig eingestellten Rauschpegel in der Fotodiode optimal gesichert wäre), und andererseits die Vorspannungsregelung der Fotodiode abhängig vom Rauschpegel stabil bleibt (was bei höher eingestelltem Rauschpegel besser erreicht würde). Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs definierten Maßnahmen gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf den Unteranspruch verwiesen.

Die folgende Beschreibung an Hand der Zeichnung dient zum besseren Verständnis der Erfindung.

— Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Entfsrnungsmessers.

— F i g. 2 gibt einen Teil des in F i g. 1 dargestellten Entfernungsmessers im Detail wieder.

Fig. 1 stellt einen Laser-Entfernungsmesser dar, zu dem ein Lasergenerator 1 gehört, der einen Lichtimpuls 2 in Richtung auf ein hier nicht gezeigtes Ziel aussendet, und ein lichtempfindlicher Empfänger 3 in Form einer Fotodiode, die ein Echo 4 des Impulses 2 auffangen kann.

Zu dem Entfernungsmesser gehö:cn weiterhin eine Schwellwertvorrichtung 5, die vorzugsweise über einen Verstärker 6 die elektrischen Ausgangsimpulse des Empfängers 3 aufnimmt; die Schwellwertvorrichtung 5 kann den Durchgang für elektrische Impulse, deren Pegel niedriger ist als ein vorher bestimmter Schwellwert, blockieren und die übrigen Impulse durchlassen. Dieser Entfernungsmesser enthält darüber hinaus eine Meßvorrichtung 7, die an die Schwellwertvorrichtung 5 und an den Lasergenerator 1 über den Verstärker 6 angeschlossen ist; die Vorrichtung 7 kann beispielsweise ein Zeitmesser sein, mit dem das Zeitintervall zwischen dem Aussenden des Impulses 2 und dem Empfang eines elektrischen Impulses aus der Schwellwertvorrichtung 5 gemessen werden kann. Der Entfernungsmesser umfaßt auch eine Regelvorrichtung, die das Ausgangsrauschen des Empfängers 3 aufnimmt und die negative Vorspannung des Empfängers 3 auf einen ersten Pegel einstellt, so daß der Wert dieses Rauschens konstant gehalten wird; dabei ermöglicht dieser erbte Pegel das Arbeiten der Regelvorrichtung. Sie kann zum Beispiel einen Detektor 8 enthalten, der mit dem Verstärker 6 verbunden ist und ein Dauersignal abgibt, das beispielsweise dem Scheitelwert der Rauschimpulse des Empfängers 3 entspricht. Dieser Detektor 8 ist an eine Vorrichtung 9 angeschlossen, mit der die negative Vorspannung des Empfängers 3 gesteuert wird und zu der ein Generator gehören kann, der ständig eine Referenzspannung abgibt, sowie ein Vergleicher und ein

Verstärker. Zu diesem Entfernungsmeßgerät gehört schließlich noch eine Vorrichtung 10 zum vorübergehenden Senken der negativen Vorspannung des Empfängers 3, wobei die Dauer dieses Senkens kürzer ist als die Ansprechzeit der Regelvorrichtung. Diese Vorrichtung 10 kann beispielsweise an die Vorrichtung 9 und an den Lasergenerator 1 angeschlossen sein; sie ist dazu ausgerüstet, die negative Vorspannung des Empfängers 3 während des Zeitraums zwischen dem Aussenden des impulses 2 und dem Empfang seines Echos 4 auf dem Empfänger 3 auf einem zweiten Pegel' zu halten. Dieser zweite Pegel ist niedriger als der erste, aber ausreichend hoch, um zu gewährleisten, daß der Pegel des vom Empfänger 3 beim Empfang des Echos 4 gelieferten und vom Verstärker 6 verstärkten elektrisehen Impulses höher ist als der vorher festgelegte Schwellwert

Der Entfernungsmesser gemäß Fig. 1 arbeitel folgendermaßen:

Wenn der Lasergenerator 1 den Lichtimpuls 2 aussendet, wird die Meßvorrichtung 7 in Gang gesetzt Der umgekehrt polarisierte Empfänger 3 liefen beim Empfang eines Echos 4 des Impulses I einen elektrischen Impuls. Die fotoelektrische Verstärkung des Empfängers 3 wächst mit seiner Vorspannung an; der Empfänger 3 sendet auch elektrische Rauschimpulse aus, deren Pegel ebenfalls schnell mit dem Wert der Vorspannung anwächst Die Veränderungen der Verstärkung und des Rauschens des Empfängers 3 in Abhängigkeit von der Vorspannung hängen von der Temperatur dieses Empfängers ab. Die Regelvorrichtung besitzt eine genügend lange Ansprechzeit, so daß sie auf sehr kurze Impulse, wie sie die Laser-Impulse darstellen, nicht reagiert; sie nimmt deshalb in erster Linie die Rauschimpulse des Empfängers 3 auf. Die Regelvorrichtung arbeitet ununterbrochen. Die ständig vorhandene Ausgangsspannung der Vorrichtung 8 wird mit der Referenzspannung der Vorrichtung 9 verglichen. Die Vorspannung des Empfängers 3 wird entsprechend dem Wert des Fehlersignals aus dem Vergleicher der Vorrichtung 9 erhöht oder vermindert und durch seinen Verstärker verstärkt, um den Pegel dieses Fehlersignals zu verringern. Mit Hufe dieser Regelvorrichtung wird die Vorspannung des Empfängers 3 auf einen ersten Pegel so eingestellt, daß das Rauschen dieses Empfängers unabhängig von der Temperatur praktisch auf einem konstanten Wert bleib), der der Referenzspannung entspricht. Die Erfahrung zeigt, daß der konstante Rauschpegel genügend hoch sein muß, um das richtige Arbeiten der Regelvorrichtung, vor allem des Detektors 8, zu gewährleisten. Dieser ziemlich hohe Rauschpegel kann nach seiner Verstärkung den Schwellwert der Vorrichtung 5 überschreiten.

Die Vorrichtung 10 senkt den Pegel der Vorspannung vorübergehend auf einen zweiten Pegel, der niedriger ist als der erste und tief genug liegt, um mit hoher Wahrscheinlichkeit auszuschließen, daß ein Rauschimpuls den vorher festgelegten Schwellwert überschreitet, ledoch ist der zweite Pegel genügend hoch, damit der Pegel des vom Empfänger 3 gelieferten elektrischen Impulses über dem vorher bestimmten Schwellwert liegt. Das vorübergehende Senken der Vorspannung setzt ein mit dem Aussenden des Laserimpulses, und seine Dauer entspricht z. B. der maximalen Reichweite f>5 des Entfernungsmesser. Die Dauer ist natürlich kurzer als die Ansprechzeit der Regelvorrichtung, so daß deren Funktionieren nicht gestör^ wird.

Unter diesen Bedingungen ist mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen, daß ein Rauschimpuls nach Verstärkung den vorher festgelegten Schwellwert der Vorrichtung 5 überschreitet. Der vom Empfänger 3 beim Auffangen des Echos 4 gelieferte elektrische Impuls wird vom Verstärker 6 verstärkt und unterbricht den Meßvorgang in der Vorrichtung 7. Der gemessene Zeitabstand zwischen dem Aussenden des Impulses 2 und dem Auffangen des Echos 4 ist proportional zu der Entfernung des Entfernungsmessers zum Ziel.

Fi g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 zum vorübergehenden Senken der Vorspannung.

Gemäß F i g. 2 wird ein lichtempfindlicher Empfänger 3, der von einer Fotodiode gebildet wird, durch eine Potentialdifferenz zwischen einer Klemme 11, die mit der Kathode des Empfängers 3 verbunden ist, und einer Klemme 12, die mit der Anode dieses Empfängers über einen Vorspannungswiderstand 13 verbunden ist, negativ vorgespannt.

Die Kathode des Empfängers 3 ist über einen Kondensator 15 an eine Klemme 14 ^.-'geschlossen, die mit dem in F i g. 1 gezeigten Verstärker 6 verbunden ist.

Die Vorrichtung zum vorübergehenden Senken der Vorspannung besteht aus einer monostabilen Kippstufe 16, die über eine Klemme 17 beispielsweise mit der Vorrich'.tng verbunden ist die den Lichtimpuls 2 des Lasergenerators 1 auslöst, und aus einem Kondensator 18, dessen Klemmen mit der Kippstufe 16 verbunden sind und der parallel zum Widerstand 13 geschaltet ist. Die Auslösung eines Laserimpulses bringt d>e Kippstufe 16 aus dem Gleichgewicht und bewirkt das Aufladen des Kondensators 18 auf eine Spannung, die der Vorspannung des Empfängers 3 entgegengesetzt ist. Die Kippstufe nimmt ihren Gleichgewichtszustand nach einer Zeit wieder ein, die der maximalen Reichweite des Entfernungsmessers entspricht

In einem anderen AusführungsbeispieS des erfindungsgemäßen Entfernungsmessers kann die Vorrichtung 10 zum vorübergehenden Senken der Voi spannung dazu ausgerüstet sein, aufeinanderfolgend die Vorspannung auf zwei verschiedene Pegel zu senken. Dat<:i wird die Vorspannung zunächst während eines Teils des Zeitintervalls, das der Reichweite des Entfernungsmessers entspricht, auf einen dritten Pegel gesenkt, der unter dem zweiten Pegel iiegt Der dritte Pegel Iiegt genügend tief, um zu gewährleisten, daß nach Verstärkung der Pegel der Ausgangsimpulse des Empfängers 3 unter dem vorbestimmten Schwellwert der Vorrichtung 5 bleibt. Daraufhin wird die Vorspannung allmählich auf das zweite, höhere Niveau gebracht und hier während des restlichen Zeitintervalls gehalten. Unter diesen Bedingungen wird vermieden, daß ein Störecho von Lichtimpu!sen, das beispielsweise durch di^ Rückstreuung des Laserimpulses durch eine Nebelwand in der Nähe des Lasergenerators 1 hervorgerufen wird, die Arbeit der Meßvorrichtung 7 unterbricht.

Die Vorrichtung zum vorübergehenden Senken der Vorspannung enthält in diesem Fall zusätzlich zur in F i g. 2 dargestellten Kippstufe 16 eine zweite Kippstufe, die ebenfalls im Moment des Aussenden? des Laserimpulses aus dem Gleichgewicht gebracht wird und das Laden des Kondensators 18 auf eine Spannung hervorruft, die genügend hoch ist. um die Vorspannung auf den dritten Pegel senken zu können.

Wie beschrieben bietet der erfindungsgemäße Laserentfernungsmesser den Vorteil, mit einer Regelvorrichtung für die Vorspannung des Empfängers ausgestattet

zn sein, die das Rauschen dieses EimpFängcrs auf einem genügend hohen Pegel hält, um das Arbeiten dieser Regelvorrichtung /u gewährleisten, so daß bei diesem Kntferniingsmesser mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden ist. daß die Zeitmeßvnrnehding 7 mit einem Raiischimpuls ausgelöst wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:
   1. Laserentfernungsmesser bestehend aus:

   — einem Lasergenerator (1), mit dem ein Lichtimpuls (2) in Richtung auf ein Ziel ausgesandt werden kann,

   — einem lichtempfindlichen Empfänger in Form einer Fotodiode (3) zum Empfang eines Echos (4) des Lichtimpulses,

   — einer Schwellwertvorrichtung (5), die elektrische Ausgangsimpulse der Fotodiode erhält und die den Durchgang für elektrische Impulse, deren Pegel unter einem vorherbestimmten Schwellwert liegt, blockiert und die übrigen durchläßt,

   — einer Meßvorrichtung (7), die beim Aussenden des Lichtimpulses ausgelöst wird und die elektrische Impulse von der Schwellwertvorrichtunjj (5) erhält, zum Messen des Zeitintervalls zvyijchen dem Aussenden des Lichtimpulses (2) und dem Empfang eines elektrischen Impulses aus dieser Schwellwertvorrichtung (5),

   — einer Regelvorrichtung (8,9), die das Ausgangsrauschen der Fotodiode empfängt und die negative Vorspannung dieser Fotodiode auf einen ersten Pegel einstellt, um das Rauschen auf einem konstanten Wert zu halten, wobei dieser erste Pegel das Arbeiten der Regelvorrichtung ermöglicht,

   — einer Vorrichtung (10) zum vorübergehenden Senken d_-s Vorspannungspegels der Fotodiode, wobei die Dauer des i>nkens kürzer ist als die Ansprechzeit der Regelvorrichtung,

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   dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) zum vorübergehenden Senken der Vorspannung dazu ausgerüstet ist, die Vorspannung während der Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Lichtimpulses (2) und seinem Empfang auf der Fotodiode (3) auf einem zweiten Pegel zu halten, der unter dem ersten liegt, aber genügend hoch ist, um zu gewährleisten, daß der Pegel des elektrischen, aus der Fotodiode (3) stammenden Impulses beim Empfang des Echos über dem vorher festgelegten Schwellwert liegt.
2. 2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) zum vorübergehenden Senken der Vorspannung darüber hinaus dazu ausgerüstet ist, während eines Teils des so Zeitintervalls die Vorspannung auf einen dritten Pegel zu senken, der unter dem zweiten liegt und genügend tief ist, um zu gewährleisten, daß der Pegel der Ausgangsimpulse der Fotodiode (3) unter dem vorgegebenen Schwellwert liegt.