DE2703463A1 - Verfahren zum messen von entfernungen und optisch-elektrisches entfernungsmessgeraet zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum messen von entfernungen und optisch-elektrisches entfernungsmessgeraet zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2703463A1
DE2703463A1 DE19772703463 DE2703463A DE2703463A1 DE 2703463 A1 DE2703463 A1 DE 2703463A1 DE 19772703463 DE19772703463 DE 19772703463 DE 2703463 A DE2703463 A DE 2703463A DE 2703463 A1 DE2703463 A1 DE 2703463A1
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders

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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

  • Verfahren zum Messen von Entfernungen und optisch-elektrisches
  • Entfernungsmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Entfernungen sowie ein optisch-elektrisches Entfernungsmeßgerät unter Verwendung von dem zu vermessenden Objekt ausgehenden Lichtstrahlen.
  • Bekannt sind optisch-elektrische Entfernungsmeßgeräte mit einer Lichtquelle, einem Lichtempfänger sowie einer Auswerteinrichtung zur Ermittlung und Anzeige der gesuchten Entfernung. Die bisher bekannten Entfernungsmeßgeräte dieser Art etwa nach der DT-OS 2 453 158 und 2 501 595 haben gegenüber den bekannten rein elektrischen Entfernungsmeßgeräten, die die Laufzeit von reflektierten elektro-magnetischen Wellen messen und in einen der gesuchten Entfernung entsprechenden Wert umwandeln den Vorteil größcrer Einfachheit, weil insbesollderc beim Messen kürzerer Entfernungen wegen der hohen Geschwindigkeit elektro-magnetischer Wellen ein großer Aufwand hinsichtlich des Auflösungsvermögens der Ausertungseinrichtung erforderlich ist. Die beiden bekannten optischelektrischen Entfernungsmeßgeräte nach den genannten Offenlegungsschriften verwenden zur Abstandsmessung zwar Lichtstrahlen, deren Fortpflanzungsgeschwindigkeit die gleiche derjenigen der elektromagnetischen Wellen ist, jedoch wird nicht die Laufzeit der reflektierten Strahlung gemessen, sondern ihr Einfallswinkel gegenüber der zum Gerät festliegenden Abstrahlrichtung des ausgesandten Lichtes. Die gesuchte Entfernung ergibt sich aus einer trigonometrischen Funktion eines durch den Einfallswinkel der reflektierten Strahlung und eine geräteseitige Basis bekannten rechtwinkeligen Dreiecks. Da die geräteseitige Basis als eine Katilete des rechtwinkeligen Dreiecks nicht beliebig groß gemacht werden kann, sind der genauen Entfernungsmessting Grenzen gesetzt. Zur Feststellung des Einfallswinkel ist ein Schwenkspiegel erforderlich.
  • Der Erfingung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen von Entfernungen sowie ej.n zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes optis ch-elektri sches Entfernungsmeßgerät anzugeben, das wie ein RADAR-Gerät auf das zu vermessende Objekt ausgerichtet werdeii kann, keine beweglichen Teile hat und allein auf der Grundlage der Messung und Auswertung von entfernungsabhängigen Beleuchtungsstärken arbeitet. Die verfahrensmäßige Lösung dieser neuen Aufgabe ist im Patentanspruch 1 aiigegeben. Das dem Verfahren zugrunde liegende Lichttcchnischc E.ntfernungsgesetz" wonach die Beleuchtungsstärke einer Fläche dem Quadrat ihres Abstandes von der Lichtquelle umgekehrt proportional ist, bezieht sich bekanntlich auf punktförmige Lichtquellen. Das Gesetz kann nach den der Erfindung zugrunde liegenden Bkenntnissen aber auch für Lichtquellen einer Ausdehnung, die klein ist zur Entfernung Anwendung finden. Als genügend kleine Lichtquellen sind solche mit einem Durchmesser von ca. 1 - 4 cm anzusehen. Als Lichtquelle gilt im Rahmen dieser Erfindung auch ein Reflektionspunkt einer mit natürlichem oder künstlichem Licht beleuchteten Fläche des zu verF messenden Objekts, von dem der dem Lichttechnischen Entfernungs gesetz unterworfene Lichtstrom ausgeht.
  • Zum Stand der Technik ist noch zu erwähnen, daß das Lichttechn$-sche Entfernungsgesetz beim Photometer benutzt wird, um bei bekannter Lichtstärke einer Lichtquelle die Lichtstärke einer zweig ten Lichtquelle zu ermitteln. Zur Entfernungsmessung an sich ist dieses Gesetz noch nicht angewendet worden.
  • In den Unteransprüchen sind drei verschiedene optisch-elektrische Entfel-rlungsllleßgerate zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
  • Das Gerät nach Anspruch 2 ist dem Fall angepaßt, in dem das zu vermessende Objekt durch natürliches oder künstliches Licht (Blitzlicht) beleuchtet ist oder wird, wobei die Voraussetzungen zur Anwendbarkeit des "Lichttechnischen Entfernungsgesetzes" durch Erfassen eines Leuchtpunktes mittels Teleoptik geschaffen sind.
  • Die Bezugsmessung zur Auflösung der dem Gesetz zugrunde liegenden Formel nach der gesuchten Entfernung r erfolgt bei dem Gerät nach Anspruch 2 durch eine dem eigentliciien Meßvorgang zeitlich vorangehende Eich-Messung.
  • Dieser Eichvorgang und die hierzu erforderliche Abgleicheinrichtung können jedoch entfallen, wenn die Bezugsmessung nach Anspruch 3 unter Einsatz von zwei. Lichtempfängern beim Messvorgang selbst erfolgt.
  • Die zweite aparative Lösung der gestellten Aufgabe nach Anspruch 4 verwendet eine Infrarotaiode als Lichtquelle, womit ein unsichtharzes. langwelliges Licht verwendet wird, das weitgehend witterungs unabhängig ist. Infiarotlicht mit einer Wellenlänge von über o,8 m Wellenlange durchdringt bekanntlich Dampf- oder Nebelschwaden verlustlos von der Abnahme der Beleuchtungsstärke nach dem Lichttechnischen Entfernur.gsgesetz abgeseh-en. Eine größere Meßgenauigkeit ist dadurch gegeben, daß allein die entfernungsabhängige Abnahme der Beleuchtungsstärke gemessen und ausgewertet wird, also keine geräteabhängige Abmessungskonstante zur Auswertung benutzt werden muß. Der Meßbereich des Infrarotgerätes dürfte bei Batteriebetrieb bei ca. 50 m liegen.
  • Das Entfernungsmeßgerät nach der zweiten Lösung umfaßt zwei ortsbewegliche Geräteteile, nämlich das Geberteil mit der Infrarot-Lichtquelle und einen Empfangsteil mit dem Lichtempfänger und der Auswerteinrichtung mit Anzeige. Der Infrarot-Lichtstrom ist impulsmoduliert, um Störeinflüsse aus dem Tageslicht auszuschließen.
  • Die Modulationsfrequenz liegt im Bereich zwischen lo KHz und 3 Miiz, vorzugsweise bei 10 KHz (Anspruch 5). Der Lichtquelle ist zweckmäßig eine Einrichtung zur Konstanthaltung der Lichtstärke zugeordnet (Anspruch 6), damit ausgeschlossen ist, daß die gut der Beleuchtungsstärke beruhende Entfernungsmessung durch Schwankungen der Speisespannung insbesondere bei Batteriebetrieb verfälscht wird.
  • Im Empfangsteil wird ein der empfangenen Beleuchtungsstärke E proportionaler Digitalwert erzeugt, aus dem in einem elektroniseken Rechenteil die gesuchte Entfernung r zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger bzw. zwischen zwei gerateseitigen Meßmarken errechnet wird nach der Formel die aus dem 11Lichttechnischen Entfernungsgesetz" in der Schreib weise abgeleitet ist mit der Maßgabe, daß r1 und E1 gleich Eins gesetzt wird. Dies ist möglich, weil zum Abgleichen des Meßgerätes nach~ der ersten und zweiten Lösung zunächst eine Abgleichmessung vergekommen werden auß, bei der der Abstand der Längenmeßeinhoit, z.B.
  • ein Meter unter Verwendung eines Meßstabes eingestellt wird, wonach über eine Abgleichvorrichtung im Empfangsteil die Ergebnis-Anzeigevorrichtung und damit der dieser Entfernung entsprechende Digitalwert der Beleuchtungsstärke E1 auf 1 gesellt wird. N¢h dieser Eichung des Entfernungsmeßgerätes, die zur Berücksichtigung von geräteeigenen Stör-Konstanten von Zeit zu Zeit zu holen ist, kann jede beliebige Entfernung mit hoher Meßgenauigkeit gemessen werden.
  • Auch für die Lösung nach Anspruch 4 ist nach Anspruch 8 die Bezugsmessung ohne besonderen Eichvorgang möglich, wie bereits im Zusammenhang mit der ersten Lösung nach Anspruch 2 und 3 erwähnt, Die dritte Prinziplösung der gestellten Aufgabe nach Anspruch 9 berht auf dem bekannten Prinzip, einen Lichtempfänger auf ein.
  • Reflexmarkierung des Lichtsenders auf dem zu vermessenden Objekt: auszurichten und die reflektierte Lichtstrahlung in einer Auswerteinrichtun zur Ermittlung und Anzeige der gesuchten Entfernung zu verarbeiten. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von impulsmoduliertem LASER-Licht kann nicht iiur der maxilnale Meßbereich vergrößert werden, vielmehr vereinfacht sich das Gerät dadurch, daß sowohl die Lichtquellen als auch der oder die Lichtempfänger in ein und demselben ijandlichen Gerät angeordnet werden können. Dies deshalb, weil der ausgesandte LASER-Lichtstrahl nicht dem erwähnten lichttechnischen Entfernungsgesetz unterliegt sondern erst der reflektierte Lichtstrahl, für den diescs Gesetz gilt, weil die Charakteristik des LASER-Lichtes bei der (anzunehmenden) nicht idealen Reflektion an dem zu vermessenden Objekt beispielsweise einer Wand, die kein regelreciiter Spiegel ist, hinfällig wird. Der LASER-Lichtstrom hinterläßt an dem zu vermessenden Objekt einen Leuchtpunkt, auf den ein Lichtempfänger ausrichtbar ist, der eine entfernungsabhängig< Beleuchtungsstärke E1 empfängt. Die Helligkeit ies Lichtpunktes am Objekt ist bei jeder Entfernung gleich, eben weil das LASER--Licht dem lichttechnischen Entfernungsgesetz nicht unterliegt. Indessen kommt es auf einen absoluten Helligkeitswert des Reflektionspunktes, der bei LASEWLicht z.E. durch Dampf- oder Nebelschwaden beeinträchtigt werden kann, nicht an. Wie in der konkreten fleschreibung näher erläutert ist, ist bei der dritten Lösung eines Entfernungsmeßgerätes mit LASER-Lichtsender über Spiegelung ein Abzweig des reflektierten Stralilenganges mit einem eigenen, zweiten Lichtempfänger vorgesehen, wobei die Länge des Abzweig genau der Längenmeß-Einheit, z.B. ein Meter, entspricht. Auf diese Weise sind zwei Beleuchtungsstärken E1 und E2 abgreifbar, deren zugehörige Entfernungen vom Leuchtpunkt bzw. Reflektionspunkt um die Längenmeßeinheit d.h. uni "1" differieren. Unter dieser Voraussetzung errechnet sich die gesuchte Entfernung r1 aus der Formel des lichttechnischen Entfernungsgesetzes zu welcher Wert von einem elektronischen Rechner ermittelt und als Kehrwert in einer digitalen Ergebnis-Anzeigevorrichtung angezeigt wird.
  • Wenn auch die Einstellung des abgezweigtell Strahlenganges zur Durchführung der Bezugsmessung auf die Längenmeß-Einheit im llinblick auf den Rechenvorgang vorzuziehen ist, so kann ein solch langer Strahlengang aus Platzgründen nicht immer eingestellt werden, insbesondere nicht wenn an die Verwendwig der ersten oder dritten Lösung nach den Ansprüchen 2 mit 3 bzw. 9 mit lo für ein mit einem Fotoapparat integriertes Entfernungsmeßgerät gedacht wird. Dann empfiehlt sich die Ausführungsform mit zwei im Empfängerteil angeordneten Lichtempfängern und einem inneren Strahlengang zwischen den Lichtempfängern beliebiger Länge, die als Festwert zusätzlich in den Rechenvorgang eingeführt werden muß.
  • Weitere Merkmale des optisch-elektrischen Entfernungsmeßgerätes der dritten Lösung mit einem LASER-Lichtsender sind den Anspriichen 11 bis 13 zu entnehmen.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der drei erfindungsgemäßen Lösungen von optisch-elektrischen Entternungsrneßgc-rätendargestellt, und zwar zeigen: Fig. i die aus Lehrbüchern bekannte graphische Darstellung zur Erläuterung des "Lichttechnischen Entfernungsgesetztes" mit der Angabe der dieses Gesetz ausdrückenden Formel, Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des Gerätes der ersten Lösung zur Entfernungsmessung eines durch natürliches oder künstliches Licht beleuchteten Objektes, Fig. 3 ein zweiteiliges Entfernungsmeßgerät der zweiten Lösung mit Infrarot-Leuchtdiode in Draufsicht und mit Darstellung der Blockschaltbilder für beide Geräteteile, Fig. 4 ein einteiliges Entfernungsmeßgerät gemäß der dritten Lösung mit LASER-Lichtsender und einem durch Spiegelungen erzeugten Abzweig im Strahlen gang in Draufsicht unter Darstellung des Strahlung ganges, und Fig. 5 ein Blockschaltbild für die Ausführung nach Fig. 4.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Entfernung r1 einer Wand 3 von einem Standort aus zu messen, die durch natürliches Licht beleuchtet ist, wie durch die Strahlen L angedeutet ist. Das handliche Gerät mit dem Gehäuse G hat zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Lichtempfänger S und S2 , denen jeweils eine Teleoptik T1 und T2 großer Brennweite vorgcordnet ist. An der Vorderwand des Gehäuses G ist eine Eintrittsöffnung O für einen Lichtstrahl vorgesehen, der von einem Leuchtpunkt LP der beleuchteten Wand 3 ausgeht. Das Gehäuse G kann über eine nicht dargestellte Visiervorrichtung auf einen solchen gut beleuchteten Leuchtpunkt LP ausgerichtet werden. In gradliniger Fortsetzung des einfallenden Lichtstrahles ist ein erster durchlässiger Spiegel M1 angeordnet, der den einfallenden Lichtstrahl in das Teleobjektiv T1 zum Teil reflektiert zum Teil durchläßt bis zu einem Spiegel M2 der den Lichtstrahl in die zweite Teleoptik T2 reflektiert. Durch die Teleoptiken T1 und T2 großer Brern'1weite wird der Ausgang der Lichtstrahlen, nämlich der Leuchi punkte LP, punktförm.O erfaßt.
  • Die Lichtempfänger 1 und S2 werden somit mit unterschiedlichen Beleuchtungsstärken beaufschlagt. Die von dem Lichtempfänger S1 empfangene Beleuchtungsstärke verhält sich zu der von dem Lichtempfänger S2 empfangenen Beleuchtungsstärke E2 umgekehrt proportional wie die Quadrate der zugehörigen Entfernungen r1 und r 1+ a wobei a die Länge des inneren Strahlenganges des Gerätes zur Durchführung einer Bezugsmessung ist. Es ist bei dieser vereinfachten Darstellung nicht berücksichtigt der Verlust an Beleuchtungsstärke, der sich auf dem Wege der abgespiegelten Strahlung von den Spiegeln M1 bis zum Lichtempfänger 1 bzw. vom Spiegel. M2 bis zum Lichtempfänger S2 ergibt.
  • Die beiden Lichtempfänger geben ihre Signale an ein RechenteilCL indem die gesuchte Entfernung r1 in Durchführung der angegebenen Rechenoperationen ermittelt wird. Selbstverständlich kann in den Rechner noch eine Gerätekonstante eingeführt werden, um die gesuchte Entfernung von einer geräteeigenen Neßmarke, beispielsweise der Vorder- oder Rückkante des Gehäuses G als Ergebnis zu erhalten, das in einer digitalen Anzeigevorrichtung F angezeigt wird.
  • Einzelheiten hinsichtlich der Bausteine und der Schaltung innerhalb des Gerätes sind ähnlich denjenigen, wie im Zusammenhang mit des Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 bis 5 beschrieben.
  • In Fig. 3 ist das zweiteilige Entfernungsmeßgerät der zweiten Lösung beschrieben, bei dem die Baugruppe des Infrarot-SenderS in einem Gehäuse 1 zusammengefaßt ist. Das Gehäuse wird mit der Rückwand an die Wand 3 eines Objektes gelegt, bis zu dem die Entfernung eines Standortes gemessen werden soll. Die an der Vorderseite des Gehäuses angeordnete Lichtquelle ist eine Infrarot-Leuchtdiode 4, die impulsmoduliert arbeitet, um Störeinflüsse durch Tageslicht auszuschließen. Die Impulslänge bezieht sich auf Modul.ationsSrequen7.en zwischen 1o KIfz und 3 Mllz, vorzugsweise bei lo Kliz. Die aus dem Stromnetz oder vorzugsweise aus einer Batterie 5 betriebene Oszillatorstufe 6 beaufschlagt einen Leistungs-Operationsverstärker 7 zum Betrieb der Leuchtdiode 4.
  • Um Schwankungen der Speisespannung und damit der Beleuchtungsstärken am Empfänger zu verhindern, die die auf Messung der Beleuchttmgsstärke berujienden Entfernungsmessung fälschen könnte ist ein geschlossener Regelkreis für die Lichtstärke der Leuchtdiode 4 vorgesehen, zu dem eine für die Infrarotaufnahme geeignete Sonde 8, ein Vergleichsorgan 9 und der Operationsverstärker 7 gehören. Der Regelkreis wird durch die Leuchtdiode 4 geschlossen.
  • Die Strahlenaustrittsöffnung lo am Gehäuse 1 besitzt ein Fenster, das sls Milchglaskuppel ausgebildet ist, um eine für das quadratische Entfernungsgesetz nach Fig. 1 geeignete Strahlenverteilung zu erreichen. Der zu messende Abstand r zwischen dem Sende-und Empfangsteil des erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgerätes ergibt sich aus dem Abstand zwischen der Oberfläche der Milchglaskuppel 11 und der Optik 13 des Empfangssystems. Diesem Abstand muß die Seitenlänge des Gehäuses 1 zur Findung des gesuchten Abstandes des mobilen Empfangsteiles zu der Wand 3 zuaddiert werden.
  • Zu dem in Fig. 3 beschriebenen Gerät gehört ein in sich geschlossenes Empfangsteil mit dem Gehäuse 14. Das GeIiäuse 14 ist mit einer nicht dargestellten Visiervorrichtung versehen, mit der die Milchglaskuppel 11 des Senders angepeilt wird, und zwar derart, daß die Frontfläciie des Gehäuses 14 mit der Optik 13 parallel zur Frontseite des Seiidergehäuses 1 mit der Milchglaskuppel 11 steht. In diesem Fall wird eine senkrechte Beleuchtung der Optik 13 gewährleistet. Die Optik 13 sorgt für eine genaue Abbildung des Eintrittfensters auf di e emp fangswirksame Oberfläche des Lichtempfängers bzw. der Empfängersonde .5.
  • Die der empfangenen Beleuchtungsstärke entsprecheiiden Spal ungswerte der Empfängerimpulsc werden im Diskriminator 16 in vergleichbare Gleichspannungskomponenten umgewandelt und einmal dazu benutzt, um die in der Beschreibung angegebene Beleuchtungsstärke E1 für die Entfernung r zu normieren und andererseits um sie dem Analog-Digitalwandler 18 zuzuführen. Damit werden die Vorteile des binären Rechnersystems bezüglich Genauigkeit und Ilandlichkeit ausgenutzt.
  • Der vom Wandler 18 geführte Wert bedeutet die empfangene Beleuchtungsstärke. Sein Befehl wird an einen Digitalrechner 19 mit Skipeigenschaft und Funktionsgeber 1 gegeben. Er führt die Berechnung zur Ermittlung der Distanz dann aus, wenn auf dem Tastenfeld 20 die Meßtaste 2oa zur Aktivierung von 5 und x betätigt wird. Der im Rechner 19 vorliegende Digitalwert der Distanz r wird einem Display bzzv. einer Ergebnis-Anzeigevorrichtung 21 als dekadisches Zahlenfeld mit Leuchtdioden übertragen und dort als Distanz in Metern angegeben.
  • Die Wirkungsweise des in Fig. 3 dargestellten zweiteiligen Gerätes beruht auf der Abnahme der Beleuchtungsstärke mit dem Quadrat der wachsenden Entfernung. Nach Positionierung des Gehäuses 1 an dem zu vermessenden Objekt 3 und Inbetriebnahme des Licbtsenders 4 wird die Vorderseite des Empfängergehäuses 14 auf den Abstand der Längeneinheit, z.B. 1 Meter vom Austrittsfenster 10 gebracht und der Empfanger in Betrieb genommen. Der Wert des Diskriminat.ors 16 wird mit Hilfe der Abgleichvorrich tung 17 mit Handrad 17a so eingestellt, daß auf dem Display 21 der Wert 1 Meter erscheint.
  • Diese Maßnahme dient der Eichung des Entfernungsmessers, wodurch nur das vereinfachte Gesetz vom Rechner 19 zu verarbeiten ist.
  • Die pulsierende Strahlung des Senders 4 erleidet auf dem Wege r=1 m eine normierte Intensitätsschwächung. Der Strahl fällt in die Öffnung der Abbildungsoptik 13 und damit gleichmäßig auf die empfangswirksame Oberfläche der Empfängersonde 15. Die Absorption durch die Optik ist in die Gesamtschwächung einbezogen und eliminiert sich bei allen folgenden Messungen.
  • Die Empfängerimpulse werden dem Diskriminator 16 zugeführt und als Gleichstromanteile in den Analog-Digitalwandler 18 eingeleitet, dessen Ausgangswert für Beleuchtungsstärke steht. Die Abgleichvorrichtung 17 als Abzweig vom Disklgiminator 16 gestattet die Rückführung des Ausgangswertes des Wandlers 18 auf die Beleuchtungsstärke E1 " 1 (Fig. 1) bei r1 - 1. Bei dieser abgleichenden Bezugsmessung ermittelt der Rechner 19 mit dem Tastenfeld 20 die Distanz, die auf dem Display 21 mit 1 m dargestellt wird.
  • Anschließend an diese Bezugsmessung begibt man sich mit dem Empfangsteil 14 zu dem Standort, von dem aus die Entfernung zur Wand 3 gemessen werden soll. Wiederum wird die Vorderseite des Empfängergehäuses 14 mit der Visiervorrichtung auf die Mi.lchglaskuppel 11 des Sendeteils 1 ausgerichtet. Ein Druck auf die taste 20a löst unmittelbar die Entfernungsanzeige aus, zu der die Seitenlänge des Gehäuses 1 addiert werden muß. Diese Addition kann aber auch gespeichert und seitens des Tastenfeldes erfolgen, sodaß die endgültige Entfernung sofort auf dem Display 21 erscheint.
  • Die dritte, aufwendigste Lösung des optisch-elektrischen Entfernungsmessgerätes gemäß der Erfindung nach Fig. 4 und 5 ist wegen der Verwendung von LASEi?-Licht für große Entfernungen konzipiert. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist die Einteiligkeit des Gerätes und der Wegfall des Zwanges einer Bezugsmessung zum Abgleichen des Gerätes.
  • Die Licht-Sende- und Empfangsanlage ist in einem gemeinsamen Gehäuse 22 untergebracht. Es enthält einen LASER-Lichtsender 23, der von einem Oszillator mit einem Leistungsverstärker 24 betrieben wird. Er kann mit Frequenzen von lo KHz bis 3 Mllz impulsmoduliert werden. Die Stromversorgung crfolgt aus dem Netz oder vorzugsweise aus einer Batterie 25.
  • Die gestrichelt umrandete Baugruppe 26 (Fig. 4) enthält eine Regelstrecke 29, die in Verbindung mit einem durchlüssigen Spiegel 27 und einem Lichtempfänger 25 die Leistungsstufe 24 so kontrolliert, daß die Lichtstärke des LASER-Senders 23 jederzeit an das Absorptionsvermögen des reflektierenden Objektes, z.B. der Wand 3, angepaßt werden kann. Dic Regelstrecke 29 vereinigt Diskriminator, Vergleichsorgan, Regler und Regelstrecke.
  • Der durch den Spiegel 27 hindurchtretende zur Beleuchtung der Wand 3 dienende Strahlenanteil durchtritt breitere durchlässige Spiegel 30 und 31 und verläßt das Gehäuse 22 durch das Fenster 32. Er beleuchtet auf der Wand 3 unabhängig von der Entfernung seiner Strahlenquelle ein Flächenstück entsprechend der Bündelung des LASER-Lichtstrahles. Bis zum Reflektionspunkt R gilt das "Lichttechnische Entfernungsgesetz" nicht.
  • Das diffus reflekticrte Licht läßt einen Anteil durch die Fenster öffnung 32 in das Gehäuse 22 fallen. Der ausgehende LASER-Lichtstrahl und der rückkehrende Lichtstrahl interferieren dabei nicht.
  • Im konstanten Verhältnis geht ein Rückstrahlenanteil vom einfallseitig ersten Spiegel 31 auf einen ersten Lichtempfänger 34.
  • Der beim Spiegel 31 durchtretende Rückstrahlenanteil wird dann im konstanten Verhältnis am zweiten halbdurchlässigen Spiegel 30 reflektiert. Zur Verlängerung seincs Weges im Gehäuse 22 wird der Rückstrahl mehrere Male, in Fig. 4 viermal, an belegten Spiegeln 35 bis 38 reflektiert und gelangt zu einem zweiten Lichtempfänger 40. Die Lichtempfänger 34 und 40 erfassen die Intensitäten des rückkehrenden Strahles bzw. unterschiedliche Beleuchtungsstärken entsprecheiid dem Wegunterschied, der sich aus dem inneren Strahlengang von Spiegel 31 über 30 und 35 bis 38 ergibt. Die von den Lichtempfängern 34 und 40 erfaßten Intensitaten entsprechen bei einem fest vorgegebenen abgezweigten Strahlengang den Beleuchtungsstärken an diesen Orten.
  • Die Daten der Lichtempfänger 34 und 40 werden der Tastenfeld-Baugruppe 41 zugeführt, die in Fig. 5 als Blockschaltbiid dargestellt ist. Die in der Baugruppe 41 erfolgende Berechnung der gesuchten Distanz wird dem Display 42 für die dekadische Anzeige übermittelt.
  • Im Strahlengang wird die Differenz der Abstände ACD-AB 1 gewählt. Es ist r1 - RA + AB r2 = RACD - RA + ACD r2 s RA + AB + 1 r2 = r1 + 1 Nach Einsetzen in folgt Die Baugruppe 41 liefert gemäß Formel (I) zunächst die Werte für 1 und r1.
  • r1 r1 unterscheidet sich von der gesuchten Entfernung zwischen der Wand 3 und dem Fenster 2 des Meßgerätes, nämlich r, durch die konstante Strecke EÄ. Somit ist r = 1 - EA.
  • Auch dieser Schritt zur Ermittlung von r ist iin Rechner 41 programmiert.
  • Die Zurückführung der Entfernungsmessung auf die Messung des Verhältnisses zweier Beleuchtungsstärken wurde ermöglicht durch die Normierung des Wegunterschiedes der Rückstrahlenanteile auf 1 m.
  • Damit ist auch, wie in der Beschreibung schon erwähnt, die Gleichmäßigkeit des absoluten Helligkeitswertes des Reflektionsortes nicht von entscheidender Bedeutung.
  • Nach Fig. a sind zur Beschreibung des Blockschatbildes wie er-.
  • wähnt die gestrichei.t umrandeten Sende- und Empfangsteile 43 und 44 in einem einzigen Geljäiise 22 untergebracht. Das @ LASER-Licht wird mit Hilfe des Impulsgenerators 24 in der Injek1;ions-LASER-Lichtquelle 23 erzeugt. Ihre Intensität kann von Hand oder automatisch geregelt werden, indem der dritte Lichtempfänger 28 über einen Selektiv-Vcrstarker 45 das Anzeigegerät 46 für die Messung der Intensität der rückkehrenden Strahlung betreibt.
  • Die Regelgruppe 29 enthalt den Regelkreis mit Xergleichsorgan und die vom Selektiv-Verstärker 45 beeinflußte Regelstrecke zur automatischen Regelung der Lichtintensität.
  • Die für die Entfernungsmessung benutzten und von den Lichtempfängern 34 und 40 aufgenommenen Beleuchtungsstärken E1 und E2 gehen über ein Zweikanalsystem, bestehend aus den Selektiv-Verstärkern 47 und 48 und den 6-stelligen Analog-Digital-Wandlern 49 und 50 auf das Schieberegister 51., das beide Werte parallel aufnimmt und bei Bedarf über das Tastenfeld 41 in den handelsüblichen Rechner 52 mit Wurzel - und Kehr-Werten sowie Speicher weitergibt.
  • Zwischen den Selektiv-Verstaikern 47 und 48 einerseits und den Analog-Digital-Wandlern 49 und 50 können noch sogenannte Sample Hold-Verstärker vorgesehen werden.
  • Beim Drücken der Taste 41a Messen werden in festgelegter Reihenfolge die aus dem Tastenfeld 41 genommenen und im Rechner 52 programmierten Schritte ausgeführt unter Abruf der in den Festwert-Speichern 53 und 54 vorhandenen Werte für -1 und -EA, wobei EA der konstante Abstand des durchlässigen Spiegels 31 von der Fensteröffnung 32 ist, wenn die Vorderkante des Gehäuses 22 die geräteseitige Meßmarke sejn soll.
  • Der beim Rechner 52 in digitaler Form vorliegende Wert der gesuchten Entfernung r gellt an den Display 42 zur Anzeige in dekadischen Zahlen. Das Display 42 kann auch im Rechner 52 integriert sein.
  • Das Entfernungsmessgerät nach Fig. 4 und 5 kann bei Netzanschluß oder in Verbindung mit einem Stromversorgungsaggregat auf hohe Leistung und somit fiir eine Entfernungsmessung über große Distanz ausgelegt werden. Eine Unabhängkeit von Witterung, Dampf und Nebel im Strahlengang kann durch Einsatz eines Infrarot LASER-Lichtsenders erhalten werden Ansonsten ist weisses LASER-licht vorzuziehen.
  • Es versteht sich, daß nach den Ausführungen im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der ersten Lösung der innere Strahlengang des Gerätes nach Fig. 4 und 5 nicht genau der Längen-Meßeinheit von 1 m entsprechen muß. Eine Abweichung von der Längen-Meßeinheit wirkt sich lediglich in der Rechenoperation aus,indemdann fiir den Rechenvorgang die Formel I in der Abwandlung gilt, wobei a die Länge desabgezweigten inneren Strahlenganges zur Bezugsmessung ist.
  • L e e r s e i t e

Claims (13)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Verfahren zum Messen von Entfernungen unter Verwendung von von ) dem zu vermessenden Objekt ausgehenden Lichtstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Lichtstrahlen punktförmig.
    erfaßt und die gesuchte Entfernung (r) durch Aliswertung es "Lichtteschnischen Entfernungsgesetzes" nach der Formel ermittelt wird, worin E1 und E2 die Beleuchtungsstärken zweier in den Abständen r1 und r2 von dem Ausgangspunkt des Lichtstromes liegenden Flächen sind, wobei beide Beleuchtungsstärken gemessen werden und einer der beiden zugehörigen Abstände für eine Bezugsmessung festegelegt wird.
  2. 2. Optisch-elektrisches Entfernungsmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Empfängerteil (G) mit einem Lichtempfänger (S1) eine dem Lichtempfänger im Lichteinfall vorgeordnete Teleoptik (T1) großer Brennweite zum Abbilden eines Punktes auf dem beleuchteten Objekt (3),dessen Entfernung (r) vom Empfängerteil zu messen ist, sowie durch ein Rechenteil(CL) zur Auswertung der vom Lichtempfänger geliefer 9 der emfangenen Beleuchtungsstärke (E) proportionalen Signale, in dem die gesuchte Enternung errecllltet wird nach der Formel und ferner gekennzeichnet durch eine Ergebnis-Anzeigevorrichtung (F) mit einer Abgleicheinrichtung (16,17,17a in Fig. .) zur Ein stellung der Anzeigevorrichtung auf die Längenemeß-Einheit bei über Meßstab auf die Längemeß-Einheit eingesetellter Entfernung.
  3. 3. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei im Empfängerteil (G) angeordnete Lichtempfänger (S1, S2) die durch Einstellung eines inneren Strahlenganges von bestimmter Länge (a) mit zwei verschiedenen empfangenen Beleucthungsstärken (E1, E2) beaufschalgt sind, wobei die gesuchte Entfernung (r) errechnet wird nach der Formel
  4. 4. Optisch-elektrisches Entfernungsmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Lichtquelle, einem Iicl;tempfänger sowie einer Auswert-Einrichtung zur Ermittlung und \nzeige der gesuchten Entfernung, gekennzeichnet durch. eine in einem Geberteil angeordnete Infrarot-Diode (4) als Lichtquelle, der ein Impulsgenerator (6) zur Erzeugung eines impulsmodulierten Infrarot-Lichtstromes zugeordnet ist, auf den ein in einem Empfängerteil (14) angeordlleter Lichtempfänger (15) ausrichtbar ist dem zur Demodulation ein Diskriminator (16) zugeordnet ist, an dessen Ausgang ein Analog-Digital-Wandler (18) zur Erzeugung eines der empfangenen Beleuchtungsstärke (E) proportionalen Digitalwertes angeschlossen ist, dem ein Rechenteil (19) nachgeordnet ist, in dem die gesuchte Entfernung (r) zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger (13) errechnet wird nach der Formel und ferner durch eine Abgleicheinrichtung (17) im Empfängerteil zur Einstellung der Ergebnis-Anzeigevorrichtung (21) auf die Längenmeß-Einheit bei über Meßstab auf die Längenmeß-Einheit eingestellter Entfernung.
  5. 5. Entfernungsmeßgerät nacll Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsfrequenz im Bereich zwischen 10 KHz und 3 MHz liegt, vorzugsweise bei 10 KHz.
  6. 6. Entfernungsmeßgerät nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gckennzeichnet, daß der Lichtquelle (4) eine Einrichtung (8 und 9) zur Konstanthaltung der Lichtstärke zugeordnet ist.
  7. 7. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) hinter einer Milchglaskuppel (il) oder einer Fischaugen-Optik angeordnet ist.
  8. 8. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei im Empfängerteil (14) angeordnete Licht empfänger, die durch Einstellung eines inneren Strahleiiganges von bestimmter Länge (a) mit zwei verschiedenen empfangenen Beleuchtungsstärken (E1, E2) beaufschlagt sind, wobei die gesuchte Entfernung (r) errechnet wird nach der Formel
  9. 9 Optisch-elektrisches Entfernungsmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, wobei. der mit einer Fokussiereinrichtung versehene Lichtempfänger auf eine Reflexmarkierung des Lichtsenders auf dem zu vermessenden Objekt ausrichtbar ist, und mit einer Atwwerteinrichtung zur Ermittlung und Anzeige der gesuchten Entfernung, dadurch gekennzeichnet, daß die Liclitquelle ein LASER-Lichtsender (23) ist, dem ein Impulsgeiierator (24) zur Erzeugung eines impulsmodulierten LASER-Lichtstromes zugeordnet ist, daß im EmpfÄngerteil (43) zwei Lichtempfänger (34) und (40) vorgesehen sind, von denen der erste über einen ersten durchlässigen Spiegel (31) mit einer ersten Beleuchtungsstärke(E1) beaufschlagt ist, wogegen der zweite Lichtempfänger (40) über einen durch einen weiteren hinter dem ersten Spiegel angeordnetenzweitenSpiegel (30) erzcu6-ten Abzweig des Strahlenganges mit einer zweiten Beleuchtungsstärke (E2) beaufschlagt ist, wobei die Länge des Abzweigs (ACD) zwischen dem Reflektionspunkt des ersten Spiegels und dem zweiten Lichtempfänger der Längemeß-Einheit zuzüglich des Abstandes (AB) des Reflektionspunktes des ersten Spiegels von dem ersten Lichtempfänger eiitspri c!it' daß jedem Lichtempfänger ein Selektiv-Verstärker (47, 48) und diesem je eiii Analog-Digital-Wandler (49,5o) zur Erzeugung von den empfangenen Beleuchtungsstärken (E1, E2) proportiollealen Digitalwerten nachgeordiet sind, daß den Analog-Digital-Wandlern ein gemeinsames Schieberegister (51) zur paralleleii Aufnahme und Speicherung der Digitalwerte nachgeordnet ist, die durch Tastendruck (41a) abrufbar und einen Rechner (523 zuführbar sind, in dem die Entfernung (r1) zwischen der objekts: tigen Markierung (R) und dem ersten Lichtempfänger nach der Formel und den Umkehrwert errechnet wird, unti die gesuchte Entfernung (r) zwischen dem Reflektionspunkt (R) des Objektes und einer Markierung am Gehäuse durch rechnerische Addition oder Subtraktion einer Gerätekonstanten (EA) gefunden wird, und daß im Em-Empfangsteil dem Rechner eine digitale Ergebnis-Anzeigevorrichtung (42) nachgeordnet ist.
  10. 10. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 9, gekennzeicInet durch zwei im Empfängerteil (22) angeordnete Lichtempfänger, die durch Einstellung eines inneren Strahlenganges von bestimmter Länge (a) mit zwei verschiedenen empfangenen Beleuchtungsstärken (E1, E2) beaufschlagt sind, wobei die gesuchte Entfernurg (r) errechnet wird nach der Formel 11. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 9 oder lo, dadurch gekennzeichnet, daß der LASER-Lichtsender (23) und die beiden Lichtempfänger mit der Elektronik in einem einzigen handlichen Gehäuse (22) untergebracht sind, wobei der LASER-Lichtsender auf der Linie eines vom Objekt reflektierten Lichtstrahles liegt und alle auf diesem Lichtstrahl liegenden Spiegel (27, 30, 31) durchlässig sind.
  11. 11. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der LASER-Lichtsender (23) und die beiden Lichtempfänger mit der Elektronik in einem einzigen handlichen Gehäuse (22) untergebracht sind, wobei der LASER-.Lichtsender auf der Linie eines vom Objekt reflektierten Lichtstrahles liegt und alle auf diesem Lichtstrahl liegen;^ den Spiegel (27, 30 31) durchlässig sind.
  12. 12. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen im reflektierten Lichtstrahl angeordneten (dritten) durchlässigen Spiegel (27) und einen dritten Lichtempfänger (28) zur absoluten Messung und Anzeige der Beleuchtungsstärke des reflektierenden Lichtes in Verbindung mit einer Vorrichtung (29)zum Andern der Lichtstärke des LASER-Lichtsender (23) von Hand oder automatisch in Anpassung an das Absorptionsvermögen des reflektierenden Objektes (3).
  13. 13. Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein handelsübliches Rechnercip (52) mit Tastenfeld (41) mit mindestens den Funktionen rX, Kehrwert 1 und x Speicher.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3743194A1 (de) * 1987-12-19 1989-06-29 Baumer Electric Ag Verfahren und vorrichtung zur optischen entfernungsmessung
US4976543A (en) * 1987-12-19 1990-12-11 Baumer Electric Ag Method and apparatus for optical distance measurement
DE4105270A1 (de) * 1991-02-20 1992-08-27 Max Planck Gesellschaft Optisches weg- oder verformungsmessverfahren sowie optischer weg- oder verformungsmesser

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3743194A1 (de) * 1987-12-19 1989-06-29 Baumer Electric Ag Verfahren und vorrichtung zur optischen entfernungsmessung
US4976543A (en) * 1987-12-19 1990-12-11 Baumer Electric Ag Method and apparatus for optical distance measurement
DE4105270A1 (de) * 1991-02-20 1992-08-27 Max Planck Gesellschaft Optisches weg- oder verformungsmessverfahren sowie optischer weg- oder verformungsmesser

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