DE3324341C2

DE3324341C2 - Einrichtung zur genauen Bestimmung kurzer Laufzeiten von elektronisch erzeugten Impulsen

Info

Publication number: DE3324341C2
Application number: DE3324341A
Authority: DE
Inventors: Ralf 6750 Kaiserslautern Hinkel
Original assignee: Individual
Current assignee: HINKEL RALF 6756 OTTERBACH DE
Priority date: 1983-07-06
Filing date: 1983-07-06
Publication date: 1986-02-13
Also published as: DE3324341A1

Abstract

Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung kürzester Laufzeitdifferenzen eines nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Laserentfernungsmessers. Um bei Laserentfernungsmessern, die nach der Impulslaufzeitmethode arbeiten, kürzeste Laufzeitunterschiede auswerten zu können, wird der Empfangsimpuls zur Triggerung des Sendeimpulses benutzt, so daß durch diese Rückkopplung ein oszillierendes System entsteht, bei dem die Laufzeitmessung nicht über einen, sondern durch mehrere Impulsumläufe erfolgen kann. Damit multiplizieren sich Zeitdifferenzen mit der Anzahl der zur Messung herangezogenen Schwingungen, wobei Verzögerungen in Sende- und Auswerteelektronik als Konstante eingehen und durch Ausmessen bestimmt werden können. Die Genauigkeit der Messung wird lediglich durch die Schwankungen der Verzögerungszeiten in der Schaltung und nicht durch deren Größe beeinflußt.

Description

fang des letzten Echos einen erneuten Impuls aussendet und so die Meßrate erheblich gesteigert werden kann, wobei die Laufzeit aber ebenso statistisch aus mehreren Einzelmessungen bestimmt wird.

Alle diese Lösungen sind nicht geeignet, sehr kurze Laufzeiten mit hoher Auflösung zu messen, da die verwendeten Laufzeitmeßverfahren nicht beliebig kurze Impulsraten verarbeiten und die Laufzeit eines Lichtimpulses bei einem Laserentfernungsmesser bis in den Picosekundenbereich exakt und zuverlässig ermittelt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine billi-

der Periodendauer von /7 um 33 Nanosekunden zur Folge hat und mittels üblicher Zeitmeßeinrichtung zuverlässig bestimmt werden kann.

Aus dieser Betrachtung ist ersichtlich, daß zur Messung geringster Laufzeitunterschiede diese fast beliebig multipliziert werden können und eine obere Schranke lediglich durch die Schwankungen der Verzögerungs-

zeiten in der Schaltung im Verhältnis zur zu messenden Laufzeitdifferenz gegeben ist Damit ist die Auflösung nur von der Stabilität und nicht von der Größe der Verzögerungszeiten abhängig, wobei diest wie zuvor beschrieben durch geeignete Verfahren entweder konstant gehalten oder in die Entfernungsbestimmung mit eingebracht werden können.

Anzumerken wäre noch, daß diese Einrichtung nicht nur zur Entfernungsmessung, sondern auch bei anderen Einrichtungen, in denen kleinste Zeitunterschiede ge- ίο messen werden müssen und Rückkopplung möglich ist, zur Anwendung gelangen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

I. Einrichtung zur genauen Bestimmung kurzer Laufzeiten von elektronisch erzeugten Impulsen, insbesondere nach dem Laufzeitprinzip arbeitende Laserentfernungsmesser, mit einem Sendeimpulsgeber, einem Empfänger und einer Zeitmeßeinrichtung, sowie einer Rückkopplung auf den Sendeimpulsgeber, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Sendeimpulsgeber (1) ausgesandte Impuls vom Empfänger (4) detektiert den Sendeimpulsgeber (ί) erneut anregt, so daß durch mehrere Impulsumläufe ein oszillierendes System entsteht und

ge und zuverlässige Einrichtung zu schaffen, die es erlaubt, kurze Impulslaufzeiten so exakt zu messen, daß bei Laserentfernungsmessern nach der Impiilslaufzeitmethode Entfernungen bis himmter zu einigen Millimeterc bei einer Auflösung im selben Bereich gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Einrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

ίο Dadurch, daß ein oszillierendes System gebildet wird, braucht zur Entfernungsbestimmung nicht mehr die Zeit für einen Impulsumlauf, sondern lediglich die Gesamtlaufzeit mehrerer Impulse gemessen zu werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil,

aus den so entstehenden Schwingungen die Laufzeit 15 daß kleinste Laufzeit- und damit Entfernungsunterbestimmt wird, schiede beim Laserentfernungsmesser durch Aufsum-
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- mieren in einen Größenbereich transformiert werden, in zeichnet, daß der Ausgang des Empfängers (4) mit dem sie mit herkömmlichen Verfahren einfach und zudem Triggereingang (6) des Sendeimpulsgebers (1) verlässig gemessen werden können. Außerdem muß verbunden ist und zwar so, daß durch jeden detek- 20 kein Mindestabstand zum Zielobjekt eingehalten wertierten Empfangsimpuls ein neuer Sendeimpuls aus- den, solange die Verzögerungszeit des Rückkopplungsgelöst wird. zweiges größer als die Breite des Laserimpulses gewählt
3. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekenn- wird. Sonstige schaltungsbedingte Verzögerungen im zeichnet, daß die im Rückkopplungszweig (4, 6, 1) Sendeimpulsgeber oder Empfänger haben lediglich eivorhandene Impulsfrequenz (5) mittels eines Fre- 25 nen konstanten Anteil an der Schwingungsperiode und quenzteilers (7) vermindert und danach in einer Zeit- können durch Ausmessen bestimmt werden. Auch kön-

nei. Veränderungen der Verzögerungszeiten durch geeignete Schaltungen in die Auswertung mit einbezogen werden, wie z. B. ein Verfahrer, zur Bestimmung und Korrektur der Verzögerungszeit bei veränderlicher Empfangsintensität (vgl. DE-PS 22 16 765) oder Regelung der Vorspannung der Empfangsfotodiode (vgl. DE-PS2326560).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines

Laserentfernungsmessers ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur genauen Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der ausgeführten ErBestimmung kurzer Laufzeiten von elektronisch er- findung.

zeugten Impulsen, insbesondere nach dem Laufzeitprin- Nach dem Ausführungsbeispiel startet der Steuer-

zip arbeitende Laserentfernungsmesser, nach dem 40 rechner (9) mittels des Startimpulsgebers (8), gebildet Oberbegriff des Patentanspruchs 1. ' aus einem monostabilen Kippglied, den Sendeimpulsge-

Bei bekannten Verfahren zur genauen Bestimmung ber(l). Dieser besteht aus einen anstoßbaren Impulsgekurzer Laufzeiten von elektronisch erzeugten Impulsen ber und einem GaAs-Laser, der nach einer kurzen Verwird jeweils die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten zögerungszeit T einen etwa 5 nsec breiten Lichtimpuls der Aussendung und des Empfangs eines Impulses mit- 45 ausstrahlt, wobei die Dauer und die Rechteckförmigkeit tels verschiedener Verfahren gemessen, z. B. durch Zäh- nur von nebensächlicher Bedeutung sind. Der reflektierlen der in dieser Zeitdifferenz von einem Oszillator er- te Laserimpuls (3) regt, nachdem er im Empfänger (4) zeugten Schwingungen; vgl. DE-AS 15 39 897. durch eine Fotodiode mit nachgeschaltetem Schwell-

Auch ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch die wertdetektor eine bestimmte Verzögerung T erfahren Laufzeit ein Impuls mit der Breite der zu messenden 50 hat, einen Impulsgeber an. Das hierbei entstehende Si-Zeitdifferenz erzeugt und mittels eines Integrators in gnal (5) wird einerseits zur erneuten Auslösung des Laeinen Spannungswert umgewandelt wird; vgl. DE-PS serimpulsgenerators nach einer Verzögerung T und an-25 47 382. dererseits zur Zeitmessung benutzt.

Ebenso gibt es ein Verfahren (DE-OS 26 46 541), bei Die im Rückkopplungszweig vorliegende Impulsfre-

dem der empfangene Impuls die Totzeit des Sendeim- 55 quenz to, die bei einer zu messenden Entfernung von pulsgenerator regeit, so daß dieser erst nach dem Emp- 1 Meter etwa 150 MHz beträgt, wird durch einen digitalen Teiler, vorzugsweise ECL-Technologie um den Faktor N vermindert Soll z. B. eine Auflösung von 5 Millimetern erreicht werden, so muß pro Impulsumlauf eine 60 Zeitdifferenz von 33 Picosekunden gemessen werden, die bei einem Teilungsfaktor von 1000 eine Änderung

meß- und Auswerte-Einrichtung (9) zur Entfernungsbestimmung ausgewertet wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das oszillierende System erstmalig durch einen Startimpulsgeber (8) zum Oszillieren angeregt wird.