DE69127038T2

DE69127038T2 - Entfernungsmessgerät

Info

Publication number: DE69127038T2
Application number: DE69127038T
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Kimura; Kaoru Kumagai
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2011-09-10
Also published as: EP0475326A2; EP0475326A3; US5194906A; DE69127038D1; EP0475326B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abstandmeßvorrichtung gemäß Anspruch 1.
Ein konventionelles elektrooptisches Abstandmeßgerät ist aus einem Gehäuse des Abstandmeßgerätes und einem Reflektor aufgebaut. Eine Modulationswelle, die von dem Gehäuse erzeugt wird, wird durch den Reflektor reflektiert und eine von dem Reflektor reflektierte Modulationswelle wird durch das Gehäuse empfangen. Eine Phasendifferenz zwischen der Modulationswelle von dem Gehäuse und der reflektierten Modulationswelle von dem Reflektor entspricht einem Abstand zwischen dem Gehäuse und dem Reflektor. Daher kann der Abstand zwischen dem Gehäuse und dem Reflektor durch Erfassen der Phasendifferenz berechnet werden.
Im Falle des Messens eines kurzen Abstandes muß ein Reflektor, wie z.B. ein reflektierender Spiegel nicht speziell bereitgestellt sein, sondern ein Gegenstand, der an dem Meßpunkt angeordnet ist, kann als Reflektor verwendet werden.
Im allgemeinen erfordert das elektrooptische Abstandmeßgerät eine hohe Meßgenauigkeit und es ist daher notwendig, eine Modulationswelle zu benutzen, die eine relativ kurze Wellenlänge für die Messung aufweist. Beispielsweise ist es zum Erhalten einer Meßgenauigkeit von ungefähr ± 5 mm notwendig, eine Modulationswelle zu verwenden, die eine erste Wellenlänge λ&sub1; = 20 m für eine feine Messung aufweist. Die Beziehung zwischen einer zu messenden Distanz und einer Phase der Modulationswelle ist jedoch derart, daß die Phase sich in dem Bereich von 0 bis 2π mit einer Änderung des Abstandes alle 10 m (optische Pfadlänge von 20 m) ändert. Demgemäß kann nur der Abstand von 10 m oder geringer gemessen werden (d.h., eine Meßperiode ist 10 m). Um einen Abstand größer als 10 m zu messen, ist es notwendig, eine Modulationswelle zu verwenden, die eine zweite Wellenlänge λ&sub2; aufweist, die größer als die erste Wellenlänge λ&sub1; für die Feinmessung ist, und dadurch eine Grobmessung (ungefähre Messung) auszuführen. Außerdem ist es notwendig, um einen längeren Abstand zu messen, eine Modulationswelle zu verwenden, die eine dritte Wellenlänge λ&sub3; aufweist, die größer als die zweite Wellenlänge λ&sub2; für die grobe Messung ist, und dadurch eine sehr grobe Messung auszuführen.
Die Resultate der feinen Messung, der groben Messung und der sehr groben Messung werden kombiniert, um ein endgültiges Meßresultat zu erhalten. Das heißt, die Abstandmessung wird unter Verwendung von drei Arten von Frequenzen entsprechend den drei Arten von Wellenlängen λ&sub1;, λ&sub2;und λ&sub3; ausgeführt.
Da das konventionelle elektrooptische Abstandmeßgerät drei oder mehr Arten von Frequenzen für die Messung verwendet, ist es jedoch notwendig, die Wellenlänge zeitaufgeteilt auszuwählen, was ein Erhöhen der Gesamtmeßzeit verursacht. Um die Gesamtmeßzeit zu verkürzen, ist es notwendig, eine Teil- Meßzeit entsprechend jeder Meßfrequenz zu verkürzen, was eine Reduktion der Meßgenauigkeit verursacht.
Außerdem sind die Teil-Meßzeiten, die den jeweiligen Meßfrequenzen entsprechen, unterschiedlich von einander, was in einer Differenz des turbulenten Einflusses durch die Atmosphäre oder Ähnliches resultiert. Diese Differenz verursacht einen Berechnungsfehler der Zahlenanordnung jeder Meßwellenlänge.
Die japanischen Patentzusammenfassungen, Band 13, Nr. 284 (P-892), 29. Juni 1989, und JP-A-1069983 offenbaren eine Meßvorrichtung, die ein multimoduliertes Signal verwendet, das amplituden oder stärkenmoduliert ist. In den japanischen Patentzusammenfassungen, Band 7, Nr. 156 (P-209), 9. Juli 1989 und JP-A-58066880 ist eine Meßvorrichtung offenbart, die Amplitudenmodulation verwendet. Bei diesen Meßvorrichtungen ist die Amplitude des reflektierten Lichtes den Einflüssen aufgrujid atmosphärischer Bedingungen oder anormaler Reflektion unterworfen, was leicht Meßfehler verursacht.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Abstandmeßvorrichtung zu realisieren, die die Gesamtmeßzeit verkürzen kann, ohne die Meßgenauigkeit zu reduzieren.
Dieses Ziel wird durch eine Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Wel]enformdiagramm, das den Betrieb des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 3 ist ein Blockdiagram, das den Aufbau eines zweiten bevorzugteil Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein Graph, der ein Amplitudenspektrum in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockdiagram, das den Aufbau eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist ein Graph, der ein Amplitudenspektrum in dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 7 ist ein Blockdiagram, das den Aufbau eines vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist ein Graph, der ein Amplitudenspektrum in dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 9 ist ein Blockdiagram, das den Aufbau eines fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb des fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt.
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden jetzt mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Bezugnehmend auf Fig. 1, die einen Aufbau eines elektrooptischen Abstandmeßgerätes eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, weist ein elektrooptisches Abstandmeßgerät einen Referenzsignalgenerator 1, eine Treiberschaltung 3, eine lichtaussendende Einrichtung 4, lichtempfangende Einrichtungen 5, erste Einrichtungen 6A zum Erfassen der Phasendifferenz, zweite Einrichtungen 6B zum Erfassen der Phasendifferenz, einen Mikrocomputer 8, einen ersten Frequenzteiler 91, einen zweiten Frequenzteiler 92, und eine UND-Schaltung 10 auf.
Der Referenzsignalgenerator 1 entspricht der Signalerzeugungseinrichtung der vorliegenden Erfindung und ist bereitgestellt, um ein Modulationssignal zu erzeugen. Der Referenzsignalgenerator 1 kann ein Signal mit einer Frequenz f&sub1; erzeugen, während er ein Signal mit einer Frequenz f&sub2; über den ersten Frequenzteiler 91 zu der UND-Schaltung 10 liefern kann.
Die Treiberschaltung 3 ist bereitgestellt, um die lichtemittierende Einrichtung 4 zu treiben, und sie kann die lichtemittierende Einrichtung gemäß einem Signal von dem Mikrocomputer 8 treiben. Die lichtemittierende Einrichtung 4, die der lichtemittierenden Einrichtung der vorliegenden Einrichtung entspricht, ist bereitgestellt, um ein Modulationslicht gemäß einem Treibersignal zu erzeugen, das von der Treiberschaltung 3 empfangen worden ist. is Eine Laserdiode ist als die lichtemittierende Einrichtung 4 in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel angewandt. Die lichtempfangende Einrichtung 5, die der lichtempfangenden Einrichtung der vorliegenden Einrichtung entspricht, ist ein fotoelektrisches Umwandlungselement, um ein Modulationslicht zu empfangen, das durch einen reflektierenden Spiegel reflektiert wird, der sich an einem Meßpunkt befindet. Ein reflektiertes Multiplex-Modulationssignal, das durch die lichtempfangende Einrichtung 5 erhalten wird, wird durch einen Verstärker 51 verstärkt und dann zu der ersten Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz und der zweiten Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz geliefert.
Die ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen einer Phasendifferenz, die der Einrichtung zum Erfassen einer Phasendifferenz der von iegenden Erfindung entsprechen, siiid bereitgestellt, um eine Phasendifferenz zwischen dem Modulationssignal, das von der lichtemittierenden Einrichtung erzeugt worden ist, und dem reflektierten Multiplex-Modulationssignal, das von der lichtempfangenden Einrichtung 5 erzeugt worden ist, zu erfassen und dadurch eine feine Messung auszuführen.
Die erste Einrichtung 6A zum Erfassen einer Phasendifferenz besteht aus einer Mischvorrichtung 61A, einem ersten Tiefpassfilter 62A, einer ersten Schaltung zum Umwandeln einer Wellenform 63A, einer ersten Schaltung 64A zum Vergleichen einer Phase und einem ersten Frequenzgenerator 65A. Der erste Frequenzgenerator 65A, der dem ersten lokalen Oszillator der vorliegenden Erfindung entspricht, ist bereitgestellt, um ein drittes periodisches Signal mit einer dritten Frequenz (f&sub3;) zu bilden, die leicht unterschiedlich der ersten Frequenz (f&sub1;) ist. Die erste Mischeinrichtung 61A ist bereitgestellt, um ein erstes synthetisches Signal durch Synthetisieren des reflektierten Multiplex-Modulationssignales von der 1 ichtempfangenden Einheit 5 und des dritten periodischen Signales von dem ersten Frequenzgenerator 65A zu bilden. Der erste Tiefpassfilter 62A ist bereitgestellt, um eine vorbestimmte Frequenzkomponente von dem ersten synthetischen Signal zu extrahieren. Die erste Phasenvergleichschaltung 64A ist bereitgestellt, um eine Phasendifferenz zwischen dem ersten synthetischen Signal und einem Signal zu erhalten, das dem von dem Referenzsignalgenerator 1 erzeugten Signal entspricht.
Ähnlich weist die zweite Phasendifferenz-Erfassungseinrichtung 6B einen zweiten Mischer 61B, einen zweiten Tiefpassfilter 62B, eine zweite Schaltung 64B zum Vergleichen der Phase und einen ersten Frequenzgenerator 65B auf. Der zweite Frequenzgenerator 65B, der dem zweiten lokalen Oszillator der vorliegenden Erfindung entspricht, ist bereitgestellt, um ein viertes Periodensignal mit einer vierten Frequenz (f&sub4;), die leicht unterschiedlich der zweiten Frequenz (f&sub2;) ist, bereitzustellen. Der zweite Mischer 61B ist bereitgestellt, um ein zweites synthetisches Signal durch Synthetisieren des reflektierten Multiplex-Modulationssignales von der lichtempfangenden Einrichtung 5 und des vierten periodischen Signales von dem zweiten Frequenzgenerator 65B zu bilden. Der zweite Tiefpassfilter 62B ist bereitgestellt, um eine vorbestimmte Frequenzkomponente von dem zweiten synthetischen Signal zu extrahieren. Die zweite Schaltung 64B zum Vergleichen einer Phase ist bereitgestellt, um eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten synthetischen Signal und einem Signal zu erhalten, das dem von dem Referenzsignalgenerator 1 erzeugten Signal entspricht.
Der Mikrocomputer 8 ist bereitgestellt, um den Betrieb jeder Schaltung zu steuern und eine Berechnung des Abstandes auszuführen.
Der Betrieb des ersten bevorzugten Ausführungsbeispieles, das oben aufgebaut ist, wird jetzt mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben werden.
Ein Signal mit einer Frequenz f&sub1; wird von dem Referenzsignalgenerator 1 zu der UND-Schaltung 10 geliefert. Auf der anderen Seite wird die Frequenz f&sub1; des Signales von dem Referenzsignalgenerator 1 durch den ersten Frequenzteiler 91 geteilt, um ein Signal zu erhalten, das eine Frequenz f&sub2; aufweist, die wiederum zu der UND-Schaltung 10 geliefert wird. Außerdem ist ein Meßstartsignal (Wellenform 1) angepaßt, von dem Mikrocomputer 8 zu der UND-Schaltung 10 geliefert zu werden. Demgemäß, wenn das Meßstartsignal (Wellenform 1) von dem Mikrocomputer 8 zu der UND- Schaltung 10 ausgegeben wird, wird ein Multiplex-Amplitudenmodulationssignal (Wellenform 2) aus dem Signal, das die Frequenz f&sub1; aufweist, die von dein Referenzsignalgenerator erzeugt worden ist, und dem Signal, das die Frequenz f&sub2; aufweist, die von dem ersten Frequenzteiler 91 erzeugt worden ist, gebildet, und wird von der UND-Schaltung 10 (Amplitudenverschiebungs-Verschlüsselungssystem) ausgegeben. Das Multipiex-Amplitudenmodulatbussignal wird zu der Treiberschaltung 3 geliefert. Das Multiplex-Amplitudenmodulationssignal entspricht dem Multiplex-Modulationssignal der vorliegenden Erfindung. Die Treiberschaltung 3 treibt die lichtemittierende Einrichtung gemäß der Eingabe des Multiplex-Amplitudenmodulationssignals (Wellenform 2) darin, um ein Multiplex-Modulationslicht von der lichtemittierenden Einrichtung 4 zu erzeugen. Das Licht, das von der lichtemittierenden Einrichtung 4 emittiert wird, wird durch den reflektierenden Spiegel reflektiert, der sich an dem Meßpunkt befindet, und wird dann durch die lichtempfangende Einrichtung 5 empfangen. In der lichtempfangenden Einrichtung 5 wird eine fotoelektrische Umwandlung ausgeführt, um ein reflektiertes Multiplex-Amplitudenmodulationssignal zu bilden. Das reflektierte Multiplex-Amplitudenmodulationssignal wird durch den Verstärker 51 verstärkt und dann zu der ersten und zweiten Einrichtung zur Erfassung der Phasendifferenz 6A und 6B geliefert.
Die erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz arbeitet wie is folgt:
Der erste Frequenzgenerator 65A erzeugt ein Signal, das eine Frequenz f&sub3; (=f&sub1;-f&sub5;) aufweist, die leicht unterschiedlich um eine Frequenz f&sub5; von der Frequenz f&sub1; ist. Das Signal, das die Frequenz f&sub3; aufweist, wird zu dem ersten Mischer 61A geliefert, und wird mit dem reflektierten Multiplex- Amplitudenmodulationssignal reflektiert, das durch den Verstärker 51 verstärkt worden ist, um eine Frequenzumwandlung auszuführen. Die Komponenten eines Ausgangssignales (Wellenform 6) von dem ersten Mischer 61A sind wie folgt:
Das Ausgangssignal von dem ersten Mischer 61A wird zu dem ersten Tiefpassfilter 62A geliefert, indem ein Signal, das die vorbestimmte Frequenz f&sub5; aufweist, nur durchgelassen wird. Das Signal, das durch den ersten Tiefpassfilter 62A durchlaufen ist, wird in eine Wellenform durch die Wellenformumwandlungsschaltung 63A (Wellenform 4) geformt.
Auf der anderen Seite wird das Signal, das die Frequenz f&sub1; aufweist, die von dem Referenzsignalgenerator 1 erzeugt worden ist, in eine Frequenz durch den zweiten Frequenzteiler 92 geteilt, um ein Signal zu erhalten, das eine Frequenz f&sub5;, (gleiche der Frequenz f&sub5;) (Wellenform 3) aufweist. Das Signal, das die Frequenz f&sub5;, aufweist, wird mit dem Signal phasenverglichen, das die Frequenz f&sub5; als ein Ausgangssignal von der ersten Schaltung 63A zum Umwandeln der Wellenform durch die erste Schaltung 64A zum Vergleichen der Phase aufweist.
Ähnlich arbeitet die zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz wie folgt:
Der zweite Frequenzgenerator 65B erzeugt ein Signal, das eine Frequenz f&sub4; (= f&sub2;-f&sub5;) aufweist, die leicht unterschiedlich um eine Frequenz f&sub5; von der Frequenz f&sub2; ist. Das Signal, das die Frequenz f&sub4; aufweist, wird zu dem zweiten Mischer 61B geliefert und wird mit dem reflektierten Multiplex- Amplitudenmodulationssignal reflektiert, das durch den Verstärker 51 verstärkt ist, um eine Frequenzumwandlung durchzuführen. Die Komponenten eines Ausgangssignales (Wellenform 7) von dem zweiten Mischer 61B sind wie folgt:
Das Ausgangssignal von dem zweiten Mischer 61B wird zu dem zweiten Tiefpassfilter 62B geliefert, indem ein Signal, das die vorbestimmte Frequenz f&sub5; aufweist, nur durchgelassen wird. Nachdem das Signal durch den zweiten Tiefpassfilter 62B gelaufen ist, wird es in eine Wellenform durch die zweite Schaltung 63B zum Umwandeln der Wellen geformt (Wellenform 5).
Auf der anderen Seite wird das Signal, das die Frequenz f&sub5;, aufweist, das von dem zweiten Frequenzteiler 92 ausgegeben wird, in der Phase mit dem Signal verglichen, das die Frequenz f&sub5; als ein Ausgangssignal von der zweiten Schaltung 63B zum Umwandeln der Wellenform aufweist durch die zweite Schaltung 64B zum Vergleichen der Phase.
Durch Verwenden der Phasendifferenzen, die durch die ersten und zweiten Schaltungen 64A und 64B zum Vergleichen der Phase erhalten worden sind, kann der Mikrocomputer 8 den Abstand zwischen dem elektrooptischen Abstandmeßgerät und dem reflektierenden Spiegel berechnen. Daher entsprechen die ersten und zweiten Schaltungen 64A und 64B zum Vergleichen der Phase und der Mikrocomputer 8 der Abstandmeßeinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die obigen Phasenvergleichs-Operationen durch die ersten und zweiten Schaltungen 64A und 64B zum Vergleichen der Phase werden gleichzeitig ausgeführt.
Ein typisches Beispiel einer Abstandmessung wird jetzt beschrieben werden. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Frequenz f&sub1; 15 MHz ist und daß die Phasendifferenz, die durch die erste Einrichtung zum Erfassen der Phasendifferenz 6A gemessen wird, 90 Grad sei, dann wird ein reduzierter Abstand in dem Falle des Verwendens der ersten Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz 2,5 m, da die Phasendifferenz von 360 Grad dem Abstand von 10 m entspricht. Ähnlich unter der Annahme, daß die Frequenz f&sub2; 150 MHz ist und daß die durch die zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz gemessene Phasendifferenz 271 Grad beträgt, ist ein reduzierter Abstand im Falle des Verwendens der zweiten Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz 753 m, da die Phasendifferenz von 360 Grad dem Abstand von 1000 m entspricht.
Demzufolge synthetisiert der Mikrocomputer 8 die beiden Abstandsarten, die von den ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz erhalten worden sind, um einen genauen zu messenden Abstand zu berechnen. Dies bedeutet, daß der Abstand, der geringer als 10 m ist, aus der Phasendifferenz berechnet wird, die durch die erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz erfaßt worden ist (die die erste Frequenz f&sub1; anwendet), und daß der Abstand von 10 m bis 1000 m aus der Phasendifferenz berechnet wird, die durch die zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz (unter Anwendung der Frequenz f&sub2;) erfaßt ist. Demgemäß wird der genaue Abstand unter den obigen Bedingungen 752,5 m.
Gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird, wie oben beschrieben, eine feine Messung durch die ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz unter der Verwendung des Multiplex-Amplitudenmodulationssignals der Frequenz f&sub1; und der Frequenz f&sub2; ausgeführt. Demgemäß kann die Messung mit einer hohen Genauigkeit durch Anwenden einer Einzelfrequenz ausgeführt werden. Demgemäß ist es sehr vorteilhaft, daß eine Meßzeit verglichen mit der in dem konventionellen elektrooptisclien Abstandineßgerät, das drei Frequenzen verwendet, verkürzt werden kann. Insbesondere ist dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel sehr effektiv in einem Hochgechwindigkeits-Modus (Nachführmessung) in einem Abstandmeßgerät, das einen großen Meßbereich in einer kurzen Zeit erfordert.
Es wird leicht anerkannt werden, daß die Werte der Frequenz f&sub1;, der Frequenz f&sub2; und der Oszillatorsfrequenz des Referenzsignalgenerators 1 nicht auf die obigen erwähnten Werte in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel begrenzt sind, sondern, daß sie geeignet ausgewählt werden können.

(Zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel)

Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 beschrieben werden.
Bezugnehmend auf Fig. 3, die einen Aufbau eines elektrooptischen Abstandmeßgerätes gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, weist das elektrooptische Abstandmeßgerät einen Referenzsignalgenerator 1, eine Treiberschaltung 3, eine lichtemittierende Einrichtung 4, eine lichtempfangende Einrichtung 5, eine erste Einrichtung 6A zum Erfassen einer Phasendifferenz, eine zweite Einrichtung 6B zum Erfassen einer Phasendifferenz, einen Mikrocomputer 8, einen ersten Frequenzteiler 91, einen zweiten Frequenzteiler 92 und einen Amplitudenmodulator 100 auf. Der Aufbau des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels ist grundlegend ähnlich zu dem des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme, daß der Amplitudenmodulator 100 die UND-Schaltung 10 ersetzt, die in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel angewaiidt wird, und daß das Meßstartsignal direkt zu der Treiberschaltung 3 geliefert wird. Die Erklärung des anderen Aufbaus wird demgemäß hiernach weggelassen werden.
Bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Amplitudenmodulation durch den Amplitudenmodulator 100 unter Verwendung eines Signales ausgeführt, das eine Frequenz f&sub1; aufweist, die von dem Referenzsignalgenerator 1 als eine Trägerwelle geliefert wird, und eines Signales, das eine Frequenz f&sub2; aufweist, das von dem ersten Frequenzteiler als eine Modulationswelle geliefert wird. Das heißt, die Amplitude des Signales, das die Frequenz f&sub1; aufweist, ist durch das Signal moduliert, das die Frequenz f&sub2; aufweist. Demgemäß, wie in Fig. 6 gezeigt, ist ein Amplitudenspektrum eines Modulationssignales aus drei Trägerwellen aufgebaut, die die Frequenzen f&sub1;, f&sub1; - f&sub2;, und f&sub1; + f&sub2; aufweisen.
Wenn das Meßstartsignal von dem Mikrocomputer 8 zu der Treiberschaltung 3 ausgegeben wird, wird die lichtemittierende Einrichtung 4 durch die Treiberschaltung 3 gemäß einem Multiplex-Amplitudenmodulationssignal angetrieben, um ein Multiplex-Modulationslicht zu erzeugen. Das Licht, das von der lichtemittierenden Einrichtung 4 ausgesandt wird, wird durch den reflektierenden Spiegel reflektiert, der sich an dem Meßpunkt befindet, und wird dann durch die lichtempfangende Einrichtung 5 empfangen. In der 1 ichtempfangenden Einrichtung 5 wird eine fotoelektrische Umwandlung ausgeführt, um ein reflektiertes Multiplex-Amplitudenmodulationssignal zu bilden. Das reflektierte Multiplex-Amplitudenmodulationssignal wird durch den Verstärker 51 verstärkt und wird dann zu der ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz geliefert.
Die erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz arbeitet wie folgt:
Der erste Frequenzgenerator 65A erzeugt ein Signal, das eine Frequenz t&sub5; (= f&sub1; - f&sub2; - f&sub4;) aufweist, die leicht unterschiedlich um eine Frequenz f&sub4; von der Frequenz (f&sub1; - f&sub2;) ist. Das Signal, das die Frequenz f&sub5; aufweist, wird zu dem ersten Mischer 61A geliefert und wird mit dem reflektierten Multiplex-Amplitudenmodulationssignal gemischt, das durch den Verstärker 51 verstärkt worden ist, um eine Frequenzumwandlung auszuführen.
Das Ausgangssignal von dem ersten Mischer 61A wird zu dem ersten Tiefpassfilter 62A geliefert, in dem ein Signal, das die vorbestimmte Frequenz f&sub4; aufweist, nur durchgelassen wird. Nachdem das Signal durch den ersten Tiefpassfilter 62A gelaufen ist, wird es in einer Wellenform durch die erste Wellenformumwandlungsschaltung 63A geformt.
Auf der anderen Seite wird das Signal, das die Frequenz f&sub1; aufweist und das von dem Referenzsignalgenerator 1 erzeugt worden ist, in der Frequenz durch den zweiten Frequenzteiler 92 geteilt, um ein Signal zu erhalten, das eine Frequenz f&sub4;, aufweist (die die gleiche wie die Frequenz f&sub4; ist). Das Signal, das die Frequenz f&sub4;, aufweist, wird in der Phase mit dem Signal verglichen, das die Frequenz f&sub4; als ein Ausgangssignal von der ersten Wellenformumwandlungsschaltung 63A durch die erste Phasenvergleichsschaltung 64A aufweist.
Ähnlich arbeitet die zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz wie folgt:
Der zweite Frequenzgenerator 65B erzeugt ein Signal, das eine Frequenz f&sub6; (= f&sub1; - f&sub4;) aufweist, die leicht unterschiedlich um eine Frequenz f&sub4; von der Frequenz f&sub1; ist. Das Signal, das die Frequenz f&sub6; aufweist, wird zu dem zweiten Mischer 61B geliefert und wird mit dem reflektierten Multiplex- Amplitudeninodulationssignal gemischt, das durch den Verstärker 51 verstärkt worden ist, um eine Frequenzumwandlung auszuführen.
Das Ausgangssignal voll dem zweiten Mischer 61B wird zu dem zweiten Tiefpassfilter 62B geliefert, in dem nur ein Signal, das die vorbestimmte Frequenz f&sub4; aufweist, durchgelassen wird. Nachdem das Signal durch den zweiten Tiefpassfilter 62B gelaufen ist, wird es in der Wellenform durch den zweiten Wellenformumwandlungsschaltung 63B geformt.
Auf der anderen Seite wird das Signal, das die Frequenz f&sub4;, aufweist und das von dem zweiten Frequenzteiler ausgegeben worden ist, in der Phase mit dem Signal verglichen, das die Frequenz f&sub4; als ein Ausgangssignal von der ersten Wellenformumwandlungsschaltung 63B durch die zweite Phasenvergleichsschaltung 64B aufweist.
Durch Verwenden der Phasendifferenzen, die durch die ersten und zweiten Schaltungen 64A und 64B zum Vergleichen der Phase erhalten worden sind, kann der Mikrocomputer 8 den Abstand zwischen dem elektooptischen Abstandmeßgerät und dem reflektierenden Spiegel berechnen.
Die obigen Phasenvergleichsoperationen durch die ersten und zweiten Schaltungen 64A und 64B zum Vergleichen der Phasen werden gleichzeitig ausgeführt.
Ein typisches Beispiel einer Abstandmessung wird hier beschrieben werden. Beispielsweise soll angenommen werden, daß die Frequenz f&sub1; 15 MHz ist; die Frequenz f&sub2; 150 kHz, die Phasendifferenz, die durch die erste Einrichtung zum Erfassen der Phasendifferenz 6A gemessen worden ist, 196.9 Grad ist; und daß die Phasendifferenz, die durch die zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz gemessen worden ist, 108 Grad ist. Unter diesen Bedingungen wird ein reduzierter Abstand im Falle des Verwendens der ersten Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz 5,525 in, da die Phasendifferenz von 360 Grad dein Abstand von 10,101010 in entspricht. Ähnlich wird ein reduzierter Abstand in dem Falle des Verwendens der zweiten Einrichtung zum Erfassen der Phasendifferenz 6B 3,000 m, da die Phasendifferenz von 360 Grad dem Abstand von 10 m entspricht. Außerdem wird der Abstand, der größer als 10 m ist, aus der Differenz zwischen den Frequenzen f&sub1; und f&sub2; durch den Mikrocomputer 8 berechnet und demzufolge wird der Abstand zwischen dem elektrooptischen Abstandmeßgerät und dem reflektierenden Spiegel als 753,000 m angezeigt.

(Drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel)

Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die Figuren 5 und 6 beschrieben werden.
Bezugnehmend auf Fig. 5, die einen Aufbau eines elektrooptischen Abstandmeßgerätes gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, weist das elektrooptische Abstandmeßgerät einen ersten Referenzsignalgenerator 1A, einen zweiten Referenzsignalgenerator 1B, einen dritten Referenzsignalgenerator 1C, eine Treiberschaltung 3, eine lichtemittierende Einrichtung 4, eine lichtempfangende Einrichtung 5, eine erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz, eine zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz, einen Mikrocomputer 8, einen ersten Frequenzteiler 91, einen zweiten Frequenzteiler 92 und einen Frequenzmodulator 1000 auf. Die ersten, zweiten und dritten Referenzsignalgeneratoren 1A, 1B und 1C entsprechend den Signalerzeugungseinrichtungen der vorliegenden Erfindung. Der erste Referenzsignalgenerator 1A kann ein Signal erzeugen, das eine Frequenz f&sub1; aufweist; der zweite Referenzsignalge nerator 1 B kann ein Signal erzeugen, das eine Frequenz f&sub2; aufweist und der dritte Referenzsignalgenerator lC kann ein Signal erzeugen, das eine Frequenz f&sub3; aufweist.
Das Signal, das die Frequenz f&sub1; von dem ersten Referenzsignaigenerator 1A aufweist, wird zu dem Frequenzmodulator 1000 geliefert und das Signal, das die Frequenz f&sub2; von dem zweiten Referenzsignalgenerator 1B aufweist, wird auch zu dem Frequenzmodulator 1000 geliefert. Der Frequenzmodulator 1000 empfängt das Signal, das die Frequenz f&sub3; von dem dritten Referenzsignalgenerator 1C aufweist, und gibt alternativ das Signal aus, das die Frequenz f&sub1; aufweist, und das Signal, das die Frequenz f&sub2; aufweist, gemäß der Periode des Signais, das die Frequenz f&sub3; aufweist. Demgemäß wird eine Multiplex- Modulation durch Frequenzmodulation ausgeführt. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist ein Amplitudenspektrum eines Modulationssignales aus einem Seitenband von Trägerwellen aufgebaut, die Referenzfrequenzen f&sub1; und f&sub2; und benachbarte Frequenzen aufweisen, die davon um die Frequenz f&sub3; beabstandet sind.
Wenn das Meßstartsignal von dem Mikrocomputer 8 zu der Treiberschaltung 3 ausgegeben ist, wird die lichtemittierende Einrichtung 4 durch die Treiberschaltung gemäß einem Multiplex-Frequenzmodulationssignal angetrieben, um ein Multiplex-Modulationslicht zu erzeugen. Das Licht, das von der lichtemittierenden Einrichtung 4 ausgesandt wird, wird durch den reflektierenden Spiegel reflektiert, der an dem Meßpunkt angeordnet ist, und dann durch die lichtempfangende Einrichtung 5 empfangen. In der lichtempfangenden Einrichtung 5 wird eine fotoelektrische Umwandlung ausgeführt, um ein reflektiertes Multiplex-Frequenzmodulationssignal zu bilden. Das reflektierte Multiplex-Frequenzmodu]ationssignal wird durch den Verstärker 51 verstärkt und dann zu den ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zur Erfassung der Phasendifferenz geliefert.
Die ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz, die den Phasendifferenz-Meßeinrichtung der vorliegenden Erfindung entsprechen, sind bereitgestellt, um eine Phasendifferenz zwischen dem Modulationslicht, das von der lichtemittierenden Einrichtung 4 erzeugt worden ist, und dein reflektierten Multiplex-Frequenzmodulationssignal, das von der lichtempfangenden Einrichtung 5 erzeugt worden ist, zu erfassen und dadurch die Abstandsmessung auszuführen.
Die erste Einrichtung 6A zur Erfassung der Phasendifferenz weist einen ersten Mischer 61A, einen ersten Tiefpassfilter 62A, eine erste Wellenformwandlerschaltung 63A und eine erste Schaltung 64A zum Vergleichen der Phase auf. Während die erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz in dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel keinen Frequenzgenerator 65A, angewandt in dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel, aufweist, wird das Signal, das die Frequenz f&sub2; von dem zweiten Referenzsignalgenerator 18 aufweist, zu dem ersten Mischer 61A geliefert. Demgemäß entspricht der zweite Referenzsignalgenerator 1B in dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel dem ersten lokalen Oszillator der vorliegenden Erfindung.
Ähnlich weist die zweite Einrichtung 6B zur Erfassung der Phasendifferenz einen zweiten Mischer 61B, einen zweiten Tiefpassfilter 62B, eine zweite Schaltung 63B zur Umwandlung der Wellenform und eine zweite Schaltung zum Vergleichen der Phase 64B auf. Während die zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz in dem vierten bevorzugten Ausführungs beispiel keinen Frequenzgenerator, der in dem dritten Ausführungsbeispiel angewandt wird, aufweist, wird das Signal, das die Frequenz f&sub1; von dem ersten Referenzsignalgenerator 1A aufweist, zu dem zweiten Mischer 61B geliefert. Demgemäß entspricht der erste Referenzsignalgenerator 1A in dein vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel dem zweiten lokalen Oszillator der vorliegenden Erfindung.
Der Betrieb der ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz wird jetzt beschrieben werden. Wie oben erwähnt, wird das Multiplex-Frequenzmodulationssignal, das durch den Verstärker 51 verstärkt worden ist, zu sowohl der ersten als auch der zweiten Phasendifferenz-Erfassungseinrichtung 6A und 6B geliefert.
Die erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz arbeitet wie folgt:
Das Signal, das die Frequenz f&sub2; von dem zweiten Referenzsignalgenerator 1B aufweist, wird zu dem ersten Mischer 61A geliefert und wird mit dem reflektierten Multiplex-Frequenzmodulationssignal gemischt, das durch den Verstärker 51 verstärkt worden ist, um eine Frequenzumwandlung auszuführen. Die Komponenten eines Ausgangssignales von dem ersten Mischer 61a sind wie folgt:
Das Ausgangssignal von dem ersten Mischer 61A wird zu dem ersten Tiefpassfilter 62A geliefert, in dem nur ein Signal, das die vorbestimmte Frequenz (f&sub1; - f&sub2;) aufweist, durchgelassen wird. Nachdem das Signal durch den ersten Tiefpassfilter 62A durchgelaufen ist, wird es in einer Wellenform durch die erste Wellenformumwandlungsschaltung 63A geformt, um ein Signal zu erhalten, das die Frequenz (f&sub1; - f&sub2;) aufweist.
Auf der anderen Seite, wird das Signal, das die Frequenz f&sub1;, die von dem ersten Referenzsignalgenerator 1A erzeugt worden ist, aufweist, iii der Frequenz durch den ersten Frequenzteiler 91 geteilt, um ein Signal zu erhalten, das eine Frequenz f&sub5;, (= f&sub1; - f&sub2;) aufweist. Das Signal, das die Frequenz f&sub5;, aufweist, wird in der Phase mit dem Signal verglichen, das die Frequenz (f&sub1; - f&sub2;) als ein Ausgangssignal von der ersten Wellenformumwand 1 ungsschaltung 63A durch die erste Phasenvergleichsschaltung 64A aufweist.
Ähnlich arbeitet die zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz wie folgt:
Das Signal, das die Frequenz f&sub1; von dem ersten Referenzsignalgenerator 1A aufweist, wird zu dem zweiten Mischer 61B geliefert und wird mit dem reflektierten Multiplex-Frequenzmodulationssignal gemischt, das durch den Verstärker 51 verstärkt worden ist, um eine Frequenzumwandlung auszuführen. Die Komponenten eines Ausgangssignales von dem zweiten Mischer 61B sind wie folgt:
Das Ausgangssignal von dem zweiten Mischer 61B wird zu dem zweiten Tiefpassfilter 62B geliefert, in dem nur ein Signal, das die vorbestimmte Frequenz (f&sub1; - f&sub2;) aufweist, durchgelassen wird. Nachdem das Signal durch den zweiten Tiefpassfilter 62B durchgelassen worden ist, wird es in der Wellenform durch den zweiten Wellenformumwandlungsschaltung 63B geformt, um ein Signal zu erhalten, das die Frequenz (f&sub1; - f&sub2;) aufweist.
Auf der anderen Seite wird das Signal, das die Frequenz f&sub1; aufweist, das von dem ersten Referenzsignalgenerator IA erzeugt worden ist, in der Frequenz durch den zweiten Frequenzteiler 92 geteilt, um ein Signal zu erhalten, das eine Frequenz f&sub5;, (= f&sub1; - f&sub2;) aufweist. Dann wird das Signal das die Frequenz f&sub5;, aufweist und das von dem zweiten Frequenzteiler 92 ausgegeben worden ist, in der Phase mit dem Signal verglichen, das die Frequenz (f&sub1; - f&sub2;) als ein Ausgangssignal von dem zweiten Wellenformumwandlungsschaltung 63B durch die zweite Vergleichsschaltung 64B aufweist.
Durch Verwenden der Phasendifferenzen, die durch die ersten und zweiten Phasenvergleichsschaltungen 64A und 64B erhalten werden, kann der Mikrocomputer 8 den Abstand zwischen dem elektrooptischen Abstandmeßgerät und dem reflektierenden Spiegel berechnen.
Die obigen Operationen zum Phasenvergleichen durch die ersten und zweiten Phasenvergleichsschaltungen 64A und 64B werden gleichzeitig ausgeführt.
Ein typisches Beispiel einer Abstandmessung wird jetzt beschrieben werden. Beispielsweise wird angenommen, daß die Frequenz f&sub1; 15 MHz beträgt; daß die Frequenz f&sub2; 15 MHz - 150 kHz beträgt; daß die Phasendifferenz, die durch die erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz gemessen worden ist, 108 Grad beträgt; und daß die Phasendifferenz, die durch die zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz gemessen worden ist, (360 - 196,9) Grad beträgt. Unter diesen Bedingungen wird ein reduzierter Abstand in dem Falle der Verwendung der ersten Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz 3,000 m, da die Phasendifferenz von 360 Grad dem Abstand von 10 m entspricht. Ähnlich wird ein reduzierter Abstand in dem Falle der Verwendung der zweiten Einrichtungen 6B zum Erfassen der Phasendifferenz 5,525 m, da die Phasendifferenz von 360 Grad dem Abstand von 10,101010 m entspricht. Außerdem wird der Abstand, der größer als 10 m ist, aus der Differenz zwischen den Frequenzen f&sub1; und f&sub2; durch den Mikrocomputer 8 berechnet und demzufolge wird der Abstand zwischen dein elektrooptischen Abstandmeßgerät und dem reflektierenden Spiegel als 753,000 m angezeigt.

(Viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel)

Ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der von iegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die Figuren 7 und 8 beschrieben werden.
Bezugnehmend auf Fig. 7, die einen Aufbau eines elektrooptischen Abstandmeßgerätes gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, weist das elektrooptische Abstandmeßgerät einen Referenzsignalgenerator 1, eine Treiberschaltung 3, eine lichtemittierende Einrichtung 4, eine lichtempfangende Einrichtung 5, eine erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz, eine zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz, einen Mikrocomputer 8, einen ersten Frequenzteiler 91, einen zweiten Frequenzteiler 92 und einen Phasenmodulator 10000 auf.
Der Aufbau des vierten bevorzugten Ausführungsbeispieles ist grundsätzlich ähnlich dem des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispieles mit der Ausnahme, daß der Phasenmodulator 10000 den Amplitudenmodulator 100 ersetzt, der in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel benutzt wird. Die Erklärung des anderen Aufbaus wird demgemäß hiernach weggelassen werden.
In dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Phasenmodulation durch den Phasenmodulator 10000 unter Verwendung eines Signales ausgeführt, das eine Frequenz f&sub1; aufweist, die von dem Referenzsignalgenerator 1 als eine Trägerwelle geliefert wird, und eines Signals, das eine Frequenz f&sub2; aufweist, die von dem ersten Frequenzteiler 91 als eine Modulationswelle geliefert wird. Das heißt, die Phase des Signales, das die Frequenz f&sub1; aufweist, wird durch das Signal moduliert, das die Frequenz f&sub2;, aufweist. Demgemäß, wie in Fig. 7 gezeigt, ist ein Amplitudenspektrum eines Modulationssignales aus einer Trägerwelle f&sub1; und einer Nebenwelle des Frequenzintervalls f&sub2; gebildet, die die Frequenzen f&sub1; - f&sub2; und f&sub1; + f&sub2; aufweist.
Wenn das Meßstartsignal von dem Mikrocomputer 8 zu der Treiberschaltung 3 ausgegeben ist, wird die lichtemittierende Einrichtung 4 durch die Treiberschaltung 3 gemäß einem Multiplex-Phasenmodulationssignal angetrieben, um ein Multiplex-Modulationslicht zu erzeugen. Das Licht, das von der lichtemittierenden Einrichtung 4 ausgesandt wird, wird durch den reflektierenden Spiegel reflektiert, der sich an dem Meßpunkt befindet, und wird dann durch die lichtempfangende Einrichtung 5 empfangen. In der lichtempfangenden Einrichtung 5 wird eine fotoelektrische Umwandlung ausgeführt, um ein reflektiertes Multiplex-Phasenmodulationssignal zu bilden. Das reflektierte Multiplex-Phasenmodulationssignal wird durch den Verstärker 51 verstärkt und wird dann zu den ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz geliefert.
Die erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz arbeitet wie folgt:
Der erste Frequenzgenerator 65A erzeugt ein Signal, das eine Frequenz f&sub5; (= f&sub1; - f&sub2; - f&sub4;) aufweist, die leicht unterschiedlich um eine Frequenz f&sub4; von der Frequenz (f&sub1; - f&sub2;) ist. Das Signal, das die Frequenz f&sub5; aufweist, wird zu dem ersten Mischer 61A ge]iefert und wird mit dem reflektierten Multiplex-Phasenmodulationssignal geliefert, das durch den Verstärker 51 verstärkt worden ist, um eine Frequenzumwandlung auszuführen.
Der andere Betrieb ist der gleiche wie der in dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß die Phasenmodulation die Amplitudenmodulation ersetzt, die in dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel angewandt wird.
Ein typisches Beispiel einer Abstandsmessung wird jetzt beschrieben werden. Es wird beispielsweise allgenominen, daß die Frequenz f&sub1; 15 MHz ist; daß die Frequenz f&sub2; 150 kHz ist; daß die Phasendifferenz, die durch die erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz gemessen worden ist, 196,9 Grad beträgt; und daß die Phasendifferenz, die durch die zweite Einrichtung zum Erfassen der Phasendifferenz 6B gemessen worden ist, 108 Grad beträgt. Unter diesen Bedingungen wird ein reduzierter Abstand in dem Falle der Verwendung der ersten Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz 5,525 m, da die Phasendifferenz von 360 Grad dem Abstand von 10,101010 m entspricht. Ähnlich wird ein reduzierter Abstand in dem Falle des Verwendens der zweiten Einrichtung 6B zum Reduzieren der Phasendifferenz 3,000 m, da die Phasendifferenz von 360 Grad dem Abstand von 10 m entspricht. Außerdem wird der Abstand, der größer als 10 m ist, aus der Differenz zwischen den Frequenzen f&sub1; und f&sub2; durch den Mikrocomputer 8 berechnet und dementsprechend wird der Abstand zwischen dem elektrooptischen Abstandmeßgerät und dem reflektierenden Spiegel als 753,000 m angezeigt.

(Fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel)

Ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die Figuren 9 und 10 beschrieben.
Bezugnehmend auf Fig. 9, die einen Aufbau eines elektrooptischen Abstandmeßgerätes gemäß dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, weist das elektrooptische Abstandmeßgerät einen Referenzsignalgenerator 1, eine Synchronisierschaltung 2, eine Treiberschaltung 3, eine liditemittierende Einrichtung 4, eine lichtempfangende Einrichtung 5, eine erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz, eine zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz, eine Einrichtung 7 zum Messen der Verzögerungszeit, einen Mikrocomputer 8, einen ersten Frequenzteiler 91, einen zweiten Frequenzteiler 92 und eine UND-Schaltung 10 auf.
Die Synchronisierschaltung 2 ist bereitgestellt, um eine UND-Ausgabe des Signales, das die Frequenz f&sub1; von dem Referenzsignalgenerator 1 aufweist, und des Signales, das die Frequenz f&sub2; von dem ersten Frequenzteiler 91 aufweist, einzugeben und ein Signal zu erzeugen, das mit dem Signal synchronisiert ist, das die Frequenz f&sub2; von dem ersten Frequenzteiler 91 aufweist. Die Treiberschaltung 3 ist bereitgestellt, um die lichtemittierende Einrichtung 4 anzutreiben und dann die lichtemittierende Einrichtung 4 gemäß dem synchronen Signal von der Synchronisierschaltung 2 zu treiben. Die lichtempfangende Einrichtung 5 ist ein fotoelektrisches Umwandlungselement, um ein Modulationsucht zu empfangen, das durch einen reflektierenden Spiegel reflektiert worden ist, der sich an einem Meßpunkt befindet. Ein reflektiertes Modulationssignal, das durch die lichtempfangende Einrichtung 5 erhalten worden ist, wird durch einen ersten Verstärker 51 verstärkt und dann zu den ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz und zu der Verzögerungszeitmeßeinrichtung 7 geliefert.
Da der Aufbau des Referenzsignalgenerators 1 und der ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz ähnlich denjenigen sind, die in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel angewandt werden, wird daher hiernach eine Erklärung davon weggelassen werden.
Der Betrieb des fünften bevorzugten Ausführungsbeispiels, das wie oben aufgebaut ist, wird jetzt mit Bezug auf die Figuren 9 und 10 beschrieben werden.
Ein Signal, das die Frequenz f&sub1; aufweist, wird von dem Referenzsignalgenerator 1 zu der UND-Schaltung 10 geliefert. Außerdem wird das Signal, das die Frequenz f&sub1; von dein Referenzsignalgenerator 1 aufweist, in der Frequenz durch den ersten Frequenzteiler 91 geteilt, um ein Signal zu erhalten, das die Frequenz f&sub2; aufweist, welches Signal wiederum zu der UND-Schaltung 10 geliefert wird. Demgemäß bildet die UND-Schaltung 1 ein UND-Signal (Wellenform 1) des Signales, das die Frequenz f&sub1; von dem Referenzsignalge nerator 1 aufweist, und des Signales, das die Frequenz f&sub2; von dem ersten Frequenzteiler 91 aufweist. Dann wird ein solches Multiplex-Modulationssignal der Frequenz f&sub1; und der Frequenz f&sub2; (d.h. das UND-Signal) zu der Synchronsierschaltung 2 geliefert und wird mit dem Signal synchronisiert, das die Frequenz f&sub2; von dem ersten Frequenzteiler 91 aufweist. Wenn ein Meßstartsignal (Wellenform 2) von dem Mikrocomputer 8 zu der Synchronisierschaltung 2 ausgegeben wird, wird das Multiplex-Modulationssignal der Frequenz f&sub1; und der Frequenz f&sub2; von der Synchronisierschaltung 2 zu der Treiberschaltung 3 geliefert und gleichzeitig wird ein Startsignal (Wellenforin 4) von der Synchronisierschaltung 2 zu dem Zähler 72 der Verzögerungszeitmeßeinrichtung 7 geliefert.
Die lichtemittierende Einrichtung 4 wird durch die Treiberschaltung 3 gemäß dem Multiplex-Modulationssignal getrieben, das in die Treiberschaltung 3 eingegeben wird, um ein Multiplex-Modulationssignal zu erzeugen. Das Multiplex-Modulationslicht, das von der lichtemittierenden Einrichtung 4 erzeugt worden ist, wird durch den reflektierenden Spiegel reflektiert, der sich an dem Meßpunkt befindet, und wird durch die lichtempfangende Einrichtung 5 empfangen. Die lichtempfangende Einrichtung 5 führt eine fotoelektrische Umwandlung aus, um ein reflektiertes Multiplex-Modulationssignal zu bilden. Das reflektierte Multiplex-Modulationssignal wird durch den ersten Verstärker 51 verstärkt und wird dann zu den ersten und zweite 11 Einrichtungen 6A und 6B zur Erfassung der Phasendifferenz geliefert. Zum gleichen Zeitpunkt wird das reflektierte Multiplex-Modulationssignal, das durch den ersten Verstärker 51 verstärkt worden ist, weiter durch einen zweiten Verstärker 52 verstärkt und dann zu der Verzögerungszeit-Meßeinrichtung 7 geliefert.
Die Verzögerungszeit-Meßeinrichtung 7 ist bereitgestellt, um eine Verzögerungszeit zwischen dem Modulationssignal, das von der lichtemittierenden Einrichtung 4 erzeugt worden ist, und dem reflektierten Modulationssignal, das von der lichtempfangenden Einrichtung 5 erzeugt worden ist, zu messen und dadurch eine grobe Messung auszuführen. Die Verzögerungszeit- Meßeinrichtung 7 weist einen Komparator 71, einen Zähler 72 und einen Referenzspannungsgenerator 73 auf.
Der Mikrocomputer 8 ist bereitgestellt, um den Betrieb jeder Schaltung zu steuern und eine Berechnung des Abstandes oder Ähnliches auszuführen.
Die Verzögerungszeit-Meßeinrichtung 7 arbeitet wie folgt:
Das reflektiertes Modulationssignal, das durch den zweiten Verstärker 52 verstärkt worden ist, wird in den Komparator 71 eingegeben. Der Komparator 71 vergleicht das reflektierte Modulationssignal, das in ihn eingegeben worden ist, mit einer Referenzspannungseingabe von der Schaltung zum Erzeugen einer Referenzspannung 73 und gibt ein Stopsignal aus, wenn das reflektierte Modulationssignal die Referenzspannung überschreitet. Das Stopsignal von dem Komparator 71 und das Startsignal von der Synchronisierschaltung 2 werden in den Zähler 72 eingegeben. Der Zähler 72 zählt die Anzahl von Takten, die von dem Referenzsignalgenerator 1 erzeugt worden sind, und während einer Verzögerungszeit zwischen dem Startsignal und dem Stopsignal eingegeben worden sind. Der Mikrocomputer 8 kann einen Abstand zwischen dem reflektierenden Spiegel und dem elektrooptischen Abstandmeßgerät gemäß der Anzahl von Takten berechnen, die oben gezählt worden sind, und der Oszillationsfrequenz des Referenzsignalgenerators 1.
Die Zeitverzögerungs-Meßeinrichtung 7 und der Mikrocomputer 8 entsprechen der zweiten Abstand meßeinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz arbeiten auf die gleiche Weise, wie diejenigen in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, und die Erklärung davon wird daher hiernach weggelassen werden.
Wie oben beschrieben, wendet das fünfte bevorzugte Ausführungsbeispiel den Aufbau des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels für die ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz an und wendet auch den Aufbau des obigen Ausführungsbeispiels für die Zeitverzögerungs-Meßeinrichtung 7 an.
Demzufolge synthetisiert der Mikrocomputer 8 die drei Arten von Abständen, die von den ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz und der Zeitverzögerungs-Meßeinrichtung 7 erhalten werden, um einen genauen Abstand zu berechnen, der gemessen werden soll. Das heißt, der Abstand, der kleiner als 10 m ist, wird aus der Phasendifferenz berechnet, die durch die erste Einrichtung 6A zum Erfassen der Phasendifferenz erfaßt worden ist, der Abstand von 10 m bis 1000 m wird aus der Phasendifferenz berechnet, die durch die zweite Einrichtung 6B zum Erfassen der Phasendifferenz erfaßt worden ist, und der Abstand, der größer als 1000 m ist, wird aus der Verzögerungszeit berechnet, die durch die Zeitverzögerungs-Meßeinrichtung gemessen worden ist. Demgemäß wird der genaue Abstand unter den obigen Bedingungen 3752,5 m.
Gemäß dem funften bevorzugten Ausführungsbeispiel wird, wie oben beschrieben, eine feine Messung durch die ersten und zweiten Einrichtungen 6A und 6B zum Erfassen der Phasendifferenz unter Verwendung des Multiplex-Modulationssignals der Frequenz f&sub1; und der Frequenz f&sub2; ausgeführt und eine grobe Messung wird durch die Verzögerungszeit-Meßeinrichtung 7 unter Verwendung des gleichen Multiplex-Modulationssignals der Frequenz f&sub1; und der Frequenz f&sub2; ausgeführt. Daher kann die Messung mit einer hohen Genauigkeit durch Anwenden einer Einzelfrequenz ausgeführt werden. Demgemäß ist es sehr vorteilhaft, daß eine Meßzeit verkürzt werden kann, verglichen mit der in dem konventionellen elektrooptischen Abstandmeßgerät, das drei Frequenzen verwendet.
Es wird leicht anerkannt werden, daß die Werte der Frequenz f&sub1;, der Frequenz f&sub2; und der Oszillationsfrequenz des Referenzsignalgenerators nicht auf die oben im dem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel erwähnten Werte beschränkt sind, sondern daß sie geeignet ausgewählt werden können.

Claims

1. Abstandmeßvorrichtung zum Messen eines Abstandes durch Erfassen von reflektiertem Licht von einer reflektierenden Einrichtung, die an einem Meßpunkt angeordnet ist, wobei die Abstandmeßvorrichtung aufweist:

eine Signalerzeugungseinrichtung (1000, 10000) zum Erzeugen eines Multiplex-Modulationssignales;

Einrichtungen (3, 4) zum Emittieren von Licht zum Erzeugen eines Multiplex-Modulationslichtes mit einem Modulationsfaktor gemäß dem Modulationssignal, das von der Signalerzeugungseinrichtung erzeugt worden ist;

Einrichtungen (5) zum Empfangen von Licht zum Empfangen des Multiplex-Modulationslichtes, das von der lichtemittierenden Einrichtung (3, 4) erzeugt und durch die reflektierende Einrichtung reflektiert worden ist, um ein reflektiertes Multiplex-Modulationssignal zu bilden;

erste Einrichtungen (61A, 62A, 63A) zum Bilden eines Phasensignales, um ein erstes Phasensignal zu bilden, das eine Phasenkomponente eines ersten Modulationssignales von dem reflektierten Multiplex-Modulationssignal enthält, und zum Bilden des ersten Phasensignales mit einer niedrigeren Frequenz als die Frequenz des ersten Modulationssignales;

zweite Einrichtungen (61B, 62B, 63B) zum Bilden eines zweiten Phasensignales, um ein zweites Phasensignal zu bilden, das eine Phasenkomponente eines zweiten Modulationssignales enthält, die unterschiedlich in der Frequenz zu dem ersten Modulationssignal ist, aus dem reflektierten Multiplex-Modulationssignal, und zum Bilden des zweiten Phasensignales mit einer niedrigeren Frequenz als der Frequenz des zweiten Modulationssignales;

eine Abstandmeßeinrichtung (8) zum Messen des Abstandes zu dem Meßpunkt unter Verwendung einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Phasensignal und einem Referenzsignal, das dem Multiplex-Modulationssignal entspricht, und unter Verwendung einer Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasensignal und dem Referenzsignal.

2. Abstandmeßvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Signalerzeugung seinrichtung (10000) ein Phasenmodulationssignal mit einer Vielzahl von Frequenzkomponenten erzeugt, wobei die erste Einrichtung zum Bilden eines Phasensignales einen lokalen Oszillator (65A) zum Bilden eines dritten Frequenzsignales mit einer dritten Frequenz aufweist, die leicht unterschiedlich von einer ersten Frequenz in den vielfachen Frequenzkomponenten des Multiplex-Phasenmodulationssignales ist, und eine erste Mischeinrichtung (61A) zum Mischen des dritten Frequenzsignales mit dem reflektierten Multiplex-Modulationssignal, um das erste Phasensignal zu bilden und um das erste Phasensignal mit einer niedrigeren Frequenz als der Frequenz des ersten Modulationssignal zu bilden, und wobei die zweite Einrichtung zum Bilden eines Phasensignales einen zweiten lokalen Oszillator (65B) zum Bilden eines vierten Frequenzsignales mit einer vierten Frequenz aufweist, die leicht unterschiedlich von einer zweiten Frequenz in den vielfachen Frequenzkomponenten des Multiplex- Phasenmodulationssignales ist, wobei die zweite Frequenz unterschiedlich von der ersten Frequenz ist, und eine zweite Mischeinrichtung (61B) zum Mischen des vierten Frequenzsignales mit dem reflektierten Multiplex-Modulationssignal, um das zweite Phasensignal zu bilden und um das zweite Phasensignal mit einer niedrigeren Frequenz als der Frequenz des zweiten Modulationssignales zu bilden.

3. Abstandmeßvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die signalerzeugende Einrichtung (1000) ein Multiplex-Frequenzmodulationssignal mit einer Vielzahl von Frequenzkomponenten erzeugt, wobei die erste Einrichtung zum Bilden einer Phase (61A, 62A, 63A) einen ersten lokalen Oszillator (1B) zum Bilden eines dritten Frequenzsignales aufweist, und eine erste Mischeinrichtung (61A) zum Mischen des dritten Frequenzsignales mit dem reflektierten Multiplex-Modulationssignal, um das erste Phasensignal zu bilden und um das erste Phasensignal mit einer niedrigeren Frequenz als der Frequenz des ersten Modulationssignales zu bilden, wobei das dritte Frequenzsignal eine derartige Frequenz hat, daß eine Frequenz des ersten Phasensignales, die durch die erste Mischeinrichtung gebildet worden ist, gleich einer Frequenz des Referenzsignales wird, wobei die zweite Einrichtung zum Bilden eines Phasensignales einen zweiten lokalen Oszillator (1C) zum Bilden eines vierten Frequenzsignales aufweist, und eine zweite Mischeinrichtung (61B) zum Mischen des vierten Frequenzsignales mit dem reflektierten Multiplex-Modulationssignal, um das zweite Phasensignal zu bilden und um das zweite Phasensignal mit einer niedrigeren Frequenz als der Frequenz des zweiten modulierten Signales zu bilden, und wobei das vierte Frequenzsignal eine derartige Frequenz hat, daß eine Frequenz des zweiten Phasensignales, das durch die zweite Mischeinrichtung gebildet ist, gleich einer Frequenz des Referenzsignales wird.

4. Abstandmeßvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die erste Mischeinrichtung (61A) einen ersten Tiefpassfilter (62A) zum Extrahieren des ersten Phasensignales aufweist, das die gleiche Frequenz wie die des Referenzsignales hat, und wobei die zweite Mischeinrichtung (61B) einen zweiten Tiefpassfilter (62B) aufweist, um das zweite Phasensignal zu extrahieren, das die gleiche Frequenz wie die des Referenzsignales aufweist.