EP1789754A1 - Vorrichtung und verfahren zur optischen distanzmessung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur optischen distanzmessung

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Publication number
EP1789754A1
EP1789754A1 EP05758635A EP05758635A EP1789754A1 EP 1789754 A1 EP1789754 A1 EP 1789754A1 EP 05758635 A EP05758635 A EP 05758635A EP 05758635 A EP05758635 A EP 05758635A EP 1789754 A1 EP1789754 A1 EP 1789754A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
target object
measurement
distance
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05758635A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bjoern Haase
Joerg Stierle
Peter Wolf
Cédric Pahud
Kai Renz
Clemens Schulte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1789754A1 publication Critical patent/EP1789754A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G01C3/08—Use of electric radiation detectors
    • G01C3/085—Use of electric radiation detectors with electronic parallax measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • G01S17/48—Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the invention relates to a device for optical distance measurement according to the preamble of claim 1 or of a known method for optical distance measurement by means of phase modulation.
  • Optical distance measuring devices as such have been known for some time and are now marketed commercially, in various embodiments.
  • Devices emit a modulated light beam that is aligned with the surface of a target object to be measured whose distance to the device is to be determined.
  • the reflected or backscattered light from the targeted target surface is detected by the
  • Part of the measuring device again detected and used to determine the desired distance.
  • the scope of such rangefinders generally includes distances in the range of typically several cm to several hundred meters.
  • Target object result in different requirements for the light source, the quality of the measuring beam and the detector.
  • optical distance measuring devices can be basically, according to the arrangement, of the device necessarily present
  • the transmission channel is arranged at a certain distance from the receiving channel, so that the respective optical axes are parallel to each other.
  • monoaxial measuring devices in which the receiving channel runs coaxially to the transmission channel.
  • the biaxial measuring systems have the advantage that there is no need for complex radiation division for the selection of the returning measurement signal, so that, for example, optical crosstalk from the transmission channel directly into the reception channel can be better suppressed.
  • biaxial distance measuring devices there is, inter alia, the disadvantage that detection problems can occur for the region of short measuring distances due to parallax.
  • the image of the target object on the detector surface of the built-in measuring receiver which is suitable for large
  • Target distances is still clearly on the detector, moves with shorter Messentfemung, increasingly away from the optical axis of the receiving branch and also experiences a variation of the beam cross-section in the detector plane.
  • the measuring signal can go to zero.
  • DE4316348A1 discloses a device for distance measurement with a visible measuring beam generated by a semiconductor laser, whose
  • Receiving device includes a light guide with downstream optoelectronic converter.
  • the light entry surface in the fiber of the light guide is arranged in the imaging plane of the receiving lens of this device for large object distances and out of this position, transversely to the optical axis, displaceable.
  • optoelectronic distance sensors which operate according to the so-called triangulation principle.
  • Such an optoelectronic distance sensor according to the triangulation principle is known from DE3703422A1, which has at least one first pilot beam source 7 which makes visible the imaging beam path of the sensor inclined to the measuring beam.
  • a first pilot beam source 7 which makes visible the imaging beam path of the sensor inclined to the measuring beam.
  • sensors is a used to transmit direction offset, location-sensitive detector. Since the point of impact of the measurement beam reflected from the target object is a function of the distance of the detector from the target object, its position can be used to deduce the distance between the detector and the target object.
  • an electronic distance measuring device which has a measuring spatula, which is arranged laterally on the housing of the measuring device and can be moved relative to this.
  • the measuring spatula serves to construct a reference plane at a defined distance from the measuring plane of the distance measuring device, in which case subtracting the distance between the two
  • Levels determined measured value of the meter can be detected by measuring a minimum value measured very small distances exactly.
  • the subtraction of this distance between the levels takes place expediently automatically by tapping the extension state of the measuring spatula from the meter housing with the help of a push-button switch and can be automatically taken into account.
  • the measuring device of DE 29651514U1 it is possible with the measuring device of DE 29651514U1 to determine very small distances with a high accuracy even when using the phase comparison method for determining the desired distance.
  • Such triangulation sensors are typically used in industrial sensors
  • Distance measurement for example, used in machine tools for determining short travel distances of a movable part of such a machine tool.
  • the measuring method of triangulation allows measurements only in a small measuring range, but high accuracies can be achieved with this measuring method.
  • the device according to the invention for optical distance measurement in particular such a device according to the phase measurement principle, has at least one transmitting unit for transmitting modulated optical measuring radiation in the direction of a target object. Furthermore, such a device has a receiving unit for receiving the return of the target object optical radiation.
  • the device according to the invention for optical distance measurement has means which make it possible to determine the distance to the target object also via a triangulation method.
  • Range typically 100m, as well as in the range very small, d. H.
  • d. H For example, against zeroing distances between the rangefinder and a target object, possible.
  • the device according to the invention for optical distance measurement thus advantageously makes possible a method for determining distances, in which it is possible to switch between a phase measurement method for determining a distance between a measurement object, a target object and a triangulation method for determining such a distance.
  • the same light source is used for the triangulation measurement, which is also used for the distance measurement according to the transit time method, in particular for the distance measurement according to the phase measurement principle.
  • Receiving channel different detectors for phase measurement and triangulation provide.
  • a location-sensitive sensor for example a surface detector in the manner of a CCD component or even a line detector, such as a diode array, is used.
  • Triangulation at least one imaging optics, which focus the returning from the target object measurement beam on the location-sensitive sensor.
  • the device according to the invention in a measuring device which, for example, additionally has a mechanical, movable measuring stop, so that it is also possible to measure a distance approaching zero by introducing mechanical offsets between the measuring device and the target object becomes.
  • the device according to the invention or the method according to the invention advantageously makes it possible to determine both very large and very small distances to a target object with high accuracy.
  • the inventive method for optical distance measurement between a phase measurement method, in particular for the determination of large distances, and a triangulation method, in particular for determining very small distances to a measured object to change is particularly advantageous.
  • Figure 2 shows another exemplary embodiment of the device according to the invention in a schematic block diagram.
  • FIG. 1 an optical distance measuring device 10 is shown with the most important of its components for describing its basic structure in a schematic manner.
  • the device 10 for optical distance measurement has a housing 70 in which a transmitting branch 14 for generating an optical measuring signal 36 and a receiving unit 18 for detecting the returning of a target object 20 measuring signal 17 are formed.
  • the transmitting branch 14 has a transmitting unit 12, with, in addition to a number of components, not shown, a light source 22, which is realized in the exemplary embodiment of FIG. 1 by a semiconductor laser diode 24.
  • a light source 22 which is realized in the exemplary embodiment of FIG. 1 by a semiconductor laser diode 24.
  • the laser diode 24 of the exemplary embodiment of FIG. 1 transmits a
  • the laser diode 24 is driven via a control unit 28 which generates a modulation of the electrical input signal 30 to the diode 24 by a corresponding electronics.
  • the control unit 28 receives the required frequency signals of the laser diode from a control and evaluation unit 58 of the invention
  • controller 28 may also be directly integral to the control and calibration unit 58.
  • the control and evaluation unit 58 comprises a circuit arrangement 59 which, inter alia, has at least one quartz oscillator for providing the required frequency signals. With these signals, of which several are typically used with different frequencies during a distance measurement, the optical measurement signal is modulated in a known manner.
  • the basic structure of such a device and the corresponding method for generating different measurement frequencies are for example DE 198 11 550 C2 remove, so on Reference should be made only to this citation and the content of the cited document should also be content of this application. In the context of the description to be made here, therefore, the details of the frequency generation and the measuring method will not be discussed in more detail.
  • the intensity-modulated light beam 26 emerging from the semiconductor diode 24 passes through a first optical system 32, which results in an improvement of the beam profile of the measuring beam.
  • a first optical system 32 Such optics is now an integral part of a laser diode.
  • the measuring beam 26 then passes through a collimating lens 34, which generates a nearly parallel light beam 36.
  • the switching means 38 which are shown only symbolically in FIG. 1, are set such that the measuring beam 36 is coupled into the reference path 40, the measuring radiation is directed via the receiving objective 50 directly to the detector 54 of the receiving unit 18 of the device according to the invention. Due to the very well known optical length of the reference path 40, a reference signal obtained in this way can be used for calibrating the device according to the invention and in particular for evaluating a phase shift to be determined.
  • the measuring signal 36 is coupled out of the housing 70 of the device 10 through an optical window 42.
  • the measuring beam 36 then emerges as a modulated measuring signal 16 from the measuring device 10 and falls on the desired target object 20 whose distance to the measuring device 10 is to be determined.
  • the signal 17 reflected or also scattered at the desired target object 20 passes to a certain extent through an entrance window 46 again into the housing 70 of the device 10 according to the invention.
  • the measuring radiation arriving through the entrance window 46 in the end face 48 of the device 10 forms a returning measuring beam 44 which is directed to a receiving lens 50 becomes.
  • the receiving objective 50 focuses the returning measuring beam 44 onto the active surface of a receiving device 54.
  • the receiving unit 18 of the device according to the invention has a detector 54, for example a photodiode 52, which in a known manner the incoming
  • Light signal 17 converts into an electrical signal.
  • the now electronic signal which has been converted by the detector 54, is then forwarded via appropriate electrical connection means 56 to a control and evaluation unit 58 of the device 10.
  • the control and evaluation unit 58 determines from the returning optical signal 17 and in particular from the signal applied to the returning signal phase shift in
  • the sought distance between the device 10 and the target object 20 can be communicated to the user of the device, for example in an optical display device 60.
  • the device 10 in addition to this structure described above, which essentially serves to determine the transit time of the measurement signal between measuring device 10 and target object 20, and in particular such a sound time determination via a phase measurement, the device 10 according to the invention also has an additional receiving unit 19 with a triangulation sensor 66.
  • This additional receiving unit 19 consists essentially of a linb Strukturslinse 51 for triangulation and a position sensitive detector 55.
  • the imaging lens may alternatively or in addition to be provided together with the imaging lens, a pinhole aperture 53 as an image that ensures the required depth of field.
  • the optional pinhole is also shown in FIG.
  • the triangulation sensor 66 requires an imaging lens 51 which has a certain lateral distance from the emitted measurement beam 36.
  • Imaging lens 51 bundles a measurement beam 45 returning from the target object on the position-sensitive detector 55 and thus assigns it a defined location 62 on the detector surface.
  • a detector 55 may, for example, be a diode array which has a lateral extent in the plane spanned by the transmission beam 16 and the reception beam 17. Also it is possible to get one line-shaped or even in two dimensions spanned area detector in the form of a CCD chip (Charge Coupled Divice) to use for triangulation.
  • CCD chip Charge Coupled Divice
  • imaging lens 51 or imaging lens and / or imaging diaphragm 53 and position-sensitive sensor 55 is the impact point
  • Such an arrangement of the triangulation sensor 66 should be chosen, in which the impact point 62 on the detector field is a linear function of the distance between the measuring device 10 and the target object 20.
  • the control and evaluation unit 58 determines the desired distance between the device 10 and the target object 20 from the position of the impact point 62 on the detector and the known distances between the detector and imaging lens 51 to the device housing 70, taking into account the corresponding imaging properties of the lens 51. The thus determined distance can be brought to the attention of the user of the device, for example in the optical display device 60 of the device.
  • Figure 2 shows the basic structure of the measuring device according to the invention in a highly simplified, schematic representation.
  • a device may for example be integrated in an optical measuring tool and distributed in the form of a hand-held optical rangefinder.
  • the device according to the invention has a housing 70, which housing a
  • the housing 70 has a transparent exit window 42 which in the embodiment according to FIG. 2 also simultaneously serves as an entry window for the measuring radiation returning from the target object into the device.
  • a transparent exit window 42 which in the embodiment according to FIG. 2 also simultaneously serves as an entry window for the measuring radiation returning from the target object into the device.
  • separate exit and entrance windows can be used for the measurement radiation.
  • a modulated light source 22 which is in the Ausbowungs ⁇ shown embodiment, in particular as a laser diode 24, and in which a beam shaping optics 32, and a corresponding Kollimationsoptik 34 may be already installed, a measuring beam 16 of the device 10 to a Target object 20 or 20 'out.
  • two different target objects 20 or 20 ' are drawn in to illustrate the method according to the invention, wherein the target object 20 is a target object far away from the measuring device 10, ie at least in the range of meters, the target object 20' is in the range of centimeters, or even below, to symbolize distant target object.
  • the device or a measuring tool containing the device For emitting the measuring radiation from the device 10 onto a target object 20 or 20 ', the device or a measuring tool containing the device has corresponding operating elements via which a measuring process can be started.
  • a detector 54 which serves to determine the phase shift of the returning measuring signal 17, and a triangulation sensor unit 66, which essentially consists of the imaging lens
  • the jerking measuring beam 44 of the optical measuring signal 17 is converted into an electrical signal via the photodetector 54 and, after a corresponding signal processing, which is to be indicated by the component 64 in FIG. 2, can be known in principle by the control and evaluation unit 58 of the device according to the invention Be evaluated, so that from the relative phase shift of returning measuring signal 17 and the transmitted measuring signal 16 on the distance of the device 10 to the target object 20 can be concluded.
  • the triangulation sensor 66 of the additional receiving unit 19 of the device according to the invention which consists essentially of the imaging lens 51 and / or the optional imaging diaphragm 53 and the position-sensitive detector 55, is so in the Housing 70 of the measuring device 10 integrates that especially for small reabsländen a returning measuring beam 45 is also detected by Triangulationssensor 66 to, in the manner already described above the impingement 62 of the measuring beam 45 to gain a distance information of the measuring device to the target object 20 '.
  • Triangulationssensors that over the measuring range of this sensor, which should typically be on the order of a few centimeters, a sufficient image quality and depth of focus is achieved.
  • the imaging lens 51 it is also possible, if necessary, to the imaging lens 51. to dispense entirely and bring about an image on the position sensitive detector 55 only by a pinhole 53 with a correspondingly small opening on the principle of "camera obscura”.
  • the measurement signal 16 or 17, which serves for the measurement and distance determination does not need to be modulated in principle, so that it would be possible to switch on the modulation for the measurement signal 16 during a triangulation measurement. This would be associated with lower energy consumption, so that the effective usage time of the primarily power-less device could be significantly increased.
  • such a modulation of the measurement signal 16 or 17 can also be used advantageously to realize an effective scattered light suppression for the device 10 by also detecting only the light of a specific frequency or the signal of the triangulation sensor 66 is evaluated.
  • a corresponding evaluation unit 68 of the invention for example, a corresponding evaluation unit 68 of the invention
  • the electronically converted signal of the triangulation sensor 66 can thus be analyzed, for example, with regard to the transmission frequencies used and thus also only for desired modulation frequencies for further purposes
  • Evaluation can be provided.
  • An electronic signal 57 processed in this way can subsequently be supplied to the control and evaluation unit 58 of the device according to the invention, evaluated and correspondingly displayed, for example, on an optical display of an associated measuring device.
  • the same light source 22 or 24 is advantageously used both for the phase measurement via the detector 54 and for the triangulation measurement via the cell-shaped or, for example, planar detector 55.
  • the same modulated measuring beam 16 can be used for distance determination.
  • the same receiving optics and / or the same receiving detector both for the phase measurement and for the triangulation measurement.
  • only one location-sensitive detector for example the detector 55, can be used, which can then serve both to expand the triangulation signal and to evaluate the phase information impressed on the measurement signal.
  • a phase measurement method and a triangulation method for determining a desired distance between the device and a target object can, for example, be done manually by a user of a measuring tool incorporating the device according to the invention.
  • corresponding control elements can be provided on the measuring device which enable a user to select between the various measuring methods for distance measurement.
  • a first, rapid advance measurement can be carried out, which provides a first rough estimate of the exact distance to be determined.
  • the better measuring method can then be selected automatically by the control and evaluation unit of the measuring device.
  • the device additionally with one or more mechanical measuring stops 72 and 74 of defined length, the minimum distance of the device to be measured
  • Length of the measuring stop are taken into account in the distance determination.
  • a measuring stop can for example be made movable out of the device, or, for example, as indicated in Figure 2 by the arrows 76 and 78, are folded out of the housing 70 and allows in particular in the range of vanishing distances of the measuring device 10 of a
  • Target object an accurate measurement.
  • the measurement of a distance zero between the measuring stop of the measuring device and a target object is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Distanzmessung, insbesondere eine nach dem Phasenmessprinzip arbeitende Vorrichtung, mit zumindest einer Sendeeinheit (12), die zumindest eine Lichtquelle (22,24) zur Aussendung modulierter, optischer Messstrahlung (16) in Richtung auf ein Zielobjekt (20) hin aufweist, und mit einer Empfangseinheit (18) zum Empfang der vom Zielobjekt (20) rücklaufenden optischen Messstrahlung (17). Erfindungsgemäß wir vorgeschlagen, dass die Vorrichtung Mittel (51,55,68) aufweist, die ein Messen von Entfernungen zu einem Zielobjekt (20') über ein Triangulationsverfahren ermöglichen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur optischen Distanzmessung, bei 15 dem zwischen einem Phasenmessverfahren zur Ermittlung einer Distanz zwischen einem Messgerät zur Distanzmessung und einem Zielobjekt (20,20') und einem Triangulationsverfahren zur Ermittlung dieser Distanz umgeschaltet werden kann.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur optischen Distanzmessung
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur optischen Distanzmessung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. von einem bekannten Verfahren zur optischen Distanzmessung mittels Phasenmodulation.
Stand der Technik
Optische Entfernungsmessgeräte als solche sind seit längerer Zeit bekannt und werden inzwischen auch kommerziell, in verschiedenen Ausfuhrungsformen vertrieben. Diese
Geräte senden einen modulierten Lichtstrahl aus, der auf die Oberfläche eines zu vermessenden Zielobjektes, dessen Abstand zum Gerät zu ermitteln ist, ausgerichtet wird.
Das von der angepeilten Zielfläche reflektierte oder rückgestreute Licht wird von dem
Messgerät teilweise wieder detektiert und zur Ermittlung des gesuchten Λbstandes verwendet.
Der Anwendungsbereich derartiger Entfernungsmessgeräte umfasst im Allgemeinen Entfernungen im Bereich von typischerweise einigen cm bis zu mehreren hundert Metern.
In Abhängigkeit von den zu messenden Laufstrecken und der Rückstrahlfähigkeit des
Zielobjekts ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die Lichtquelle, die Qualität des Messstrahls sowie an den Detektor.
Die aus dem Stand der Technik bekannten optischen Entfernungsmessgeräte lassen sich grundsätzlich, entsprechend der Anordnung, des im Gerät notwendigerweise vorhandenen
Sende- und Empfangskanals, in zwei Kategorien einteilen.
Zum einen gibt es Vorrichtungen, bei denen der Sendekanal in einem gewissen Abstand zu dem Empfangskanal angeordnet ist, sodass die jeweiligen optischen Achsen parallel zueinander verlaufen. Zum anderen gibt es monoaxiale Messvorrichtungen, bei denen der Empfangskanal koaxial zum Sendekanal verläuft.
Die biaxialen Messsysteme haben den Vorteil, dass es eine aufwendigen Strahlungsteilung zur Selektion des rücklaufenden Messsignals nicht bedarf, sodass beispielsweise auch ein optisches Übersprechen aus dem Sendekanal direkt in den Empfangskanal besser unterdrückt werden kann. Andererseits besteht bei biaxialen Entfernungsmessgeräten unter anderem der Nachteil, dass es für den Bereich kurzer Messentfernungen aufgrund einer Parallaxe zu Detektionsproblemen kommen kann. Die Abbildung des Zielobjektes auf die Detektoroberfläche des im Gerät integrierten Messempfangers, die für große
Zielentfernungen noch eindeutig auf dem Detektor liegt, wandert mit kürzer werdender Messentfemung, zunehmend von der optischen Achse des Empfangsastes weg und erfährt zudem eine Variation des Strahlquerschnittes in der Detektorebene.
Dies bedingt, dass ohne weitere Maßnahme am Gerät, im Nahbereich der Detektion, d. h. für einen kleinen Abstand zwischen Zielobjekt und Messgerät, das Messsignal gegen Null gehen kann.
Aus der DE4316348A1 ist eine Vorrichtung zur Distanzmessung mit einem von einem Halbleiterlaser erzeugten, sichtbaren Messstrahlenbündel bekannt, deren
Empfangseinrichtung einen Lichtleiter mit nachgeschaltetem optoelektronischen Wandler enthält. Die Lichteintrittsfläche in die Faser des Lichtleiters ist in der Abbildungsebene des Empfangsobjektivs dieses Gerätes für große Objektentfernungen angeordnet und aus dieser Position heraus, quer zur optischen Achse, verschiebbar.
Auf diese Weise ist es in der Vorrichtung der DE4313348Λ1 möglich, die bei kurzen Objektdistanzen zunehmend schräger in das Empfangsobjektiv einfallenden Messstrahlen über die Nachführung der optischen Faser bei räumlich nicht verändertem Detektor auf die lichtempfindliche Oberfläche des Detektors zu leiten.
Die notwendige, elektronische Ansteuerung der Nachführung und die Verwendung von zusätzlichen und insbesondere auch beweglichen Teilen in dem Entfernungsmessgerät der DE4316348A1 bedeuten einen nicht unerheblichen Aufwand, der die Komplexität und damit die Kosten sowie die Anfälligkeit eines derartigen Systems erhöht.
Des weiteren sind optoelektronische Abstandssensoren bekannt, die nach dem sogenannten Triangulationsprinzip arbeiten. Aus der DE3703422A1 ist ein solcher optoelektronischer Λbstandssensor nach dem Triangulationsprinzip bekannt, der mindestens eine erste Pilolstrahlquelle 7 besitzt, die den zum Messstrahl geneigten Abbildungsstrahlengang des Sensors sichtbar macht. Bei derartigen Sensoren, wird ein zur Senderichtung versetzter, ortsensitiver Detektor benutzt. Da der Auftreffpunkt des vom Zielobjekt reflektierten Messstrahls eine Funktion des Abstandes des Detektors vom Zielobjekt ist, kann durch dessen Position auf die Entfernung zwischen dem Detektor und dem Zielobjekt geschlossen werden.
Aus der DE29615514U1 ist ein elektronisches Abstandsmessgerät bekannt, welches einen Messspatel aufweist, der seitlich am Gehäuse des Messgerätes angeordnet ist und relativ zu diesem verschoben werden kann. Der Messspatel dient dazu, in einem definierten Abstand von der Messebene des Λbstandsmessgerätes eine Bezugsebene aufzubauen, wobei dann durch Subtraktion des Abstandes zwischen diesen beiden
Ebenen ermittelten Messwert des Messgerätes, unter Messung eines über Minimum liegenden Messwertes sehr genau kleine Abstände erfasst werden können. Die Subtraktion dieses Abstandes zwischen den Ebenen erfolgt dabei zweckmäßiger Weise automatisch, indem mit Hilfe eines Tastschalter der Ausfahrzustand des Messspatels aus dem Messgerätgehäuse abgegriffen und automatisch berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise ist es mit dem Messgerät der DE29651514U1 möglich, auch bei Verwendung des Phasenvergleichsverfahrens zur Bestimmung der gesuchten Distanz sehr kleine Abstände mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen.
Derartige Triangulationssensoren werden typischerweise in Industriesensoren zur
Abstandsmessung, beispielsweise in Werkzeugmaschinen zur Bestimmung von kurzen Verfahrwegen eines beweglichen Teils einer solchen Werkzeugmaschine, genutzt. Das Messverfahren der Triangulation erlaubt Messungen nur in einem kleinen Messbereich, dafür können jedoch hohe Genauigkeiten mit dieser Messmethode erreicht werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur optischen Distanzmessung, insbesondere eine solche Vorrichtung nach dem Phasenmessprinzip, weist zumindest eine Sendeeinheit zur Aussendung modulierter optischer Messstrahlung in Richtung auf ein Zielobjekt auf. Des weiteren verfügt eine solche Vorrichtung über eine Empfangseinheit zum Empfangen der vom Zielobjekt rücklaufenden optischen Strahlung. Durch Vergleich und Auswertung physikalischer Größen des gesendeten Messstrahls mit denen des Empfangenen Messstrahls, beispielsweise durch Auswertung der dem Messstrahl aufgeprägten Phasenverschiebung, kann auf die Distanz zwischen der Vorrichtung und dem Zielobjekt geschlossen werden.
In vorteilhafter Weise verfugt die erfϊndungsgemäße Vorrichtung zur optischen Distanzmessung über Mittel, die es ermöglichen, die Entfernung zum Zielobjekt auch über ein Triangulationsverfahren zu bestimmen.
Auf diese Weise ist es möglich, auch im Bereich kurzer Abstände der Vorrichtung zu einem Zielobjekt sehr genaue Informationen über den Abstand zu erlangen. Insbesondere können auf diese Weise, die bei einem Phasenmessverfahren auftretenden
Detektionsprobleme im Bereich kurzer Distanzen in vorteilhafter Weise umgangen werden.
Mit einer solchen, erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit eine exakte Distanzbestimmung sowohl im Bereich großer Objektdistanzen, beispielsweise im
Bereich von typischerweise 100m, wie auch im Bereich sehr kleiner, d. h. beispielsweise gegen Null gehender Abstände zwischen dem Entfernungsmesser und einem Zielobjekt, möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur optischen Distanzmessung ermöglicht somit in vorteilHafter Weise ein Verfahren zur Bestimmung von Distanzen, bei dem zwischen einem Phasenmessverfahren zur Ermittlung einer Distanz zwischen einem Messobjekt, einem Zielobjekt sowie einem Triangulationsverfahren zur Ermittlung einer solchen Distanz umgeschaltet werden kann.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmalen.
In vorteilhafter Weise wird für die Triangulationsmessung dieselbe Lichtquelle verwendet, die auch für die Entfernungsmessung nach dem Laufzeitverfahren, insbesondere für die Entfernungsmessung nach dem Phasenmessprinzip verwendet wird.
Auf diese Weise ist es möglich, die beiden unterschiedlichen Arten der
Entfernungsmessung mit ein und demselben Sendekanal durchzuführen, und nur für den
Empfangskanal unterschiedliche Detektoren für die Phasenmessung und die Triangulation vorzusehen. Für die Detektion des Triangulationssignals wird ein ortsensitiver Sensor, beispielsweise ein Flächendetektor in der Art eines CCD-Bauelementes oder aber auch ein Zeilendetektor, wie beispielsweise eine Diodenzeile verwendet. Darüber hinaus weisen die Mittel zur Bestimmung einer gesuchten Entfernung zu einem Zielobjekt mittels des
Triangulationsverfahren zumindest eine Abbildungsoptik auf, die den vom Zielobjekt rücklaufenden Messstrahl auf den ortsensitiven Sensor bündeln.
In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Messgerät zu integrieren, welches beispielsweise zusätzlich über einen mechanischen, verschiebbaren Messanschlag verfügt, sodass auch ein messen eines gegen Null gehenden Abstandes, durch das Einfuhren eines mechanischen Offsets zwischen dem Messgerät und dem Zielobjekt ermöglicht wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es in vorteilhafter Weise, sowohl sehr große als auch sehr kleine Entfernungen zu einem Zielobjekt mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Insbesondere gestattet das erfindungsgemäße Verfahren zur optischen Distanzmessung zwischen einem Phasenmessverfahren, insbesondere zur Ermittlung großer Distanzen, und einem Triangulationsverfahren, insbesondere zur Ermittlung sehr kleiner Distanzen zu einem Messobjekt zu wechseln.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des zugrunde liegenden erfindungsgemäßen Verfahrens zur optischen Distanzmessung dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden sollen. Die
Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren, sinnvollen Kombinationen zusammenfassen, die somit als ebenfalls in der Beschreibung offenbart anzusehen sind. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Distanzmessung nach dem
Laufzeitmessverfahren einer schematischen Darstellung,
Figur 2 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Blockdarstellung.
In Fig. 1 ist in schematischer Weise ein optisches Entfernungsmessgerät 10 mit den wichtigsten seiner Komponenten zur Beschreibung seines prinzipiellen Aufbaus dargestellt. Die Vorrichtung 10 zur optischen Entfernungsmessung weist ein Gehäuse 70 auf, in dem ein Sendeast 14 zur Erzeugung eines optischen Messsignals 36 sowie eine Empfangseinheit 18 zur Detektion des von einem Zielobjekt 20 riicklaufenden Messsignals 17 ausgebildet sind.
Der Sendeast 14 weist eine Sendeeinheit 12, mit, neben einer Reihe von nicht weiter dargestellten Komponenten, einer Lichtquelle 22 auf, die im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 1 durch eine Halbleiterlaserdiode 24 realisiert ist. Die Verwendung anderer Lichtquellen im Sendeast 14 bzw. der Sendeeinheit 12 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aber ebenso möglich. Die Laserdiode 24 des Ausfuhrungsbeispiels nach Fig. 1 sendet einen
Laserstrahl in Form eines für das menschliche Auge sichtbaren Lichtbündels 26 aus. Dazu wird die Laserdiode 24 über ein Steuergerät 28 angetrieben, welches durch eine entsprechende Elektronik eine Modulation des elektrischen Eingangssignals 30 auf die Diode 24 erzeugt Das Steuergerät 28 wiederum erhält die benötigten Frequenzsignale der Laserdiode von einer Steuer- und Auswerteeinheit 58 des erfindungsgemäßen
Messgeräts. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Steuergerät 28 auch direkt integraler Bestandteil der Steuer- und Λuswerteeinheit 58 sein.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 58 umfasst eine Schaltungsanordnung 59 die u.a. zumindest einen Quarzoszillator zur Bereitstellung der benötigten Frequenzsignale aufweist. Mit diesen Signalen, von denen typischer Weise mehrere, mit unterschiedlichen Frequenzen während einer Entfernungsmessung genutzt werden, wird das optische Messsignal in bekannter Weise moduliert Der prinzipielle Aufbau einer solchen Vorrichtung und das entsprechende Verfahren zur Erzeugung unterschiedlicher Messfrequenzen sind beispielsweise der DE 198 11 550 C2 zu entnehmen, so dass an dieser Stelle lediglich auf dieses Zitat verwiesen werden soll und der Inhalt der zitierten Schrift auch Inhalt dieser Anmeldung sein soll. Im Rahmen der hier vorzunehmenden Beschreibung wird daher auf die Einzelheiten der Frequenzerzeugung sowie des Messverfahrens nicht näher eingegangen.
Das aus der Halbleiterdiode 24 austretende, intensitätsmodulierte Lichtbündel 26 durchläuft eine erste Optik 32, die zu einer Verbesserung des Strahlprofils des Messstrahlbündels rührt. Eine solche Optik ist heutzutage integraler Bestandteil einer Laserdiode. Das Messstrahlbündel 26 durchläuft anschließend ein Kollimationsobjektiv 34, welches ein nahezu paralleles Lichtstrahlenbündel 36 erzeugt.
Im Sendeast 14 der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 befindet sich zudem eine Vorrichtung 39 mit Schaltmitteln 38 zur Erzeugung einer geräteinternen Referenzstrecke 40, mit der eine interne Kalibrierung des Messgeräts durchgeführt werden kann. Sind die Schaltmittel 38, die in Figur 1 nur symbolisch dargestellt sind, derart eingestellt, dass das Messstrahlenbündel 36 in die Referenzstrecke 40 eingekoppelt wird, so wird die Messstrahlung über das Empfangsobjektiv 50 direkt auf den Detektor 54 der Empfangseineinheit 18 der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelenkt. Aufgrund der sehr genau bekannten optischen Länge der Referenzstrecke 40 kann ein dermaßen gewonnenes Referenzsignal zur Kalibrierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere für die Auswertung einer zu ermittelnden Phasenverschiebung genutzt werden.
Sind die Schaltmittel 38 jedoch, wie in Fig. 1 dargestellt, betätigt, so wird das Messsignal 36 durch ein optisches Fenster 42 aus dem Gehäuse 70 der Vorrichtung 10 ausgekoppelt.
Dies kann beispielsweise durch Betätigung eines in Fig. 1 nicht weiter dargestellten Bedienelements des Taslaturfelds der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschehen.
Das Messstrahlbündel 36 tritt sodann als moduliertes Messsignal 16 aus dem Messgerät 10 aus und fällt auf das gewünschte Zielobjekt 20, dessen Entfernung zum Messgerät 10 ermittelt werden soll. Das an dem gewünschten Zielobjekt 20 reflektierte oder auch gestreute Signal 17 gelangt zu einem gewissen Teil durch ein Eintrittsfenster 46 wieder in das Gehäuse 70 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Die durch das Eintrittsfenster 46 in der Stirnseite 48 der Vorrichtung 10 eintreffende Messstrahlung bildet ein rücklaufendes Messstrahlenbündel 44, welches auf ein Empfangsobjektiv 50 gelenkt wird. Das Empfangsobjektiv 50 bündelt das rücklaufende Messstrahlenbündel 44 auf die aktive Fläche einer Empfangseinrichtung 54.
Die Empfangseinheit 18 der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist einen Detektor 54, beispielsweise eine Photodiode 52 auf, die in bekannter Weise das einkommende
Lichtsignal 17 in ein elektrisches Signal umwandelt. Das vom Detektor 54 konvertierte, nunmehr elektronische Signal wird dann über entsprechende elektrische Verbindungs- miltel 56 an eine Steuer- und Auswerteeinheit 58 der Vorrichtung 10 weitergeleitet. Die Steuer- und Auswerteeinheit 58 ermittelt aus dem rücklaufenden optischen Signal 17 und insbesondere aus der dem rücklaufenden Signal aufgeprägten Phasenverschiebung im
Vergleich zur Phase des ursprünglich ausgesendeten Signals 16, die gesuchte Distanz zwischen der Vorrichtung 10 und dem Zielobjekt 20. Die so ermittelte Distanz kann beispielsweise in einer optischen Anzeigevorrichtung 60 dem Benutzer des Geräts mitgeteilt werden.
Zusätzlich zu diesem bisher beschriebenen Aufbau, der im wesentlichen der Laufzeitbestimmung des Messsignals zwischen Messvorrichtung 10 und Zielobjekt 20, und insbesondere einer solchen Lautzeitbestimmung über eine Phasenmessung dient, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 noch eine zusätzliche Empfangseinheit 19 mit einen Triangulationssensor 66 auf. Diese zusätzliche Empfangseinheit 19 besteht im wesentlichen aus einer Λbbildungslinse 51 für die Triangulation und einenr positionsempfindlichen Detektor 55. Anstelle der Abbildungslinse kann alternativ oder aber auch ergänzend zusammen mit der Abbildungslinse eine Lochblende 53 als Abbildungsblende vorgesehen sein, die die erforderliche Tiefenschärfe gewährleistet. Die fakultative Lochblende ist in Figur 1 ebenfalls dargestellt.
Während die Beleuchtungslinse 50 für den Laufzeit-Photodetektor 54 möglichst nahe am Laserstrahlbündel 36 angeordnet sein sollte, um Parallaxenfehler weitgehend zu minimieren, erfordert der Triangulationssensor 66 eine Abbildungslinse 51, die einen gewissen lateralen Abstand vom ausgesendeten Messstrahlenbündel 36 aufweist. Die
Abbildungslinse 51 bündelt ein vom Zielobjekt zurücklaufendes Messstrahlenbündel 45 auf dem positionsempfindlichen Detektor 55 und weist ihm somit einen definierten Ort 62 auf der Detektorfläche zu. Bei einem solchen Detektor 55 kann es sich beispielsweise um eine Diodenzeile handeln, die eine laterale Ausdehnung in der vom Sendestrahl 16 und Empfangsstrahl 17 aufgespannten Ebene besitzt. Auch ist es möglich, einen zeilenförmigen oder auch in zwei Dimensionen aufgespannten Flächendektor in Form eines CCD-Chips (Charge Coupled Divice) für die Triangulation zu verwenden.
Bei der beschriebenen Anordnung von Abbildungslinse 51 bzw. Abbildungslinse und/oder Abbildungsblende 53 und ortsempfindlichem Sensor 55 ist der Auftreffpunkt
62 des fokussierten Messstrahlenbündels 45 auf dem ortsempfindlichen Sensor 55 eine
Funktion des Abstandes des Zielobjektes 20 von der Messvorrichtung 10. In vorteilhafter
Weise sollte eine derartige Anordnung des Triangulationssensors 66 gewählt werden, bei dem der Auftreffpunkt 62 auf dem Detektorfeld eine lineare Funktion des Abstandes zwischen der Messvorrichtung 10 und dem Zielobjekt 20 ist.
Durch Detektion und Auswertung des Auftreffpunktes 62 kann somit auch mittels der weiteren Empfangseinheit 19 in eindeutiger Weise auf den gesuchten Abstand zu einem Zielobjekt geschlossen werden. Dazu wird die Information über den optischen Auftreffpunkt 62 auf dem Triangulationssensor 66 in ein elektrisches Signal umgewandelt und über entsprechende Verbindungsmittel 57 an die Steuer- und Λuswerteeinheit 58 der erfindungsgemäßen Vorrichtung übermittelt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 58 ermittelt aus der Position des Auftreffpunktes 62 auf dem Detektor, sowie den bekannten Abständen von Detektor und Abbildungslinse 51 zum Gerätegehäuse 70 unter Berücksichtigung der entsprechenden Abbildungseigenschaften der Linse 51, die gesuchte Distanz zwischen der Vorrichtung 10 und dem Zielobjekt 20. Die so ermittelte Distanz kann beispielsweise in der optischen Anzeigevorrichtung 60 der Vorrichtung dem Benutzer des Geräts zur Kenntnis gebracht werden. Figur 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Messgerätes in einer stark vereinfachten, schematisierten Darstellung. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise in einem optischen Messwerkzeug integriert sein und in Form eines handgehaltenen optischen Entfernungsmessers, vertrieben werden. Mit Hilfe der Darstellung der Figur 2 soll nun auch das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Gehäuse 70 auf, welches das Gehäuse eines
Messwerkzeuges sein kann. Das Gehäuse 70 besitzt ein transparentes Austrittsfenster 42, das in der Ausführungsform nach Figur 2 auch gleichzeitig als Eintrittsfenster für die vom Zielobjekt rücklaufende Messstrahlung in die Vorrichtung dient. In alternativen Λusführungsformen können, wie beispielsweise auch in Figur 1 gezeigt, getrennte Austritts- und Eintrittsfenster für die Messstrahlung verwendet werden. Über eine Sendeeinheit 12, mit einer modulierten Lichtquelle 22, die im gezeigten Ausfuhrungs¬ beispiel insbesondere als eine Laserdiode 24 ausgebildet ist, und in die eine Strahlformungsoptik 32, sowie eine entsprechende Kollimationsoptik 34 bereits eingebaut sein können, wird ein Messstrahlenbündel 16 von der Vorrichtung 10 auf ein Zielobjekt 20 bzw. 20' ausgesendet. In Figur 2 sind zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei verschiedene Zielobjekte 20 bzw. 20' eingezeichnet, wobei das Zielobjekt 20 ein von der Messvorrichtung 10 weit, d.h. zumindest im Bereich von Metern, entferntes Zielobjekt, das Zielobjekt 20' ein im Bereich von Zentimetern, oder sogar darunter, entferntes Zielobjekt symbolisieren soll.
Zur Aussendung der Messstrahlung von der Vorrichtung 10 auf ein Zielobjekt 20 bzw. 20' hin besitzt die Vorrichtung bzw. ein die Vorrichtung beinhaltendes Messwerkzeug entsprechende Bedienelemente, über die ein Messvorgang gestartet werden kann. Das an einem Zielobjekt 20 bzw.20' reflektierte oder auch gestreute Messlicht 17 läuft teilweise wieder in Richtung der Messvorrichtung 10 zurück und tritt durch das Eintrittsfenster 42 in Form eines Messstrahlenbündels 44 bzw. 45 wieder in die Messvorrichtung 10 ein.
Im Inneren der Messvorrichtung ist sowohl ein Detektor 54, der der Bestimmung der Phasenverschiebung des rücklaufenden Messsignals 17 dient, als auch eine Triangulationssensoreinheit 66 vorhanden, die im Wesentlichen aus der Abbildungslinse
51 und/oder gegebenenfalls einer Abbildungsblende 53 sowie einem Flächendetektor 55, nebst Λuswerteschaltung 68 gebildet ist. Über den Photodetektor 54 wird das rucklaufende Messstrahlenbündel 44 des optischen Messsignals 17 in ein elektrisches Signal umgewandelt und kann nach einer entsprechenden Signalaufbereitung, die in Figur 2 durch das Bauelement 64 angedeutet sein soll, von der Steuer- und Auswerteeinheit 58 der erfindungsgemäßen Vorrichtung in prinzipiell bekannter Weise ausgewertet werden, so dass aus der relativen Phasenverschiebung von rücklaufendem Messsignal 17 und ausgesendetem Messsignal 16 auf den Abstand der Vorrichtung 10 zum Zielobjekt 20 geschlossen werden kann.
Insbesondere für Zielobjekte 20' mit kleinen Abständen zur Messvorrichtung 10 kann es hierbei zu Messungenauigkeiten kommen. Aus diesem Grunde ist der Triangulationssensor 66 der zusätzlichen Empfangseinheit 19 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der im wesentlichen aus der Λbbildungslinse 51 und/oder der fakultativen Abbildungsblende 53 und den positionsempfindlichen Detektor 55 besteht, derart in das Gehäuse 70 der Messvorrichtung 10 integriert, dass speziell bei kleinen Objektabsländen ein rücklaufendes Messstrahlenbündel 45 auch vom Triangulationssensor 66 erfasst wird, um daraus, in bereits beschriebener Weise über den Auftrefftort 62 des Messstrahlenbündels 45 ebenfalls eine Abstandsinformation der Messvorrichtung zum Zielobjekt 20' zu gewinnen. Dabei sorgt die Lochblende 53 im Empfangsast des
Triangulationssensors dafür, dass über den Messbereich dieses Sensors, der typischerweise in der Größenordnung von einigen Zentimetern liegen soll, eine ausreichende Abbildungsgüte und Tiefenschärfe erreicht wird. In alternativen Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auch möglich, auf die Abbildungslinse 51 ggfls. ganz zu verzichten und eine Abbildung auf den positionsempfindlichen Detektor 55 lediglich durch ein Lochblende 53 mit einer entsprechend kleinen Öffnung nach dem Prinzip der „camera obscura" herbeizuführen.
Für den Triangulationssenors 66 selbst braucht das Messsignal 16 bzw. 17, welches der Messung und Abstandsbestimmung dient, prinzipiell nicht moduliert zu sein, so dass es möglich wäre, während einer Triangulationsmessung die Modulation für das Messsignal 16 anzuschalten. Dies wäre mit einem geringeren Energieverbrauch verbunden, so dass die effektive Nutzungszeit, des vorrangig versorgungskabellosen Gerätes deutlich erhöht werden könnte.
Andererseits kann eine solche Modulation des Messsignals 16 bzw. 17 aber auch in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, eine effektive Streulichtunterdrückung für die Vorrichtung 10 zu realisieren, indem auch für den Triangulationssensor 66 nur Licht einer bestimmten Frequenz detektiert bzw. dessen Signal ausgewertet wird. Dazu kann beispielsweise eine entsprechende Auswerteeinheit 68 der erfindungsgemäßen
Vorrichtung genutzt werden, die im Ausführungsbeispiels der Figur 2 optional gezeigt ist, in dieser oder weiteren Λusführungsformen der erfϊndungsgemäßen Vorrichtungen aber nicht vorhanden zu sein braucht. Das elektronisch gewandelte Signal des Triangulations¬ sensors 66 kann so beispielsweise bezüglich der verwendeten Sendefrequenzen analysiert werden und somit auch nur für gewünschte Modulationsfrequenzen zur weiteren
Auswertung zur Verfügung gestellt werden. Ein derart bearbeitetes elektronisches Signal 57 kann anschließend der Steuer- und Auswerteeinheit 58 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt, ausgewertet und in entsprechender Weise beispielsweise auf einem optischen Display eines zugehörigen Messgerätes zur Anzeige gebracht werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in vorteilhafter Weise sowohl für die Phasenmessung über den Detektor 54 als auch für die Triangulationsmessung über den zellenförmigen, oder beispielsweise auch flächigen Detektor 55, die gleiche Lichtquelle 22 bzw. 24 genutzt. Insbesondere kann in bestimmten Ausführungsfoπnen auch das gleiche modulierte Messstrahlenbündel 16 zur Distanzbestimmung genutzt werden.
In alternativen, vorteilhaften Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zudem vorgesehen sein, die gleiche Empfangsoptik und / oder den gleichen Empfangsdetektor sowohl für die Phasenmessung, als auch für die Triangulations- messung zu nutzen. So kann beispielsweise lediglich ein ortssensitiver Detektor, beispielsweise der Detektor 55 genutzt werden, der dann sowohl zur Ausweitung des Triangulationssignals als auch zur Auswertung der dem Messsignal aufgeprägten Phaseninformation dienen kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu optischen Distanzmessung kann in vorteilhafter Weise zwischen einem Phasenmessverfahren und einem Triangulations¬ verfahren zur Ermittlung einer gesuchten Distanz zwischen der Vorrichtung und einem Zielobjekt umgeschaltet werden. Diese Umschaltung kann beispielsweise manuell durch einen Anwender, eines die erfindungsgemäße Vorrichtung beinhaltenden Messwerk- zeuges geschehen. Dazu können entsprechende Bedienelemente am Messgerät vorgesehen sein^ die es einem Anwender ermöglichen, zwischen den verschiedenen"" Messmethoden zur Distanzmessung auszuwählen. Alternativerweise ist es auch möglich eine Automatik in Form eines Steuerprogramms im Messgerät zu installieren, die in Abhängigkeit von einer bestimmten Distanz, die jeweilig beste, d.h. genaueste Messmethode zur Bestimmung des gewünschten Abstandes selbsttätig auswählt und / oder zur Auswertung bringt. Dazu kann beispielsweise eine erste, schnelle Vorausmessung durchgeführt werden, die eine erste grobe Einschätzung, über die zu bestimmende exakte Entfernung liefert. Ausgehend von dieser Testmessung kann dann das bessere Messverfahren selbsttätig durch die Steuer- und Auswerteeinheit des Messgerätes ausgewählt werden. So können beispielsweise auch Entfernungsgrenzwerte vorgegeben sein, bis zu denen über das Triangulationsverfahren gemessen werden soll. Beziehungsweise ist es auch möglich, über beispielsweise den Triangulationssensor selbst, direkt ein Signal zu generieren, das eine Phasenmessung und Auswertung startet, sobald der Triangulationssensor oder eine nachgeschaltete Auswerteeinheit feststellt, dass der sinnvolle Messbereich des Triangulationssensors bzw. für ein Triangulationsverfahren verlassen wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher möglich, den mit einer Vorrichtung zur Distanzmessung messbaren Bereich von Entfernungen deutlich zu erweiten.
Insbesondere ist es möglich den Bereich sehr kleiner Abstände von der Messvorrichtung zu einem Zielobjekt zu erschließen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, wie in Figur 2 angedeutet, die Vorrichtung zusätzlich mit einem oder mehreren mechanischen Messanschlägen 72 bzw. 74 definierter Länge zu versehen, die einen Mindestabstand der Vorrichtung zu einem zu vermessenden
Zielobjekt garantieren. Über eine im Messgerät integrierte Auswerteroutine kann dann die
Länge des Messanschlages bei der Abstandsbestimmung berücksichtigt werden. Ein solcher Messanschlag kann beispielsweise aus der Vorrichtung heraus verfahrbar ausgebildet sein, oder beispielsweise, wie in Figur 2 durch die Pfeile 76 bzw. 78 angedeutet, aus dem Gehäuse 70 heraus geklappt werden und ermöglicht insbesondere im Bereich von verschwindenden Abständen der Messvorrichtung 10 von einem
Zielobjekt eine genaue Messung. So ist insbesondere die Messung eines Abstandes Null zwischen dem Messanschlag des Messgerätes und einem Zielobjekt möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren sind nicht auf die in den Figuren dargestellten Λusführungsbeispiele beschränkt. Diese dienen lediglich dazu den Erfindungsgedanken anhand konkreter Beispiele, die jedoch nicht einschränkend zu verstehen sind, zu verdeutlichen.

Claims

Anspriiche
1. Vorrichtung zur optischen Distanzmessung, insbesondere eine nach dem Phasenmessprinzip arbeitende Vorrichtung, mit zumindest einer Sendeeinheit (12), die zumindest eine Lichtquelle (22,24) zur Aussendung modulierter, optischer
Messstrahlung (16) in Richtung auf ein Zielobjekt (20) hin aufweist, und mit einer Empfangseinheit (18) zum Empfang der vom Zielobjekt (20) rücklaufenden optischen Messstrahlung (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel (51,53,55,68) aufweist, die ein Messen von Entfernungen von der Vorrichtung hin zu einem Zielobjekt (20') über ein Triangulationsverfahren ermöglichen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel die Lichtquelle (22,24) der Sendeeinheit (12) umfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zumindest einen ortssensitiven Sensor (55) umfassen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ortssensitive Sensor (55) ein Flächendetektor ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ortssensitive Sensor (55) ein Zeilendetektor ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ortssensitive Sensor (55) auch zur Laufzeitmessung des modulierten Messsignals (16,17,17'), insbesondere für eine Phasenmessung des rücklaufenden Messsignals (17) nutzbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (51 ,53,55,68) zumindest eine Abbildungsoptik (51) umfassen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (51,53,55,68) zumindest eine Lochblende (53) umfassen.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Steuer- und Auswerteeinheit (58) zur Ermittlung einer Distanz der Vorrichtung (10) zum Zielobjekt (20,20') aus der Phasenverschiebung der vom Zielobjekt (20) rücklaufenden optischen Messstrahlung (17) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zumindest einen mechanischen, verschiebbaren Mess¬ anschlag (72,74) aufweist.
11. Verfahren zur optischen Distanzmessung, bei dem zwischen einem Phasen- messverfahren zur Ermittlung einer Distanz zwischen einem Messgerät zur Distanzmessung und einem Zielobjekt (20,20') und einem Triangulationsverfahren zur Ermittlung dieser Distanz umgeschaltet werden kann.
12. Verfahren zur optischen Distanzmessung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für das Phasenmessverfahren und das Triangulationsverfahren die gleiche Lichtquelle (22,24) genutzt wird.
13. Verfahren zur optischen Distanzmessung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass für das Phasenmessverfahren und das Triangulationsverfahren der gleiche modulierte Sendemessstrahl (16) genutzt wird.
14. Verfahren zur optischen Distanzmessung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass für das Phasenmessverfahren und das Triangulationsverfahren das gleiche Detektorelement (55) genutzt wird.
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