JP2005512096A

JP2005512096A - レーザ測距装置

Info

Publication number: JP2005512096A
Application number: JP2003551565A
Authority: JP
Inventors: ディルク　シュミット; シュティールレイェルク; ヴォルフペーター
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-08
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: EP1456690B1; US7075626B2; WO2003050564A1; US20040070747A1; DE10160439A1; JP4047813B2; EP1456690A1; DE50213181D1

Abstract

本発明は、少なくとも１つのレーザを送出する送信ユニット（１０）および受信ユニット（１２）ならびに単側波帯変調ユニット（１４）とが設けられたレーザ測距装置に関する。前記単側波帯変調ユニット（１４）により、発振ユニット（１６）によって生成された第１の単側波帯変調周波数（ＺＦ１）と搬送周波数（Ｔ１）とを使用して、送信ユニット（１０）の変調周波数（Ｓ１）が形成される。
ここでは、発振ユニット（１６）によって少なくとも１つの別の周波数（ＺＦ２）が生成され、単側波帯変調ユニット（１４）を介し、前記別の周波数（ＺＦ２）を使用して、受信ユニット（１２）の復調周波数（Ｓ２）が形成されるように構成することが提案される。

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念によるレーザ測距装置に関する。
【０００２】
レーザによる送信ユニット、受信ユニットおよび単側波帯変調ユニットを有するレーザ距離測定装置が公知である。単側波帯変調ユニットにより、発振ユニットによって生成された単側波帯変調周波数および搬送周波数を使用して、送信ユニットの変調周波数を形成することができる。この単側波帯変調周波数は同時に、位相決定のための低周波ないしは有効周波数に相応する。
【０００３】
受信ユニットの復調周波数として、本来の搬送周波数が使用される。
【０００４】
本発明の利点
本発明は、少なくともレーザによる送信ユニットと、受信ユニットと、単側波帯変調ユニットとを有するレーザ測距装置に関する。前記単側波帯変調ユニットにより、発振ユニットによって生成された単側波帯変調周波数および搬送周波数を使用して、送信ユニットの変調周波数を形成することができる。
【０００５】
ここでは、発振ユニットによって少なくとも１つの別の周波数が生成され、この別の周波数を有する単側波帯変調ユニットを介して受信ユニットの復調周波数が形成されるように構成することが提案される。搬送周波数と変調周波数と復調周波数との間隔は有効周波数に依存せずに選択され、特にこの間隔は有効周波数より大きく選択することができる。障害量は、とりわけ発振ユニットによって少なくとも１つの第２の単側波帯変調周波数が生成され、かつ単側波帯変調ユニットを介して第２の単側波帯変調周波数によって受信ユニットの復調周波数が形成される場合、簡単に消去するかないしはフィルタリングによって除去することができ、低コストのレーザ測距装置によって、高精度の測定結果を得ることができる。第２の単側波帯変調周波数を使用する代わりに、第２の搬送周波数を使用して復調周波数を形成することもできる。
【０００６】
発振ユニットが、少なくとも２つの単側波帯変調周波数を生成する高精度の単一の発振器を有し、および/または、異なる係数を有し２つの単側波帯変調周波数を生成する少なくとも２つの分周器に発振ユニットが接続されれば、レーザ測距装置を特にコンパクトに、低コストでかつ簡単に構成することができる。
【０００７】
発振ユニットが少なくとも１つのＬＦ発振器ないしは低周波発振器を有し、少なくとも１つの単側波帯変調周波数が、合成して周波数をシフトすることにより生成されるように構成すれば、周波数形成のフレキシビリティを向上させることができる。
【０００８】
本発明の別の実施例では、搬送周波数を生成するために発振ユニットにＰＬＬユニットないしは位相同期ループユニットを設けることが提案される。このことによって、搬送周波数を低コストの回路によって生成することができる。しかし、少なくとも２つのＰＬＬユニットを備えた発振ユニットから、少なくとも２つの搬送周波数が生成されるように構成することもできる。
【０００９】
さらに、発振ユニットおよび単側波帯変調ユニットを介して正弦波信号が形成されるように構成することが提案される。しかし、当業者が有意だと見なす他の信号波形も考慮できる。しかし正弦波信号の場合、フィルタを特に簡単に少なくとも削減できるか、または完全に省略することができる。付加的な構成部材、取り付けスペース、重量、組み立て手間およびコストを低減することができる。
【００１０】
本発明による解決手段は、当業者が適切であると見なすすべてのレーザ測距装置に適している。しかし、本発明による解決手段はとりわけ手持ち式レーザ測距装置に適しており、本発明の解決手段によって手持ち式レーザ測距装置を、測定精度が高くても低コストかつコンパクトに構成することができる。
【００１１】
図面
以下の図面の説明に別の利点が記載されている。図面には、本発明の一実施例が示されている。図面、明細書および請求項には、数多くの構成が組み合わせされて記載されている。当業者であれば、これらの構成を目的に応じて個別に考察し、別の有意な組み合わせを構成することができる。
【００１２】
図１手持ち式レーザ測距装置の上からの斜視図である。
【００１３】
図２図１に示されたレーザ測距装置の回路構成を概略的に示した図である。
【００１４】
図３図１に示されたレーザ測距装置のスペクトルを概略的に示した図である。
【００１５】
実施例の説明
図１は、ケーシング３０内にレーザ測定信号を送信するための送信ユニット１０が配置されたレーザ測距装置を示している（図１および２）。送信ユニット１０はレーザダイオードおよびコリメートレンズを有しており、これらを使用して測定信号が集束され、出口チャネルによって偏向される。前記レーザダイオードおよび視準レンズは、ここでは詳細に示されていない。
【００１６】
さらにレーザ測距装置は、詳細に図示されていないレンズを備えた受信ユニット１２を有する。前記レンズは、対象で反射された測定信号成分を捕捉し、光電変換器へ偏向する。この変換器は有利にはアバランシェフォトダイオードとして構成されており、測定信号成分を受信して、電気的な形態で演算ユニットないしは評価ユニットへ供給する。この演算ユニットないしは評価ユニットも、ここでは詳細に図示されていない。
【００１７】
レーザ測距装置の上側３２には、表示装置３４および複数の操作キー３６が設けられている（図１）。
【００１８】
さらに、レーザ測距装置は単側波帯変調ユニット１４を有する。この単側波帯変調ユニット１４により、発振ユニット１６が生成した単側波帯変調周波数ＺＦ１および搬送周波数Ｔ１によって、送信ユニット１０の変調周波数Ｓ１が形成される（図２および３）。
【００１９】
本発明では、発振ユニット１６によって第２の単側波帯変調周波数ＺＦ２が生成される。単側波帯変調ユニット１４を介し、第２単側波帯変調周波数ＺＦ２によって、受信ユニット１２の復調周波数Ｓ２が形成される。
【００２０】
発振ユニット１６は高精度の単一の発振器１８を有する。この発振器１８から、特に異なる係数を有する２つの分周器２０，２２を介して、単側波帯変調周波数ＺＦ１およびＺＦ２が生成される。前記２つの分周器２０，２２は、発振ユニット１６に接続されている。しかし単側波帯変調周波数ＺＦ１および/またはＺＦ２は、ＬＦ発振器２４，２６によって合成して生成することもできる。このことは図２に示されている。分周器２０，２２には、等しい係数を設けることもできる。
【００２１】
さらに高精度の発振器１８から、特に発振ユニット１６のＰＬＬユニット２８を介して、送信ユニット１０に対する搬送周波数Ｔ１と、受信ユニット１２に対する搬送周波数Ｔ２が生成される。前記ＰＬＬユニット２８は、ＰＬＬブロック３８ないしは位相同期ループブロックと、ＶＣＯブロック４０ないしは電圧制御発振ブロックとを有する。しかし、搬送周波数Ｔ１，Ｔ２を別個の発振器から生成することもできる。
【００２２】
単側波帯変調ユニット１４は送信ユニット１０に対する第１の単側波帯変調器４２および受信ユニット１２に対する第２の単側波帯変調器４４を有し、単側波帯変調周波数ＺＦ１，ＺＦ２から不所望の周波数をフィルタリングによって除去するため、前記単側波帯変調ユニット１４にはそれぞれ、送信ユニット１０の経路４６ではフィルタＦ１が前置接続されており、受信ユニット１２の経路４８内ではフィルタＦ２が前置接続されている。前記単側波帯変調周波数は、中間周波数と称されることもある。発振ユニット１６には３つのフィルタＦ３，Ｆ４，Ｆ５が後置接続されている。特に中央のフィルタＦ３はＶＣＯブロック４０の後方に直接接続されており、フィルタＦ４は送信ユニット１０の経路４６に対して、フィルタＦ５は受信ユニット１２の経路４８に対してそれぞれ設けられている。さらに単側波帯変調ユニット１４の後方では、送信ユニット１０にはフィルタＦ６が、受信ユニット１２にはフィルタＦ７がそれぞれ前置接続されている。
【００２３】
基本的に、送信ユニット１０に対する経路４６および受信ユニット１２に対する経路４８を交換することができる。ないしは、周波数Ｓ２を送信ユニット１０の変調のために使用し、周波数Ｓ１を受信ユニット１２の周波数Ｓ１のために使用することができる。
【００２４】
また、発振ユニット１６および単側波帯変調ユニット１４を介して正弦波信号が形成されるように構成することもできる。このことによって、フィルタＦ１〜Ｆ５を簡単に削減することができる。別の信号波形では、特に送信ユニット１０の経路４６および受信ユニット１２の経路４８において、当業者が有意だと見なす種々の配置または組み合わせでフィルタが必要とされることがある。フィルタＦ１〜Ｆ５はとりわけ、所定の測定精度を達成し帯域幅を限定するために使用される。
【００２５】
単側波帯変調ユニット１４の単側波帯変調器４２によって、搬送周波数Ｔ１が単側波帯変調周波数ＺＦ１によりシフトされる。このことにより、送信ユニット１０の変調周波数Ｓ１および搬送周波数Ｔ１^＊、周波数Ｓ１' および搬送周波数Ｔ１^＊、ないしは側波帯Ｓ１およびＳ１' ならびに搬送周波数Ｔ１^＊が形成される。単側波帯変調ユニット１４の単側波帯変調器４４によって、搬送周波数Ｔ２が単側波帯変調周波数ＺＦ２によりシフトされる。このことにより、受信ユニット１２の復調周波数Ｓ２および搬送周波数Ｔ２^＊、周波数Ｓ２' および搬送周波数Ｔ２^＊、ないしは側波帯Ｓ２およびＳ２' ならびに搬送周波数Ｔ２^＊が形成される。搬送周波数Ｔ１，Ｔ２は搬送周波数Ｔ１^＊，Ｔ２^＊より大きな振幅を有するか、そうでなければ搬送周波数Ｔ１およびＴ１^＊，Ｔ２およびＴ２^＊は同一である。適切に信号波形を選択すればフィルタＦ３〜Ｆ５を省略することができ、これらを省略する場合、搬送周波数Ｔ１およびＴ２を一致させることができる場合がある。
【００２６】
抑圧された周波数Ｓ１'，Ｓ２' ないしは抑圧された側波帯は、送信ユニット１０の変調周波数Ｓ１および受信ユニット１２の復調周波数Ｓ２を約４０ｄＢ下回る。さらに、抑圧された搬送周波数Ｔ１^＊，Ｔ２^＊は典型的には、送信ユニット１０の変調周波数Ｓ１および受信ユニット１２の復調周波数Ｓ２を約４０ｄＢ下回る。
【００２７】
復調時には、送信ユニット１０の経路４６のすべての周波数Ｔ１^＊，Ｓ１，Ｓ１' が、受信ユニット１２の経路４８のすべての周波数Ｔ２^＊，Ｓ２，Ｓ２' と混合される。ここで発生する障害ベクトルは、従来のシステム（Ｓ１'＊Ｓ２'＝約８０ｄＢ）より格段に小さい。またはこの障害ベクトルは、送信ユニット１０の第１の経路４６の信号と受信ユニット１２の経路４８の信号との差から得られるＬＦ有効信号から、問題なくフィルタリングによって除去できる程度に（中間周波数/ＬＦ有効周波数比において）離れている。とりわけ、単側波帯変調周波数ＺＦ１，ＺＦ２を適切に選択すれば、周波数Ｓ１' と搬送周波数Ｔ２^＊とを乗算して得られるベクトルおよび周波数Ｓ２' と搬送周波数Ｔ１^＊とを乗算して得られるベクトルは、変調周波数Ｓ１と復調周波数Ｓ２とを混合して得られるＬＦ有効信号の周波数を大幅に上回る。このＬＦ有効信号は、本実施例では約４ｋＨｚである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
手持ち式レーザ測距装置の上からの斜視図である。
【図２】
図１に示されたレーザ測距装置の回路構成を概略的に示した図である。
【図３】
図１に示されたレーザ測距装置のスペクトルを概略的に示した図である。
【符号の説明】
１０送信ユニット
１６発振ユニット
１２受信ユニット
１８発振器
１４単側波帯変調ユニット
２０分周器
２２分周器
２４ＬＦ発振器
２６ＬＦ発振器
２８ＰＬＬユニット
３０ケーシング
３２上側
３４表示装置
３６操作キー
３８ＰＬＬブロック
４０ＶＣＯブロック
４２単側波帯変調器
４４単側波帯変調器
４６経路
４８経路
Ｔ１搬送周波数
Ｔ２搬送周波数
Ｓ１変調周波数
Ｓ２復調周波数
ＺＦ１単側波帯変調周波数
ＺＦ２単側波帯変調周波数
Ｆ１フィルタ
Ｆ２フィルタ
Ｆ３フィルタ
Ｆ４フィルタ
Ｆ５フィルタ
Ｆ６フィルタ
Ｆ７フィルタ

Claims

レーザ測距装置であって、
少なくともレーザによる送信ユニット（１０）および受信ユニット（１２）ならびに単側波帯変調ユニット（１４）が設けられており、
前記単側波帯変調ユニット（１４）により、発振ユニット（１６）によって生成された第１の単側波帯変調周波数（ＺＦ１）および搬送周波数（Ｔ１）を使用して、送信ユニット（１０）の変調周波数（Ｓ１）が形成される形式のものにおいて、
発振ユニット（１６）によって少なくとも１つの別の周波数（ＺＦ２）が生成され、
前記単側波帯変調ユニット（１４）を介し、前記別の周波数（ＺＦ２）によって、受信ユニット（１２）の復調周波数（Ｓ２）が形成されることを特徴とするレーザ測距装置。
前記発振ユニット（１６）によって少なくとも１つの第２の単側波帯変調周波数（ＺＦ２）が生成され、
前記単側波帯変調ユニット（１４）を介し、前記第２の単側波帯変調周波数（ＺＦ２）によって、受信ユニット（１２）の復調周波数（Ｓ２）が形成される、請求項１記載のレーザ測距装置。
前記発振ユニット（１６）は単一の高精度の発振器（１８）を有し、
前記発振器（１８）から、少なくとも前記２つの単側波帯変調周波数（ＺＦ１，ＺＦ２）が生成される、請求項２記載のレーザ測距装置。
前記発振ユニット（１６）は、係数が異なる２つの分周器（２０，２２）に接続されており、
前記２つの分周器（２０，２２）を介して単側波帯変調周波数（ＺＦ１，ＺＦ２）が生成される、請求項２または３記載のレーザ測距装置。
前記発振ユニット（１６）は少なくとも１つのＬＦ発振器（２４，２６）を有し、
少なくとも１つの単側波帯変調周波数（ＺＦ１，ＺＦ２）が、合成して周波数をシフトすることによって生成される、請求項２から４までのいずれか１項記載のレーザ測距装置。
前記発振ユニット（１６）は、搬送周波数（Ｔ１，Ｔ２）を生成するためにＰＬＬユニット（２８）を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のレーザ測距装置。
発振ユニット（１６）および単側波帯変調ユニット（１４）を介して正弦波信号が形成される、請求項１から６までのいずれか１項記載のレーザ測距装置。
レーザ測距装置の信号を形成するための方法であって、
前記レーザ測距装置には送信ユニット（１０）および受信ユニット（１２）が設けられており、
単側波帯変調ユニット（１４）を使用して、発振ユニット（１６）により生成された第１の単側波帯変調周波数（ＺＦ１）と搬送周波数（Ｔ１）とによって、送信ユニット（１０）の変調周波数（Ｓ１）を形成する形式の方法において、
発振ユニット（１６）によって、少なくとも１つの別の周波数（ＺＦ２）を生成し、
単側波帯変調ユニット（１４）を介し、前記別の周波数（ＺＦ２）によって、受信ユニット（１２）の復調周波数（Ｓ２）を形成することを特徴とする方法。