DE4106892A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen von entfernungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Ent­ fernungen, bei dem Lichtimpulse auf ein entferntes Ziel gesendet und die Laufzeit eines vom getroffenen Ziel auf eine Meßvorrichtung reflektierten Lichtimpulses gemessen wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Von opto-elektronischen Entfernungsmessern, beispielsweise Laserentfernungsmessern, werden kohärente Lichtimpulse aus­ gesendet, die von angepeilten Zielen auf den Entfernungs­ messer zurückreflektiert werden. Aus der Zeit, die zwischen Aussenden des Laser-Lichtimpulses und dem Wiederauftreffen des reflektierten Laser-Lichtimpulses auf der Empfangs­ vorrichtung des Laserentfernungsmessers vergeht, wird von einer nachgeschalteten Elektronik die Entfernung des an­ gepeilten Zieles berechnet. Zur Durchführung dieser Berech­ nung wird nach dem bekannten Stand der Technik mit dem Aus­ senden eines Laser-Lichtimpulses mindestens ein Zähler gestartet. Dieser Zähler akkumuliert die Zahl von Zeit­ intervallen, die bis zum Eintreffen eines vom Ziel reflek­ tierten Lichtimpulses vergehen. Mit dem Eintreffen des Licht­ impulses wird der Zähler gestoppt. Für den Fall, daß mehrere, von verschiedenen Zielen reflektierte Lichtimpulse auf der Empfangsvorrichtung des Laserentfernungsmessers eintreffen, können mehrere, mit Aussenden der Lichtimpulse gestartete Zähler nacheinander gestoppt werden. Ein derartiges Meß­ verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist veröffentlicht in "Laser Handbook", Volume 2, edited by F.T. Arecchi und E.O. Schulz-Dubois, North-Holland Publishing Company, Seiten 1783-1787.

Nachteilig bei diesem bekannten Stand der Technik ist, daß die Verwendung der konventionellen Zählerbausteine erfordert, die abzuspeichernden Zählerzwischenwerte mit der vollen Auf­ lösung des Zählers (beispielsweise 16 bit) in einen Speicher zu schreiben. Die Übernahme der Zählerzwischenwerte in den Speicher muß dann innerhalb eines Taktzyklus des Zählers erfolgen. Wegen des hohen Aufwandes für die Schaltung ver­ zichtet man zumeist auf die Möglichkeit zur Speicherung aller möglichen Zählerzwischenstände und beschränkt sich auf die Speicherung von zwei oder drei Zählerwerten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zähler für Laserentfernungsmesser zu realisieren, der die Erfassung sämtlicher in einem Meßzyklus vorkommenden Entfernungssignale ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das darin besteht, daß die Dauer eines Meßzyklus vorgegeben wird, daß ein Meßzyklus in Zeitintervalle eingeteilt wird, daß jedem Zeitintervall ein Speicherplatz in einem digitalen Speicher zugeordnet wird, daß ein von einem Ziel reflektierter Licht­ impuls bei seinem Auftreffen auf die Meßvorrichtung in einen Logikimpuls umgewandelt und dem präsenten Zeitintervall als Logikpegel zugeordnet wird, daß jedem Zeitintervall, in dem kein Lichtimpuls auftritt, ein entsprechend komplementärer Logikpegel zugeordnet wird, daß für jedes Zeitintervall der ihm zugeordnete Logikpegel gespeichert wird, und daß die in den Speicherplätzen als Logikpegel gespeicherten Ereignisse mit einer Signalauswerteelektronik ausgelesen und weiter­ verarbeitet werden.

Bei einer zweckmäßigen Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens ist ein Oszillator als Taktgeber mit dem Takteingang eines seriellen, digitalen Speichers verbunden, vor dem Speicher ist ein optischer Empfänger angeordnet, welcher auftreffende Lichtimpulse in Logikimpulse wandelt, am seriellen, digitalen Speicher ist ein zweiter Eingang für die Logikimpulse vorgesehen und der Ausgang des seriellen, digitalen Speichers ist mit einem Mikroprozessor verbunden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß sie die Realisierung eines Zählerkonzeptes mit der Möglichkeit zur Speicherung aller möglichen Zähler­ zwischenstände mit geringerem elektronischen Aufwand zuläßt, als dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Erfindungs­ gemäß kann auf einen addierenden Zählerbaustein völlig ver­ zichtet werden und statt dessen der Takt des Oszillators direkt in den seriellen Speicher geschrieben werden, und zwar codiert mit der Information, ob ein Ergebnis stattgefunden hat oder nicht. Da diese Information in einem einzigen Bit untergebracht werden kann, ist nur eine um die Zähler­ auflösung reduzierte Speichertiefe notwendig. Die Erfindung läßt sich deshalb mit großem Vorteil insbesondere bei der Entfernungsmessung zu diffus-reflektierenden Gegenständen im Freien verwenden, da alle meßbaren Entfernungswerte fest­ gehalten und zur Anzeige gebracht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Konzeptes des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein Blockdiagramm für die Vorrichtung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der Darstellung der Fig. 1 ist gezeigt, daß ein Meßzyklus von vorgegebener Dauer in Zeitintervalle, beispielsweise 10, unterteilt wird. Diesen Zeitintervallen, die mit a-k bezeich­ net sind, kann entsprechend der Laufzeit der Lichtimpulse eine Entfernung zugeordnet werden, beispielsweise von 10- 100 m. Wenn in einem Zeitintervall ein Ereignis in Form eines auftreffenden reflektierten Lichtimpulses eintritt, wird dieses als Ja-Information (1) bzw. als Logikpegel gespei­ chert. Wenn in einem Zeitintervall kein Ereignis auftritt, so wird in diesem betreffenden Zeitintervall die Information Nein (0) bzw. ein komplementärer Logikpegel gespeichert.

Aus der Darstellung der Fig. 2 ergibt sich der Ablauf eines Meßzyklus. Der vom Laserentfernungsmesser ausgesandte Licht­ impuls löst den Meßvorgang aus. Die Länge der Zeitintervalle wird durch einen stabilen Oszillator (8) bestimmt, dessen Taktfrequenz dem Speicher (3) eingegeben wird. Ein optischer Empfänger (4) wandelt die auftreffenden, vom angepeilten Ziel reflektierten Lichtimpulse in Logikimpulse um, die in den Dateneingang (5) des Speichers (3) eingespeist werden. Mit jedem in den Takteingang (2) eingegebenen Taktimpuls wird der auf der Signalleitung vorliegende Logikpegel in den Speicher (3) geschrieben. Eine nicht eingezeichnete, an sich bekannte Signalverarbeitungselektronik sorgt dafür, daß die Zeitdauer eines Logikimpulses in etwa der Länge eines Zeitintervalls entspricht. Die im Speicher (3) gespeicherten Informationen werden mit einer Signalauswertungselektronik, beispielsweise einem Mikroprozessor (7), ausgelesen und weiterverarbeitet bzw. zur Anzeige gebracht.

Claims (4)

1. Verfahren zum Messen von Entfernungen, bei dem Licht­ impulse auf ein entferntes Ziel gesendet und die Laufzeit eines vom getroffenen Ziel auf eine Meßvorrichtung reflektierten Lichtimpulses gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Dauer eines Meßzyklus vorgegeben wird,
• - ein Meßzyklus in Zeitintervalle eingeteilt wird,
• - jedem Zeitintervall ein Speicherplatz in einem digitalen Speicher zugeordnet wird,
• - ein von einem Ziel reflektierter Lichtimpuls bei seinem Auftreffen auf die Meßvorrichtung in einen Logikimpuls umgewandelt und dem präsenten Zeitintervall als Logikpegel zugeordnet wird,
• - jedem Zeitintervall, in dem kein Lichtimpuls auftritt, ein entsprechend komplementärer Logikpegel zugeordnet wird,
• - für jedes Zeitintervall der ihm zugeordnete Logikpegel gespeichert wird, und
• - die in den Speicherplätzen als Logikpegel gespeicherten Ereignisse mit einer Signalauswerteelektronik aus­ gelesen und weiterverarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Zeitintervalle aus der Taktfrequenz eines Oszillators bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer eines aus einem Lichtimpuls erzeugten Logikimpulses der Länge eines Zeitintervalls angepaßt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Oszillator (8) als Taktgeber mit dem Takteingang (2) eines seriellen, digitalen Speichers (3) verbunden ist,
daß vor dem Speicher (3) ein optischer Empfänger (4) angeordnet ist, welcher auftreffende Lichtimpulse in Logikimpulse wandelt und diese auf den Takt synchroni­ siert,
daß am seriellen, digitalen Speicher (3) ein Dateneingang (5) für die Logikimpulse vorgesehen ist und
daß der Ausgang (6) des seriellen, digitalen Speichers (3) mit einem Mikroprozessor (7) zur Signalauswertung verbunden ist.