DE19643287A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung von Entfernungsmeßgeräten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung von EntfernungsmeßgerätenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung von
Entfernungsmeßgeräten entsprechend den Merkmalen im Oberbegriff der
Ansprüche 1 und 2.
Entfernungsmeßgeräte der genannten Art sind als Handmeßgeräte im Handel.
Ihr Entfernungsmeßbereich beträgt einige 10 m und sie werden hauptsächlich in
der Bauvermessung, z. B. zum 3-dimensionalen Vermessen von Räumen
eingesetzt. Der Sender emittiert eine intensitätsmodulierte Strahlung. Meist
werden Wellenlängen im sichtbaren Bereich verwendet, was die Anzielung der
Meßpunkte erleichtert. Die Strahlung wird vom Meßobjekt reflektiert bzw.
gestreut und vom Empfänger aufgenommen. Aufgrund der Phasenlage der
modulierten Strahlung gegenüber dem Sender ergibt sich die Entfernung zum
Meßobjekt.
Es ist bekannt, daß die Meßgenauigkeit dieser Entfernungsmeßgeräte stark von
Umwelteinflüssen und gerätebedingten Einflüssen bestimmt wird.
Beispielsweise wirken sich wechselnde Umgebungstemperaturen, der große
Dynamikbereich der Reflexion des beleuchteten Meßobjekts, aber insbesondere
eine bauteilbedingte Temperaturdrift der Elektronik auf die Entfernungsmessung
aus. Um diese Einflüsse zu verringern wird eine geräteinterne Referenzstrecke
bekannter Länge zur Kalibrierung verwendet.
Aus der DE 40 02 358 C1 ist ein Abstandsmeßgerät bekannt, das eine
Sendeeinrichtung mit zwei elektronisch komplementär schaltbaren Laserdioden
enthält. Die eine Laserdiode schickt ihre Lichtwellenzüge auf die Meßstrecke,
die andere auf die Referenzstrecke. Beide Lichtwellenzüge werden vom
gleichen Fotoempfänger abwechselnd empfangen.
In der CH 589 856 A5 wird eine elektrooptische Distanzmeßeinrichtung
beschrieben, die ebenfalls nach dem Phasenmeßprinzip arbeitet. Die von einer
LED emittierte modulierte Strahlung wird an einem ersten Strahlenteiler
aufgeteilt und auf einen Meßweg und auf einen Kurzweg geschickt. Im
Strahlengang des Kurzweges befindet sich ein weiterer Strahlenteiler, der einen
Teil dieser Strahlung auf einen Referenzempfänger führt. Der andere Teil dieser
auf dem Kurzweg befindlichen Strahlung wird mit Hilfe einer steuerbaren Blende
wechselweise mit der über den Meßweg kommenden Strahlung auf einen
Meßempfänger gerichtet, so daß dieser abwechselnd ein Kalibrier- und
Meßsignal empfängt. Diese beiden Signale werden jeweils gegen das im
Referenzempfänger erzeugte Bezugssignal gemessen, wodurch die
gegenseitige Beeinflussung von Sende- und Empfangselektronik vermindert
und eine Entkopplung erreicht wird.
In der DE 43 16 348 A1 wird eine Vorrichtung zur Distanzmessung beschrieben,
bei der mit Hilfe einer schaltbaren Strahlenumlenkeinrichtung eine interne
Referenzstrecke erzeugt wird. Dabei wird die Strahlenumlenkeinrichtung um
eine Achse motorisch in den Meßlichtstrahlengang eingeschwenkt, wo sie das
Meßlichtjetzt als Referenzlicht zur Kalibrierung auf die Empfangseinrichtung
lenkt. Durch die mechanische Umschaltung der Strahlenumlenkeinrichtung
gelangen somit Referenzlicht und Meßlicht abwechselnd auf die Empfangs
einrichtung. Diese Umschaltung kann während eines Entfernungsmeß
vorganges mehrmals erfolgen.
In den genannten Schriften zum Stand der Technik wird die aufgewendete
Meßzeit aufgrund der zeitlich nacheinander erfolgenden Messung von Meß- und
Referenzstrahlung für die Entfernungsbestimmung nicht optimal ausgenutzt.
Dies gilt sowohl für die Distanzmeßgeräte mit einer mechanischen
Umschaltvorrichtung als auch für die mit einer komplementären elektronischen
Umschaltung zweier Senderdioden. So ist während des Empfangs der
Meßstrahlung eine Detektion der Referenzstrahlung durch den Meßempfänger
nicht möglich und umgekehrt.
Weiterhin verändern sich während der Meßzeit, also auch noch während der
einzelnen Zeitbereiche der Detektion von Meß- und Referenzstrahlung, die
Driftzustände der elektronischen Bauteile. Alle elektronischen Bauteile und
Leitungen bewirken im Signalpfad eines optischen Entfernungsmeßgerätes
Signalverzögerungen. Diese sind nicht nur statischer Natur sondern sie ändern
sich auch zeitlich, insbesondere aufgrund der Temperatur der elektronischen
Bauteile. Neben Temperaturänderungen der Umgebung ist hauptsächlich die
Eigenerwärmung der Elektronik, hier vor allem der Senderelektronik, für die Drift
der Signale verantwortlich. Ein Phasenmesser registriert diese
Signalverzögerungen als Phasenverschiebungen, die zusätzlich zu der
eigentlich zu bestimmenden entfernungsabhängigen Phasenverschiebung
hinzukommen.
Besonders ausgeprägt ist dieser Effekt direkt nach dem Einschalten des
Entfernungsmeßgerätes, da in diesem Zustand die Temperaturänderungen der
elektronischen Bauteile durch ihre Eigenerwärmung am größten sind. Dadurch
kommt es zu besonders großen Signalverzögerungen, die eine
Phasenverschiebung der Signale und somit Fehler in der Entfernungsmessung
bewirken. Aber gerade für batteriebetriebene Handmeßgeräte besteht die
Forderung, daß sofort nach Einschalten des Gerätes mit der spezifizierten
Genauigkeit gemessen werden soll. Durch mehrmaliges Umschalten zwischen
Meß- und Referenzstrahlung während einer Messung wird die thermische Drift
der Elektronik zu einem Teil kompensiert. Eine hohe Meßgenauigkeit bei kurzen
Meßzeiten unmittelbar nach dem Einschalten des Geräts wird dabei allerdings
nicht erreicht.
Zudem sind die Geräte so eingerichtet, daß sich am Ende einer
Entfernungsmessung nach einer kurzen Wartezeit zumindest die
Hochfrequenzelektronik des Senders automatisch abschaltet, da diese
besonders viel elektrische Energie verbraucht. Durch die automatische
Abschaltung wird der Akkumulator des Handmeßgerätes geschont. Bei einer
erneuten Meßanforderung schaltet sich das Gerät dann automatisch wieder ein,
wobei sich die damit verbundenen thermischen Driftprobleme, wie oben
geschildert, wiederholen.
Einen weiteren Anteil zur Meßungenauigkeit liefert auch die üblicherweise als
Meßempfänger eingesetzte Avalanche-Fotodiode. Diese besitzt zwar den Vorteil
einer hohen Verstärkung, dafür muß aber eine hohe, von der Temperatur der
Diode abhängige Arbeitsspannung in Kauf genommen werden. Da jedoch die
Arbeitsspannung in Abhängigkeit von der Diodentemperatur nachgeregelt
werden muß, verändert sich zwangsläufig auch die Phasenlage des
Empfangssignals und damit der Meßwert der Entfernung.
Schließlich ergeben sich bei mechanischen Mehrfachumschaltungen während
eines Meßvorganges hohe mechanische Beanspruchungen und somit eine
hohe Abnutzung der bewegten Teile. Entsprechend aufwendige Konstruktionen
bedeuten andererseits wiederum hohe Herstellkosten und meistens ein großes
Gewicht und Volumen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei der optoelektronischen
Entfernungsmessung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung
anzugeben, mit denen hohe Entfernungsmeßgenauigkeiten bei kurzen
Meßzeiten und insbesondere unmittelbar nach Einschalten des Geräts erzielt
werden, die Zuverlässigkeit des Geräts erhöht wird und mit denen eine einfache
und kompakte Konstruktion mit niedrigen Herstellkosten ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 (Verfahren) und des Anspruchs 2 (Vorrichtung) angegebenen Merkmale
gelöst.
Erfindungsgemäß wird aus dem Senderstrahlengang des
Entfernungsmeßgeräts permanent ein Teil der hochfrequent modulierten
Senderstrahlung ausgekoppelt und über eine als Kalibrierstrecke dienende
interne Referenzstrecke einem Referenzempfänger, z. B. einer PIN-Diode,
zugeführt. Diese ist mit einem Frequenzmischer verbunden. Dieser
Frequenzmischer wiederum ist direkt mit der als Meßempfänger der
Meßstrahlung eingesetzten Avalanche-Fotodiode verbunden. In diese
Verbindung wird ein hochfrequentes elektrisches Signal, das als
Mischerfrequenz bezeichnet werden soll, eingekoppelt. Diese Mischerfrequenz
wird somit einerseits über den Frequenzmischer mit dem hochfrequenten
Modulationssignal der von dem Referenzempfänger empfangenen
Referenzstrahlung gemischt, wodurch ein niederfrequentes Kalibriersignal
entsteht. Andererseits wird die Mischerfrequenz mit dem hochfrequenten
Modulationssignal der von der Avalanche-Fotodiode empfangenen
Meßstrahlung gemischt, wodurch ein niederfrequentes Meßsignal entsteht. Die
Avalanche-Fotodiode stellt dabei einen sogenannten Direktmischer dar. Das
niederfrequente Kalibrier- und das niederfrequente Meßsignal werden der
Phasenmessung zugeführt. Dabei können zwei separate Phasenmesser zur
gleichzeitigen Phasenmessung eingesetzt werden. Die Phasenmessung ist aber
auch mit nur einem Phasenmesser durch sukzessives Messen möglich.
Entscheidend ist, daß durch die Verbindung zwischen dem dem
Referenzempfänger zugeordneten Frequenzmischer und der Avalanche-Foto
diode sich die Signalverzögerungen, die sich aufgrund der variierenden
Arbeitsspannung der Avalanche-Fotodiode ergeben, gleichermaßen auf das
niederfrequente Kalibrier- und Meßsignal auswirken. Damit wird exakt dieselbe
Phasenverschiebung bei dem niederfrequenten Kalibrier- und Meßsignal
hervorgerufen und tritt deshalb bei der Phasenmessung mit Subtraktion der
Meß- und Kalibrierphase nicht mehr auf.
Im Detail weisen Avalanche-Fotodioden gegenüber anderen Fotodioden eine
etwa 100fach höhere Verstärkung und somit eine entsprechend hohe
Empfindlichkeit auf. Sie benötigen dafür im Betrieb eine sehr viel höhere und
temperaturabhängige Arbeitsspannung. Deswegen müssen Avalanche-Foto
dioden mit variabler, von der Temperatur abhängigen Vorspannung
betrieben werden. Dies hat zur Folge, daß sich die Kapazität einer Avalanche-Foto
diode mit der variierenden Vorspannung verändert, wodurch unerwünschte
Phasenverschiebungen hervorgerufen werden. Diese Phasenverschiebungen
sind jedoch sowohl für das von der Avalanche-Fotodiode gelieferte
niederfrequente Meßsignal als auch für das niederfrequente Kalibriersignal
wegen der Verbindung zwischen Frequenzmischer und Avalanche-Fotodiode
gleich groß. Somit ist die temperaturabhängig variierende Vorspannung der
Avalanche-Fotodiode als Fehlerquelle für den aus der Phasenmessung
ermittelten Entfernungswert eliminiert.
Ebenso werden auch die Temperaturdriften des Senders, insbesondere der
Senderdiode und der zugehörigen Treiberelektronik kurz nach dem Einschalten
des Geräts durch den erfindungsgemäßen Kalibriervorgang kompensiert. Die
Detektion von Meß- und Referenzstrahlung erfolgt zeitgleich, indem ständig ein
Teil der Senderstrahlung des Referenzempfängers zugeführt wird. Diese
Zuführung kann beispielsweise durch Auskoppeln der Referenzstrahlung
mittels eines teildurchlässigen Spiegels aus dem Senderstrahlengang erfolgen.
Die ausgekoppelte Strahlung gelangt über die Referenzstrecke auf den
Referenzdetektor. Dabei kann auch immer eine ausreichende Intensität der zum
Meßobjekt führenden Meßstrahlung gewährleistet werden, da mit Hilfe der
heutigen leistungsstarken Halbleiterlaser als Sender die Stärke ihrer
Strahlungsemission entsprechend geregelt werden kann.
Dadurch, daß Referenz- und Meßstrahlung nicht zeitlich hintereinander sondern
zeitgleich empfangen werden und ihre gegenseitige Phasenlage gemessen
wird, kalibriert sich eine Drift des Senders bei der Differenzbildung der Phasen
heraus.
Insgesamt wird durch diese opto-elektronische Kalibrierung die Genauigkeit der
Entfernungsmessung erhöht, und zwar unter den Anforderungen, daß nur kurze
Meßzeiten zugelassen sind und daß sofort nach Einschalten des Geräts die
erhöhte Meßgenauigkeit erreicht wird. Außerdem werden im Vergleich zu den
herkömmlichen sukzessiven Meßmethoden die Meßzeiten auf etwa auf die
Hälfte verkürzt, da Umschaltvorgänge entfallen. Auch die Gerätezuverlässigkeit
wird durch die Erfindung verbessert, da keine mechanisch beweglichen Bauteile
notwendig sind. Darüber hinaus wirkt sich der Wegfall der mechanischen
Umschaltvorrichtung durch geringeres Gewicht und Volumen für ein
Handmeßgerät positiv aus. Ebenso sind auch die damit verbundenen
niedrigeren Herstellkosten von Vorteil. Schließlich ist mit den kurzen Meßzeiten
eine deutlich größere Anzahl von Messungen bei einer vorgegebenen
Akkumulatorladung möglich.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Erfindungsgegenstandes und
Fig. 2 eine Kombination des Erfindungsgegenstandes mit einer
herkömmlichen mechanischen Umschaltung.
In Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Entfernungsmeßgerät
dargestellt. Die vom Sender 1 emittierte und von einer Kollimationsoptik 10
kollimierte optische Strahlung wird durch einen Strahlenteiler 11 in ein
Meßstrahlenbündel und in eine Referenzstrahlenbündel aufgeteilt. Die
Meßstrahlung gelangt zu einem Meßobjekt, dessen Entfernung bestimmt
werden soll. Die vom Meßobjekt reflektierte oder gestreute Strahlung wird in
üblicher Weise über eine Empfangsoptik 15 auf einen Meßempfänger 2 geleitet.
Die Referenzstrahlung wird nach Durchlaufen eines Referenzweges 14, der
über den Strahlenteiler 11, einen Umlenkspiegel 12 und eine Optik 13 führt, von
einem Referenzempfänger 3 empfangen. Der Referenzweg 14 stellt die
optische Kalibrierstrecke des Entfernungsmeßgerätes dar. Selbstverständlich
kann der Referenzweg 14 je nach Platzverhältnissen im Gerät auch anders
gestaltet und beispielsweise der Referenzempfänger 3 direkt dem Strahlenteiler
11 nachgeordnet werden. Als Referenzempfänger 3 wird vorzugsweise eine
PIN-Diode eingesetzt. Die elektrischen Signale des Referenzempfängers 3
werden an einen Frequenzmischer 4 weitergeleitet. Wird statt der PIN-Diode als
Referenzempfänger 3 eine Avalanche-Fotodiode eingesetzt und diese als
Direktmischer betrieben, so ersetzt sie zugleich den Frequenzmischer 4.
Dem Sender 1 wird eine hochfrequente Modulationsfrequenz aufgeprägt, mit
der die emittierte Strahlung intensitätsmoduliert wird. Mit einer ähnlich großen
Frequenz als Mischerfrequenz werden gleichzeitig über eine elektrische
Verbindungsleitung 5 der Meßempfänger 2 und der Frequenzmischer 4
versorgt. Dabei wird als Meßempfänger 2 eine Avalanche-Fotodiode eingesetzt,
die als Direktmischer betrieben wird und die über einen Vorwiderstand 6 an
einer variablen Vorspannung Uv liegt.
Die Mischung der vom Meßempfänger 2 empfangenen Meßsignale mit den
Signalen der Mischerfrequenz führt zu einem niederfrequenten Signal NF-MESS.
Die bei der Mischung - oder mathematisch gesehen einer Multiplikation - der
Signale ebenfalls entstehenden hochfrequenten Signalanteile werden mit
üblichen Filtern ausgefiltert. Zugleich werden die Signale der Mischerfrequenz
auch mit den von dem Referenzempfänger 3 empfangenen Referenzsignalen
im Frequenzmischer 4 gemischt und führen zu einem niederfrequenten Signal
NF-CAL. Die gegenseitige Phasenlage von NF-MESS und NF-CAL wird mit Hilfe
je eines Phasenmessers gleichzeitig gemessen. Es wird die Phasendifferenz
dieser niederfrequenten Signale gebildet, woraus sich die Entfernung zum
Meßobjekt ergibt.
Erfindungsgemäß sind der Meßempfänger 2 und Mischer 4 über die
Verbindungsleitung 5, die mit der hochfrequenten Mischerfrequenz beaufschlagt
wird, elektrisch miteinander verbunden. Dies hat den entscheidenden Vorteil,
daß die vom Meßempfänger 2 erzeugten unerwünschten
Phasenverschiebungen, die unvermeidbar aufgrund der temperaturabhängigen
Spannungsnachführung der Vorspannung Uv entstehen, gleichzeitig und in
gleichem Ausmaß die Signale NF-MESS und NF-CAL beeinflussen. Dadurch
werden bei der Differenzbildung dieser beiden Signale die unerwünschten
Phasenverschiebungen durch den Meßempfänger 2 vollständig ausgeglichen.
Somit wird letztlich mit Hilfe der Verbindungsleitung 5 gemäß der
Schaltungsanordnung in Fig. 1 eine sehr genaue Kalibrierung für die
Entfernungsmessung ermöglicht.
Darüber hinaus werden zugleich auch die Driften des Senders 1 und seiner
Treiberelektronik aufgrund des zeitgleichen Empfangs der Referenz- und
Meßstrahlung während der laufenden Entfernungsmessung kompensiert. Somit
ist die Phasendifferenz von Referenz- und Meßstrahlung unabhängig von der
Drift des Senders 1. Die Phasendifferenz enthält im wesentlichen nur noch die
Entfernungsinformation.
Mit dieser opto-elektronischen Kalibrierung erhöht sich die
Entfernungsmeßgenauigkeit des Geräts bei kurzen Meßzeiten und kurz nach
Einschalten des Geräts im Vergleich zu der Kalibrierung mit mechanischer
Umschaltung deutlich. Zudem sind Gewicht und Kosten verringert, die
Zuverlässigkeit des Geräts erhöht und eine größere Anzahl von Messungen mit
nur einer Akkuladung möglich.
Für den Sender 1 ist gemäß Fig. 1 eine Laserdiode mit einer nach vorn
gerichteten Strahlungsemission eingesetzt. Statt dessen können auch
kommerziell erhältliche Laserdioden verwendet werden, die ihre Strahlung
zugleich in zwei entgegengesetzte Richtungen emittieren. Dabei läßt sich die
nach vorn gerichtete Strahlung als Meßstrahlung und die rückwärts gerichtete
Strahlung als Referenzstrahlung nutzen. Die Referenzstrahlung kann direkt auf
den Referenzempfänger 3 gerichtet werden. Somit braucht in diesem Fall die
Referenzstrahlung nicht aus dem Meßstrahlengang ausgekoppelt werden und
es erübrigen sich der Strahlenteiler 11 und gegebenenfalls auch der
Umlenkspiegel 12.
Weiterhin sind auch Laserdioden erhältlich, in denen zusätzlich eine
Empfangsdiode integriert ist, die die rückwärts emittierte Laserstrahlung
empfangen kann. Diese Empfangsdiode dient normalerweise zur Regelung der
Laserlichtleistung. Sie kann aber für den erfindungsgemäßen Zweck auch den
Referenzempfänger 3 darstellen. Damit wird in einem einzigen elektronischen
Baustein die Strahlungserzeugung und die Detektion der Referenzstrahlung
realisiert. Bei dieser platzsparenden und kostengünstigen Variante müssen
allerdings die Leistungsgrenzen der integrierten Empfangsdiode berücksichtigt
werden.
Eine weitere Schaltungsvariante betrifft den Frequenzmischer 4. Üblicherweise
werden die für den Sender 1 benötigte Modulationsfrequenz und die für den
Meßempfänger 2 und den Frequenzmischer 4 benötigte Mischerfrequenz durch
einen fest eingestellten und einen steuerbaren Quarzoszillator und mit Hilfe
eines Frequenzmischers erzeugt. Dieser Frequenzmischer kann identisch sein
mit dem Frequenzmischer 4. In einem solchen Fall regeln die Phasenmesser
automatisch stets die Differenz aus der Phase der Modulationsfrequenz und der
Phase der Mischerfrequenz auf einen konstanten Wert. Wird dieser Wert durch
eine Kalibrierung bei der Gerätefertigung ermittelt und im Gerät abgespeichert,
so kann einer der beiden Phasenmesser entfallen. Somit kann die
kontinuierliche, zeitgleiche opto-elektronische Kalibrierung während der
Distanzmessung sogar mit nur einem Phasenmesser durchgeführt werden.
Weiterhin kann für eine weitere Ausgestaltungsvariante eine zusätzliche LED
eingesetzt werden, mit deren Hilfe zu Beginn einer jeden Entfernungsmessung
der Meßempfänger 2 mit einer bekannten Lichtintensität beleuchtet wird. Damit
kann der Arbeitspunkt des Meßempfängers 2 eingestellt werden, d. h. es wird die
Vorspannung Uv der als Meßempfänger 2 dienenden Avalanche-Fotodiode
eingeregelt. Dazu wird mit den im Entfernungsmeßgerät bereits vorhandenen
und erfindungsgemäßen Mitteln die zusätzliche LED niederfrequent moduliert,
um vom Hintergrundlichtpegel unabhängig zu sein, die modulierte Lichtemission
vom Meßempfänger 2 gemessen und damit die Vorspannung Uv eingeregelt.
Dieser Vorgang läuft innerhalb weniger Millisekunden ab, wodurch die gesamte
Meßzeit nur unerheblich beeinflußt wird. Vorteilhafterweise liefert diese
anfängliche Einregelung der Vorspannung Uv auf ihren Arbeitspunkt bei jeder
Entfernungsmessung einen zusätzlichen Beitrag zur Verbesserung der
Meßgenauigkeit. Darüber hinaus kann sogar die sonst grundsätzliche
Bestimmung des spezifischen Temperaturkoeffizienten einer jeden
Avalanche-Fotodiode entfallen.
Schließlich kann der Erfindungsgegenstand auch mit einem aus dem Stand der
Technik bekannten Entfernungsmeßgerät kombiniert und verbunden werden.
Fig. 2 zeigt schematisch eine solche Kombination der erfindungsgemäßen opto
elektronischen Kalibrierung mit einer herkömmlichen Kalibrierung mit
Strahlumschaltung. Dabei kann die Meßstrahlung mit Hilfe der
Strahlumschaltvorrichtung 20a, 20b über einen Strahlenteiler 12' und einen Spiegel
21 direkt auf den Meßempfänger 2 gelangen. Die Strahlumschaltvorrichtung
20a, 20b kann wie in Fig. 2 dargestellt mechanisch ausgeführt sein. Natürlich ist
auch eine elektro-optische Ausführung möglich, z. B. mit Hilfe von Kerrzellen. Mit
Hilfe der Strahlumschaltvorrichtung 20a, 20b wird somit alternierendem Kalibrier- und
Meßsignal vom Meßempfänger 2 erzeugt, wobei beide Signale von den
bereits beschriebenen Vorteilen der Verbindung 5 profitieren, und zugleich liegt
auch das opto-elektronische Kalibriersignal des Referenzempfängers 3 vor.
Insgesamt wird durch diese zweifache Kalibrierung die Meßgenauigkeit noch
weiter gesteigert und übertrifft die Meßgenauigkeiten der Meßgeräte mit jeweils
der einzelnen Kalibrierart. Für die Kombination und Verbindung der beiden
Kalibrierarten müssen dann allerdings wieder lange Meßzeiten und ein
aufwendigeres Meßinstrument in Kauf genommen werden.
Claims (8)
1. Verfahren zur Kalibrierung von Entfernungsmeßgeräten mit einem Sender
(1), der eine hochfrequent modulierte optische Strahlung emittiert und ein
Meßobjekt beleuchtet, und mit einem Meßempfänger (2) und einem
Referenzempfänger (3), wobei die Entfernungsmessung nach dem
Phasenmeßprinzip erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß stets ein Teil der
vom Sender (1) emittierten Strahlung zur Kalibrierung verwendet wird und
eine interne Referenzstrecke (14) als Kalibrierstrecke durchläuft, sodann im
Referenzempfänger (3) nachgewiesen wird und gleichzeitig mit der vom
Meßobjekt reflektierten und im Meßempfänger (2) detektierten Strahlung zur
Entfernungsbestimmung ausgewertet wird, und daß als Meßempfänger (2)
eine Avalanche-Fotodiode verwendet wird, deren Vorspannung Uv mit einer
hochfrequenten Mischerfrequenz überlagert wird, die zugleich auch auf einen
mit dem Referenzempfänger (3) verbundenen Frequenzmischer (4) gegeben
wird, und daß die gegenseitige Phasenlage des im Frequenzmischer (4)
erzeugten niederfrequenten Kalibriersignals (NF-CAL) und des in der
Avalanche-Fotodiode erzeugten niederfrequenten Meßsignals (NF-MESS)
bestimmt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem
Sender (1), der eine hochfrequent modulierte optische Strahlung emittiert und
ein Meßobjekt beleuchtet, einem Meßempfänger (2), der die vom Meßobjekt
reflektierte Strahlung detektiert, und einem Referenzempfänger (3),
gekennzeichnet durch eine interne Referenzstrecke (14), die als
Kalibrierstrecke dient und über die stets ein Teil der vom Sender (1)
emittierten Strahlung auf den Referenzempfänger (3) gelenkt wird, und durch
eine Verbindung (5) zwischen einem die elektrischen Signale des
Referenzempfängers (3) empfangenden Frequenzmischer (4) und einer als
Meßempfänger (2) dienende Avalanche-Fotodiode, wobei in die Verbindung
(5) eine hochfrequente Mischerfrequenz eingespeist wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenz
empfänger (3) eine PIN-Fotodiode eingesetzt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Referenzempfänger (3) im Sender (1) integriert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenz
empfänger (3) eine als Direktmischer betriebene Avalanche-Fotodiode
eingesetzt ist, wodurch der Frequenzmischer (4) ersetzt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Frequenzmischer (4) zugleich auch als Mischer zur Erzeugung der
Mischerfrequenz und der Modulationsfrequenz des Senders (1) vorgesehen
ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Arbeitspunktermittlung des Meßempfängers (2) eine separate,
niederfrequent modulierte LED vorgesehen ist, die zu Beginn einer jeden
Entfernungsmessung den Meßempfänger (2) mit einer bekannten
Lichtintensität für eine sehr kurze Zeit beleuchtet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Strahlumschaltvorrichtungen (20a, 20b) vorgesehen ist, die so
eingestellt werden kann, daß die Strahlung des Senders (1) statt zum
Meßobjekt direkt auf den Meßempfänger (2) gelangt.
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