DE68925241T2

DE68925241T2 - Verzögerungszeitmessgerät

Info

Publication number: DE68925241T2
Application number: DE68925241T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Ohishi; Fumio Ohtomo
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1989-06-27
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2009-06-28
Also published as: JPH0277672A; EP0348900A3; US4942561A; EP0348900B1; JP2909742B2; DE68925241D1; EP0348900A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät für eine Verzögerungszeit, und insbesondere ein Verzögerungszeit-Meßgerät, das für die Verwendung mit einem optischen Entfernungsmeßgerät geeignet ist, um eine Zeit zu messen, die Licht für die Reflektion und Wiederkehr benötigt, und eine Entfernung zwischen einem Grundkörper des Gerätes und einem Objekt zu berechnen.
Ein konventionelles Verzögerungszeitmeßgerät (Gerät zum Messen eines Zeitintervalls) mißt ein Zeitintervall zwischen einem Startsignal und einem Stopsignal durch Zählen von Taktsignalen eines Bezugssignals einer sehr hohen Frequenz, verglichen mit diesen Signalen. Mit einem Meßgerät für ein Zeitintervall eines solchen konventionellen Typs wird, wenn die Frequenz des Bezugssignals erhöht wird, eine Zeitmessung hoher Auflösung ermöglicht, jedoch besteht eine Begrenzung der Frequenz des Bezugssignals infolge der Beschränkungen der elektrischen Teile und der Beschränkungen des Schaltungsaufbaus. Somit wird das Zeitintervall zwischen einem Startsignal und dem Stopsignal mit einer Mehrzahl von Zeiten gemessen, unter Verwendung eines Bezugssignals, das mit diesen Signalen nicht synchronisiert ist. Insbesondere werden, wenn eine Mehrzahl von Startsignalen und Stopsignalen in fester Beziehung wie in Fig. 5 untersucht werden, Taktsignale für jede Messung um einen Betrag gegeneinander versetzt, der einem Betrag außerhalb des Synchronismus entspricht. Werden daher N Messungen durchgeführt, während die Taktsignale CL1 bis CL5 zwischen einem Startsignal und einem Stopsignal mit Hilfe eines Zählwerks gezählt werden, ist die Gesamtzahl ΣCL gleich dem Wert einer Zählung, wenn eine Messung einmal durchgeführt wird, mit Taktimpulsen einer Frequenz von N-mal der Frequenz der Taktsignale CL1 bis CL5. Dementsprechend bedeutet dies ein N-faches Erhöhen der Auflösung.
Es ist jedoch ein Zeitintervallmeßgerät der konventionellen Art erforderlich, und eine Messung N-mal zu wiederholen, um die Auflösung um das N-fache zu erhöhen. Insbesondere bedeutet dies, daß N-mal eine Wiederholungszeit eines Meßsignals für eine Zeit der Messung erforderlich ist, und wenn beabsichtigt ist, beispielsweise ein Zeitintervall zwischen einem Startsignal und einem Stopsignal zu messen, das eine Frequenz von 1,5 KHz hat, mit einer Auflösung von 6000 mal dem Taktsignal, ergibt sich das Problem, daß eine Zeitperiode von
6000/1.5 KHz = 4 sec
erforderlich ist. Außerdem wird mit einem Meßgerät der konventionellen Art der Zeitpunkt des Stopsignals manchmal durch ein Rauschen verändert, das innerhalb des Meßgeräts erzeugt wird, oder durch einen externen Faktor wie ein Meßobjekt, und es gibt ein anderes Problem, daß ein Durchschnittseffekt über derartige Variationen nicht ausreichend erzielt werden kann. Insbesondere, wo ein konventionelles Zeitintervallmeßgerät für die optische Messung einer Entfernung verwendet wird, wird ein Stopsignal in Antwort auf einen von einem Objekt reflektierten Lichtstrahl erzeugt, jedoch ist ein solches Stopsignal manchmal durch Rauschen innerhalb des Gerätes und durch eine Änderung im Brechungsindex der Luft verändert. Übrigens, wenn angenommen wird, daß das Stopsignal um Δt gemäß Fig. 5 geändert wird, tragen die Taktsignale CL4 und CL5 zu dem oben beschriebenen Durchschnittseffekt bei, jedoch tragen die Taktsignale CL1 bis CL3 zu diesem Durchschnittseffekt nicht bei. Dementsprechend sind die Taktsignale, wo ein Stopsignal verändert wird, in solche Taktsignale unterteilt, die zum Durchschnittseffekt beitragen, und andere Taktsignale, die nicht zum Durchschnittseffekt beitragen, und die Taktsignale, die nicht zum Durchschnittseffekt beitragen, verursachen keine Änderung in ΣCL. Es ergibt sich daher das Problem, daß der Durchschnittseffekt allgemein niedrig ist. Insbesondere bei Verwendung einer Impulslaserdiode als Lichtquelle eines optischen Entfernungsmeßgerätes hat sie eine Einschaltzeit von 0,01 % oder dergleichen. Es gibt daher das Problem, daß kein Durchschnittseffekt erwartet werden kann.
Ein Verzögerungszeitmeßgerät unter Verwendung grober und präziser Messungen der abgelaufenen Zeit ist in der Patentanmeldung EP-A- 0099500 beschrieben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Anspruch 2 definiert ist, und Fig. 1 ist eine Ansicht, die einen Aufbau des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigt. Fig. 2 ist eine Ansicht, die die Phasenbeziehung zwischen einem empfangenen Impuls und einem spannungsgesteuerten Oszillator zeigt. Fig. 3 ist eine Ansicht, die einen Phasendetektor zeigt. Fig. 4 ist eine Ansicht, die eine Modifikation des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigt, und Fig. 5 ist eine Ansicht, die den Stand der Technik darstellt.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispieles, wobei die vorliegende Erfindung auf ein optisches Entfernungsmeßgerät angewandt ist. Das optische Entfernungsmeßgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist aufgebaut aus einem ersten Kristalloszillator 1, einem Frequenzteiler 2, einem zweiten Kristalloszillator 3, einem optischen System (5-12), einem grob abschätzenden Zähler 14, einem Phasendetektorkreis 15, einem Tiefpaßfilter 16, einem spannungsgesteuerten Oszillator 17, einem Mixer 18, einem Bandpaßfilter 25, einem Vergleicher 26 (VCO), einem Phasenvergleichskreis 19, einer arithmetischen Einheit 20, usw. Der Phasendetektionskreis 15, das Tiefpaßfilter 16 und der spannungsgesteuerte Oszillator 17 bilden eine Rückkopplungsschleife. Der Mischer 18 mischt und detektiert ein Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 17 und ein Ausgangssignal des ersten Kristalloszillators 1, um die Frequenz des Unterschiedes zwischen ihnen zu ermitteln. Der Phasenvergleichskreis 19 vergleicht die Phasen des Ausgangssignals des Mischers 18 und des Ausgangssignals des Frequenzteilers 2 miteinander. Das Bandpaßfilter 25 und der Vergleicher 26 sind vorgesehen, um diesen Phasenvergleich zu erleichtern. Außerdem bilden der zweite Kristalloszillator 3 und der grob abschätzende Zähler eine grob abschätzende Zählvorrichtung zur Durchführung einer Grobmessung.
Im folgenden werden Lichtwege des optischen Entfernungsmeßgerätes beschrieben. Das optische System ist aufgebaut aus einer Laserdiode 5, einer ersten optischen Faser 6, einem Lichtweg-Wechselschalter 7, einem Entfernungsmeß-Lichtweg 8, einem internen Lichtweg 9, einem Objektiv 10, einer zweiten optischen Faser 11, einem lichtempfangenden Element 12 und einem Prisma 101. Das Prisma 101 wird an einem Ort installiert, der von dem Grundkörper des optischen Entfernungsmeßgerätes entfernt ist und hat die Funktion, einen Lichtstrahl zu reflektieren.
Die Laserdiode 5 hat die Form einer Impulslaserdiode und hat eine verhältnismäßig hohe Spitzenleistung, so daß sie eine Impulswelle mit einer Einschaltdauer von 0,01 % oder dergleichen erzeugen kann. Das lichtempfangende Element 12 muß nur ein Element sein, das einen Impulslichtstrahl empfangen kann, der von der Laserdiode 5 ausgesandt wird. Der Lichtwegwechselschalter 7 ist eine Wechselvorrichtung zum Wechseln des Lichtweges zwischen dem Entfernungsmeß-Lichtweg 8 und dem internen Lichtweg 9.
In dem optischen System, das den oben beschriebenen Aufbau hat, wird ein von der Laserdiode 5 emittierter Lichtstrahl in den Lichtwegwechselschalter 7 eingeführt und tritt durch die erste optische Faser 6. Wenn der Lichtwegwechselschalter 7 den Entfernungsmeß-Lichtweg auswählt, wird der Lichtimpuls von dem Grundkörper über das Objektiv 10 projiziert. Der so ausgesandte Lichtimpuls wird von dem Prisma 101, das als Objekt angeordnet ist, reflektiert. Der von dem Prisma 101 reflektierte Lichtimpuls wird in das lichtempfangende Element 12 über das Objektiv 10 und die zweite optische Faser 11 eingeführt. Diese Lichtwege bilden den Entfernungsmeß-Lichtweg 8 einschließlich der Entfernung zwischen dem Grundkörper und dem Objekt, das ein Objekt für die Messung darstellt.
Im Gegensatz dazu gibt es einen anderen Lichtweg, auf dem ein Lichtimpuls, der von der Laserdiode 5 emittiert wird, den internen Lichtweg 9 passiert und in das lichtempfangende Element 12 über die zweite optische Faser 11 eingeführt wird. Der Lichtweg ist ausgebildet, um unstabilisierende Faktoren zu entfernen, die im Inneren des Grundkörpers auftreten.
Allgemein verwendet ein optisches Entfernungsmeßgerät eine große Zahl elektronischer Teile, und da die Verzögerungszeit in solchen elektronischen Teilen leicht durch Temperaturänderungen oder dergleichen beeinflußt wird, besteht die Möglichkeit, daß in dem Grundkörper ein instabiler Zustand entsteht. Somit kann, durch die Durchführung von Messungen auf dem Distanzmeß-Lichtweg 8 und dem internen Lichtweg 9 und Auswerten der Differenz zwischen Resultaten der gemessenen Werte, jeglicher instabilisierender Faktor innerhalb des Grundkörpers des Distanzmeßgerätes beseitigt werden, der gemeinsam in den beiden Lichtwegen enthalten ist.
Im folgenden wird der Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispieles beschrieben. Der erste Kristalloszillator 8 oszilliert mit einer Frequenz f1 und das Ausgangssignal davon wird dem Frequenzteiler 2 zugeführt. Der Frequenzteiler 2 teilt die Frequenz f1, die er erhalten hat, und liefert eine Frequenz f1/n. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 2 wird an den grob abschätzenden Zähler 14 weitergeleitet und dient somit als ein Startsignal für den grob abschätzenden Zähler 14. Ferner wird das Ausgangssignal des Frequenzteilers 2 dem Laserdiodentreiber 4 zugeführt, so daß der Laserdiodentreiber 4 die Laserdiode 5 in Betrieb setzt, um Licht zu emittieren.
Ein von der Laserdiode emittierter Lichtimpuls tritt durch das optische System und wird von dem Grundkörper des Distanzmeßgerätes weg projiziert. Der so projizierte Lichtimpuls wird von dem Prisma 101 als Objekt reflektiert und in das lichtempfangende Element 12 in dem Distanzmeßgerät eingebracht. Der so empfangene Lichtimpuls wird von dem lichtempfangenden Element 12 in ein elektrisches Signal umgeformt und dann mittels eines Verstärkers 13 verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 13 wird als Stopsignal für den grob abschätzenden Zähler 14 verwendet. Der grob abschätzende Zähler 14 erhält normalerweise ein Taktsignal von dem zweiten Kristalloszillator 3 und zählt solche Takte von dem Startsignal, (Ausgangssignal des Frequenzteilers 2), bis zum Stopsignal (Ausgangssignal des Verstärkers 13). Der grob abschätzende Zähler 14 überträgt die Zähldaten auf die arithmetische Einheit 20. In der Zwischenzeit wird das Ausgangssignal (empfangener Impuls) des Verstärkers 13 auch dem Phasendetektor 15 zugeführt. Die Ausgabe des Phasendetektors 15 tritt durch das Tiefpaßfilter 16 und wird dem frequenzsteuernden Anschluß des spannungsgesteuerten Oszillators 17 zugeführt. Der Phasendetektor 15, das Tiefpaßfilter 16 und der spannungsgesteuerte Oszillator 17 bilden eine Rückkopplungsschleife, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 13 und das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 17 miteinander synchronisiert werden können. Hier ist die Schwingfrequenz f1 und f2 des spannungsgesteuerten Oszillators 17 so gewählt, daß die Gleichung
f2 = 1/n f1
erfüllt werden kann. Dann wird das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 17 dem Mixer 18 zugeführt, bei dem es mit dem Oszillationssignal f1 des ersten Kristalloszillators 1 gemischt und detektiert wird, worauf seine Wellenform durch ein Bandpaßfilter 25 und einen Vergleicher 26 geformt wird, um die Frequenz f2 zu erzeugen, die eine Frequenz gleich der Differenz zwischen diesen ist. Dann wird ein Ausgangssignal des Vergleichers 26 dem Phasenvergleichskreis 19 zugeführt, durch den es mit dem Ausgangssignal des Frequenzteilers 2 phasenverglichen wird.
Nunmehr wird die Beziehung zwischen der Übertragung und dem Empfang der Impulse und die Phasenbeziehung zwischen den Ausgängen des Vergleichers 26 und des Frequenzteilers 2 unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Zunächst wird angenommen, daß der Entfernungsmeß-Lichtweg 8 durch den Lichtwegumschalter 7 ausgewählt wird. Wenn die Zeit von der Anstiegsflanke der Ausgabe des Frequenzteilers 2 bis zum Emittieren von Licht durch die Laserdiode 5 und die Zeit, die für die Reflektion des Lichtimpulses und die Rückkehr von dem Prisma 101 benötigt wird, durch Δt dargestellt ist, dann erscheint ein Empfangsimpuls am Ausgang des lichtempfangenden Elementes 12 nach Ablauf der Zeit Δt von der Anstiegskante der Ausgabe des Frequenzteilers 2. Der spannungsgesteuerte Oszillator 17 wird mit dem Empfangsimpuls synchronisiert, so daß die Phasenbeziehung zwischen der Ausgabe des spannungsgesteuerten Oszillators 17 und der Ausgabe des lichtempfangenden Elements 12 der in Fig. 2 dargestellten entspricht. Wenn Δt durch die Ausgangsfrequenz (f1 + f2) des spannungsgesteuerten Oszillators 17 dargestellt wird, dann erhält man
Δt = k/(f1 + f2) + Δφ/2π 1/(f1 + f2)
Hier ist k eine ganze Zahl. Dabei ist Δ
0 ≤ Δ ≤ 2π
und ist eine Darstellung eines Bruchteils der Zeit, die kürzer ist als eine Periode von 1/(f1 + f2) um einen Phasenbetrag, wo 1/(f1 + f2) als eine Periode betrachtet wird.
Dann wird die Ausgabe des spannungsgesteuerten Oszillators 17 mit der Frequenz f1 des ersten Kristalloszillators 1 durch den Mixer 18 gemischt und detektiert und tritt dann durch das Bandpaßfilter 25, um eine Frequenz f2 zu bilden. Die Ausgabe des Bandpaßfilters 25 wird durch den Vergleich 26 in eine Rechteckwelle umgewandelt, um den Phasenvergleich mit der Ausgabe des Frequenzteilers 2 zu erleichtern. Hier ist die Phasendifferenz zwischen der Ausgabe des Frequenzteilers 2 und der Ausgabe des Vergleiches 26, die durch den Phasenvergleichskreis 19 phasenverglichen werden sollen, gleich Δ der obigen Gleichung.
Dementsprechend sollten zum Zweck der Messung von Δt, die Größen k und Δ der obigen Gleichung detektiert werden.
Wenn beispielsweise f1 = 15 Mhz und N = 5000, ist f2 gegeben durch
und die Schwingfrequenz f1 + f2 des spannungsgesteuerten Oszillators 17 ist gegeben durch f1 + f2 = 15.003 MHz. In diesem Fall wird Δ ausgedehnt auf
15.003 MHz/3 KHz = 5.001+mal
Der so ausgedehnte Wert Δ wird mit einer Anzahl von Impulsen des ersten Kristalloszillators durch den Phasenvergleichskreis 19 digitalisiert und dann der arithmetischen Einheit 20 zugeführt.
Dabei wird k als grob gemessener Wert von dem grob abschätzenden Zähler 14 ausgegeben und der arithmetischen Einheit 20 zugeführt.
Die arithmetische Einheit 20 synthetisiert den grob gemessenen Wert von dem grob abschätzenden Zähler 14 und einen präzise gemessenen Wert, der von dem Phasenvergleichskreis 19 erhalten wird, und berechnet die herauszufindende Verzögerungszeit. Hier wählt der grob abschätzende Zähler 14 ein Taktsignal des zweiten Kristalloszillators 3. Dementsprechend ist er nicht mit den Takten des ersten Kristalloszillators 1 synchronisiert. Daher sind weder die Lichtemissionen von der Laserdiode 5 und die empfangenen Impulse noch die Start- und Stopsignale mit dem zweiten Kristalloszillator synchronisiert. Dementsprechend wird der Quantisierungsfehler, der durch die Takte des zweiten Kristalloszillators 3 verursacht wird, reduziert, und durch Mittelwertbildung einer Vielzahl von Messungen kann eine Zeitperiode gemessen werden, die länger ist als die Zeitperiode des zweiten Kristalloszillators 3, bis zu einem Wert kleiner als ein Takt.
Im Gegenteil kann eine präzise Messung eine Periode nicht messen, die länger als die Periode des ersten Kristalloszillators list. Somit vergleicht die arithmetische Einheit einen Wert einer groben Messung, die kleiner ist als ein Takt, mit dem Wert der höchsten Ordnung eines Präzisionsmeßwertes, und adjustiert und addiert den grob gemessenen Wert zu dem Präzisionsmeßwert, um einen zu ermittelnden Meßwert zu berechnen. Die Messung für den Entfernungsmeß-Lichtweg 8 wird somit vervollständigt. Hierauf wird der interne Lichtweg 9 durch den Lichtwegumschalter 7 ausgewählt, und hierauf ein grob gemessener Wert ki und eine Phasendifferenz Δ i entsprechend einer Zeit Δti zwischen der Anstiegsflanke der Ausgabe des Frequenzteilers 2 und einem empfangenen Impuls, der eine Ausgabe des lichtempfangenden Elements 12 ist, im ähnlicher Weise berechnet, wie bei dem Entfernungsmeßlichtweg 8. Die Entfernung zu dem Prisma kann ermittelt werden durch Abziehen des grob gemessenen Wertes ki und der Phasendifferenz Δ i für den internen Lichtweg von dem grob gemessenen Wert k und der Phasendifferenz Δ für den Entfernungsmeßlichtweg 8. Das vorliegende Ausführungsbeispiel, das einen solchen Aufbau hat wie oben beschrieben, hat die Wirkung, daß es die Instabilität im Innern des Distanzmeßgerätes eliminieren kann, die aus einem Zeitintervall herrührt, bis die Laserdiode 5 zum Emittieren von Licht veranlaßt wird, nach der Anstiegsflanke der Ausgabe des Frequenzteilers 2, der Drift des elektrischen Kreises und dergleichen, und daß die Distanz genau gemessen werden kann.
Im folgenden wird ein konkretes Ausführungsbeispiel einer Phasendetektion unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Das Ausführungsbeispiel besteht aus einem spannungsgesteuerten Oszillator 21, einem Frequenzteiler 22, einem Phasenvergleichskreis 23 und einem Tiefpaßfilter 24, die einen üblichen PLL (phase locked loop) darstellen.
Ein Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 21 wird durch den Frequenzteiler 22 um 1/(n + 1) geteilt und mit einem Empfangssignal durch den Phasenvergleichskreis 23 phasenverglichen. Das Ausgangssignal des Phasenvergleichskreises 23 tritt durch das Bandpaßfilter 24 und wird von einem Steueranschluß des spannungsgesteuerten Oszillators 21 empfangen, so daß eine Rückkopplungsschleife gebildet wird. Wenn die Schaltung in Betrieb ist, ist das Ausgangssignal des Frequenzteilers 22 mit dem empfangenen Signal synchronisiert. Es ist zu bemerken, daß im Falle der variable Frequenzbereich Δf des spannungsgesteuerten Oszillators 21 zu breit ist, z.B. wenn die Ausgangsfrequenz des Mischers 18 3 KHz beträgt, zwei Frequenzen von
15 MHz - 3 KHz = 14,997 MHz und
15 MHz + 3 KHz = 15,003 MHz
erhalten werden, und dementsprechend es nötig ist, bis zu einem gewissen Grad eine Begrenzung vorzusehen, um eine Beziehung Δf < f2 herzustellen.
Es ist zu bemerken, daß eine andere Modifikation unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wird. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist, in Anbetracht der Tatsache, daß der Lichtimpuls, der von der Laserdiode 5 emittiert wird, im wesentlichen eine Zerhackerwelle ist, dazu bestimmt, die Detektion einer zentralen Position eines Empfangssignals zur gleichen Zeit durchzuführen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel besteht, wie in Fig. 4a gezeigt, aus einem Paar von Abtast-Haltekreisen (A/H) 31 und 32, drei Tiefpaßfiltern (TPF) 33, 34 und 36, einem spannungsgesteuerten Oszillator 37, einem Frequenzteiler 38, einem monostabilen Multivibrator 39, einem Verzögerungskreis 40, usw. Ein von dem lichtempfangenden Element 29 empfangener Lichtimpuls wird durch einen Verstärker 30 verstärkt und den Abtasthaltekreisen 31 und 32 zugeführt. Man beachte, daß die Abtasthaltekreise 31 und 32 die Abtasthalteoperation zu Zeitpunkten des Taktes von dem spannungsgesteuerten Oszillator 37 durchführen, die durch den Frequenzteiler 38 geteilt werden. In diesem Fall ist der Verzögerungskreis 40 in den Abtasthaltekreisen 32 eingefügt, so daß der Abtasthaltekreis 32 eine Abtasthalteoperation zu einem Zeitpunkt durchführen kann, die von dem Abtasthaltekreis 1 verzögert ist. Dann passiert ein so gehaltenes Signal durch die Tiefpaßfilter 33 und 34 und wird dann von einem Differentialverstärker 35 verstärkt. Das so gehaltene Signal passiert dann das Tiefpaßfilter 36 und wird dann dem steuernden Anschluß des spannungsgesteuerten Oszillators 37 zugeführt. Die Rückkopplungsschleife arbeitet so, daß das empfangene Signal und die Abtasthaltezeitimpulse eine Phasenbeziehung gemäß Fig. 4b haben können. Dementsprechend hat das vorliegende Ausführungsbeispiel die Wirkung, daß es nicht nur ein Signal ausgibt, das mit dem Empfangssignal f1 + f2 synchronisiert ist, sondern auch die Detektion einer Mittelposition des empfangenen Impulses gleichzeitig durchführen kann.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel, das einen solchen Aufbau wie oben beschrieben hat, ist besonders geeignet für ein optisches Entfernungsmeßgerät, weil die Verzögerungszeit der kontinuierlichen Impulse präzise gemessen werden kann. Insbesondere da eine Phasenmessung nach der Wandlung in eine niedrigere Frequenz durch eine mischende Detektion durchgeführt wird, ergibt sich, daß auch ein Effekt der Mittelwertbildung erwartet werden kann und eine Messung der Entfernung mit hohem Grad der Genauigkeit erzielt werden kann. Die vorliegende Erfindung kann, ohne auf optische Distanzmeßgeräte beschränkt zu sein, auch auf ein Zeitmeßgerät, ein Entfernungsmeßgerät, ein Geschwindigkeitsmeßgerät, usw. angewandt werden.
Da außerdem ein durch grobe Messung gemessener Wert und ein anderer, durch eine präzise Messung gemessener Wert synthetisiert werden, ergibt sich noch die Wirkung, daß sogar eine Periode, die größer ist als eine Periode des Bezugssignals, genau gemessen werden kann.

Claims

1. Verzögerungszeit-Meßgerät zur Messung der Verzögerungszeit empfangener periodischer Impulse, die einen Lichtweg passiert haben, mittels einer grob abschätzenden Vorrichtung (14) und einer präzisen Meßvorrichtung, enthaltend:

eine Signalerzeugungsvorrichtung (1, 2) zur Erzeugung eines ersten Bezugsignals (f1) mit einer ersten Frequenz und eines zweiten Bezugssignals (f1/n) mit einer zweiten Frequenz;

ein lichtemittierendes Element (5) zum Emittieren periodischer Lichtimpulse an den Lichtweg in Reaktion auf das zweite Bezugssignal, zur Bereitstellung eines Startsignals;

ein lichtempfangendes Element (12) zum Umformen des Lichts, das den Lichtweg passiert hat, in ein Stoppsignal;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Signalerzeugungseinrichtung (1, 2) das zweite Bezugssignal erzeugt, indem das erste Bezugssignal geteilt wird;

die grob abschätzende Vorrichtung (14) durch Zählen von Taktimpulsen (3) die abgelaufene Zeit zwischen dem Startsignal und dem Stoppsignal mißt, und daß

die präzise Meßvorrichtung aufweist:

einen Abschnitt (15, 16, 17) mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (17) zur Bildung eines Signals (f1 + f2), das phasensynchronisiert mit dem Stoppsignal ist und eine vorbestimmte Frequenzdifferenz (f2) zu dem ersten Bezugssignal hat;

einen Mischer (18), der das phasensynchronisierte Signal (f1 + f2) und das erste Bezugssignal mischt; und

eine arithmetische Verzögerungszeit-Vorrichtung (19, 20) zum Berechnen der Verzögerungszeit unter Verwendung der Phase des Ausgangssignals des Mischers (18) bezüglich des zweiten Bezugssignals und der Ausgabe der grob abschätzenden Vorrichtung.

2. Verzögerungszeit-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (15, 16, 17) zur Formung eines synchronisierten Signals einen Phasendetektor (15) enthält, der das Stoppsignal von dem lichtempfangenden Element (12) und einem Tiefpaßfilter (16) erhält.

3. Verzögerungszeit-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungsvorrichtung einen Kristalloszillator (1) und einen Teiler (2) aufweist, der das zweite Signal durch Teilen des ersten Bezugssignals formt.

4. Verzögerungszeit-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Verzögerungszeitvorrichtung einen Phasenvergleicher (19) enthält, der die Phase des zweiten Bezugssignals mit dem Ausgangssignal des Mischers (18) vergleicht, und eine arithmetische Einheit (20), die die Verzögerungszeit berechnet, die durch den Phasenvergleicher gegeben ist.

5. Verzögerungszeit-Meßgerät nach Anspruch 1, wobei ein Zerhackerabschnitt gebildet ist durch einen Distanzmessungs-Lichtweg (8) und einen internen Lichtweg (9), durch den Lichtimpulse in ausgewählter Weise hindurchtreten, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zerhakkerabschnitt die Phase des Ausgangssignals des Mischers (18), zu der Zeit, da das Zeitimpulslicht durch den Distanzmessungs-Lichtweg (8) hindurchtritt, mit der Phase des Ausgangssignals (18) zu der Zeit verglichen wird, da das Zeitimpulslicht durch den internen Lichtweg (9) hindurchtritt.