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Title:
LASER DISTANCE MEASURING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/050564
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a laser distance measuring device, which has an emitting unit (10) with at least one laser and has a receiving unit (12) in addition to a single-sideband modulation unit (14), with which a modulation frequency (S1) of the emitting unit (10) can be generated from a first single-sideband modulation frequency (ZF1), which is generated by an oscillator unit (16), and from a carrier frequency (T1). According to the invention, at least one additional frequency (ZF2) can be generated by the oscillator unit (16), and a demodulation frequency (S2) of the receiving unit (12) can be generated from the additional frequency (ZF2) by the single-sideband modulation unit (14).

Inventors:
SCHMIDT DIERK (DE)
STIERLE JOERG (DE)
WOLF PETER (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/004460
Publication Date:
June 19, 2003
Filing Date:
December 05, 2002
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
SCHMIDT DIERK (DE)
STIERLE JOERG (DE)
WOLF PETER (DE)
International Classes:
G01S7/491; G01S7/4911; G01S17/36; (IPC1-7): G01S17/08; G01S7/483; G01S7/491
Domestic Patent References:
WO2000033104A12000-06-08
Foreign References:
US3778159A1973-12-11
US5082364A1992-01-21
US6147763A2000-11-14
US5400130A1995-03-21
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Claims:
Ansprüche
1. Laserentfernungsmeßgerät, das eine Sendereinheit (10) mit wenigstens einem Laser und eine Empfängereinheit (12) so wie eine Einseitenbandmodulationseinheit (14) aufweist, mit der mit einer von einer Oszillatoreinheit (16) gene rierten ersten Einseitenbandmodulationsfrequenz (ZFl) und mit einer Trägerfrequenz (T1) eine Modulationsfrequenz (S1) der Sendereinheit (10) erzeugbar ist, dadurch ge kennzeichnet, daß mit der Oszillatoreinheit (16) zumin dest eine weitere Frequenz (ZF2) generierbar ist, und über die Einseitenbandmodulationseinheit (14) mit der weiteren Frequenz (ZF2) eine Demodulationsfrequenz (S2) der Empfängereinheit (12) erzeugbar ist.
2. Laserentfernungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß mit der Oszillatoreinheit (16) zumindest eine zweite Einseitenbandmodulationsfrequenz (ZF2) gene rierbar ist, und über die Einseitenbandmodulationseinheit (14) mit der zweiten Einseitenbandmodulationsfrequenz (ZF2) eine Demodulationsfrequenz (S2) der Empfängerein heit (12) erzeugbar ist. '3.
3. Laserentfernungsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Oszillatoreinheit (16) einen einzelnen hochgenauen Oszillator (18) aufweist, aus dem zumindest beide'Einseitenbandmodulationsfrequenzen (ZF1, ZF2) gene rierbar sind.
4. Laserentfernungsmeßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoreinheit (16) mit zwei Teilern (20, 22) mit unterschiedlichen Faktoren gekoppelt ist, über die die Einseitenbandmodulationsfrequenzen (ZF1, ZF2) generierbar sind.
5. Laserentfernungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoreinheit (16) zumindest einen NFGenerator (24, 26) aufweist und wenig stens eine Einseitenbandmodulationsfrequenz (ZF1, ZF2) über eine synthetische Frequenzverschiebung generierbar ist.
6. Laserentfernungsmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorein heit (16) eine PLLEinheit (28) zur Generierung der Trä gerfrequenz (T1F T2) aufweist.
7. Laserentfernungsmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Oszilla toreinheit (16) und die Einseitenbandmodulationseinheit (14) ein sinusförmiges Signal erzeugbar ist.
8. Verfahren zur Signalerzeugung eines Laserentfernungsmeß geräts mit einer Sendereinheit (10) und einer Empfänger einheit (12), bei dem mit einer Einseitenbandmodulations einheit (14) mit einer von einer Oszillatoreinheit (16) generierten ersten Einseitenbandmodulationsfrequenz (ZF1) und einer Trägerfrequenz (T1) eine Modulationsfrequenz (S1) der Sendereinheit (10) erzeugt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß mit der Oszillatoreinheit (16) zumindest eine weitere Frequenz (ZF2) generiert und über die Ein seitenbandmodulationseinheit (14) mit der weiteren Fre quenz (ZF2) eine Demodulationsfrequenz (S2) der Empfänge reinheit (12) erzeugt wird.
Description:
Laserentfernungsmeßgerät Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem'Laserentfernungsmeßgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Laserentfernungsmeßgeräte bekannt, die eine Sender- einheit mit einem Laser, eine Empfängereinheit sowie eine Einseitenbandmodulationseinheit aufweisen. Mit der Einseiten- bandmodulationseinheit ist dabei mit einer von einer Oszilla- toreinheit generierten Einseitenbandmodulationsfrequenz, die gleichzeitig einer Niederfrequenz. bzw. einer Nutzfrequenz zur Phasenbestimmung entspricht, und mit einer Trägerfrequenz. ei- ne Modulationsfrequenz der Sendereinheit erzeugbar.

Als Demodulationsfrequenz der Empfängereinheit wird die ur- sprüngliche Trägerfrequenz genutzt.

Vorteile der Erfindung' Die Erfindung geht aus von einem Laserentfernungsmeßgerät, das eine Sendereinheit mit wenigstens einem Laser und eine Empfängereinheit sowie eine Einseitenbandmodulationseinheit aufweist, mit der mit einer von einer Oszillatoreinheit gene- rierten ersten Einseitenbandmodulationsfrequenz und mit einer Trägerfrequenz eine Modulationsfrequenz der Sendereinheit er- zeugbar ist.

Es wird vorgeschlagen, daß mit der Oszillatoreinheit zumin- dest eine weitere Frequenz generierbar ist, und über die Ein- seitenbandmodulationseinheit mit der weiteren Frequenz eine Demodulationsfrequenz der Empfängereinheit erzeugbar ist. Ein Abstand zwischen der Trägerfrequenz und der Modulätionsfre- quenz sowie der Demodulationsfrequenz kann unabhängig von ei- ner Nutzfrequenz gewählt werden, und zwar kann dieser insbe- sondere größer gewählt werden als die Nutzfrequenz. Störgrö- ßen können einfach eliminiert bzw. herausgefiltert werden, und zwar insbesondere wenn mit der Oszillatoreinheit zumin- dest eine zweite Einseitenbandmodulationsfrequenz generierbar ist, und über die Einseitenbandmodulationseinheit mit der zweiten Einseitenbandmodulationsfrequenz eine Demodulations- frequenz der Empfängereinheit erzeugbar ist. Es können mit einem kostengünstigen Laserentfernungsmeßgerät hochgenaue Meßergebnisse erreicht werden. Anstatt mit einer zweiten Ein- seitenbandmodulationsfrequenz könnte auch mit einer zweiten Trägerfrequenz die Demodulationsfrequenz erzeugt werden.

Besitzt die Oszillatoreinheit einen einzelnen hochgenauen Os- zillator, aus dem zumindest beide Einseitenbandmodulations-

frequenzen generierbar sina una/oaer isz aze, vszlllazorein- heit mit zumindest zwei Teilern mit unterschiedlichen Fakto- ren gekoppelt, über die die Einseitenbandmodulationsfrequen- zen generierbar sind, können besonders kompakt bauende, ko- stengünstige und leichte Laserentfernungsmeßgeräte erreicht werden.

Besitzt die Oszillatoreinheit zumindest einen NF-Generator bzw. Niederfrequenz-Generator und ist wenigstens eine Einsei- tenbandmodulationsfrequenz über eine synthetische Frequenz- verschiebung generierbar, kann eine hohe Flexibilität in der Frequenzerzeugung erreicht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorge- schlagen, daß die Oszillatoreinheit eine PLL-Einheit bzw. ei- ne Phase-Locked-Loop-Einheit. zur Generierung der Trägerfre- quenz aufweist, wodurch diese mit einer kostengünstigen Schaltung generierbar ist. Es ist jedoch auch möglich, daß aus einer Oszillatoreinheit mit zumindest zwei PLL-Einheiten zumindest zwei Trägerfrequenzen generierbar sind.

Ferner wird vorschlagen, daß über die Oszillatoreinheit und die Einseitenbandmodulationseinheit ein sinusförmiges Signal erzeugbar ist. Andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Signalformen sind jedoch auch denkbar. Filter können jedoch bei sinusförmigen Signalen besonders einfach zumindest redu- ziert oder vollständig vermieden werden. Zusätzliche Bautei- le, Bauraum, Gewicht, Montageaufwand und Kosten können einge- spart werden.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich für sämtliche,'dem Fachmann als geeignet erscheinende Laserentfernungsmeßgeräte, jedoch insbesondere für handgehaltene Laserentfernungsmeßge- räte, die mit der erfindungsgemäßen Lösung bei einer hohen Meßgenauigkeit dennoch kostengünstig und kompakt ausgeführt werden können.

Zeichnung Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe- schreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.

Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen- fassen.

Es zeigen : Fig. 1 ein handgehaltenes Laserentfernungsmeßgerät schräg von oben, Fig. 2 einen schematisch dargestellten Schaltungsauf- bau des Laserentfernungsmeßgeräts aus Fig. 1, und Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Spektrums des Laserentfernungsmeßgeräts aus Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Fig. 1 zeigt ein Laserentfernungsmeßgerät mit einer im Gehäu- se 30 angeordneten Sendereinheit 10 zum Aussenden eines La- sermeßsignals (Fig. 1 und 2). Die Sendereinheit 10 besitzt eine nicht näher dargestellte Laserdiode und eine Kollimati- onslinse, mit deren Hilfe das Meßsignal gebündelt durch einen Austrittskanal gelenkt werden kann.

Ferner besitzt das Laserentfernungsmeßgerät eine Empfänger- einheit 12 mit einer nicht näher dargestellten Linse, die an einem Objekt reflektierte Meßsignal-Anteile einfängt und zu einem opto-elektronischen Wandler lenkt. Der Wandler,. der vorzugsweise als Avalanche-Photodiode ausgebildet ist, emp- fängt die Meßsignal-Anteile und führt sie in elektrischer Form einer ebenfalls nicht näher dargestellten Recheneinheit bzw. Auswerteeinheit zu.

An einer Oberseite 32 des Laserentfernungsmeßgeräts befindet sich eine Anzeigevorrichtung 34. sowie mehrere Bedientasten 36 (Fig. 1).

Ferner besitzt das Laserentfernungsmeßgerät eine Einseiten- bandmodulationsei. nheit 14, mit der mit einer von einer Oszil- latoreinheit 16 generierten Einseitenbandmodulationsfrequenz ZF1 und einer Trägerfrequenz T1 eine Modulationsfrequenz Sl. der Sendereinheit 10 erzeugbar ist (Fig. 2 und 3).

Erfindungsgemäß ist mit der Oszillatoreinheit 16 eine zweite Einseitenbandmodulationsfrequenz ZF2 generierbar, wobei über die Einseitenbandmodulationseinheit 14 mit der zweiten Ein-

seitenbandmodulationsfrequenz ZF2 eine Demodulationsfrequenz S2 der Empfängereinheit 12 erzeugbar ist.

Die Oszillatoreinheit 16. besitzt einen einzelnen hochgenauen Oszillator 18, aus dem die Einseitenbandmodulationsfrequenzen ZF1, ZF2 generierbär sind, und zwar über zwei Teiler 20, 22 mit unterschiedlichen Faktoren, die mit der Oszillatoreinheit 16 gekoppelt sind. Die Einseitenbandmodulationsfrequenz ZF1 und/oder ZF2 könnte jedoch auch mittels eines NF-Generators 24, 26 synthetisch generiert sein, wie dies in Fig. 2 ange- deutet ist. Hierbei könnten die Teiler 20,22 mit dem glei- chen Faktor versehen sein.

Ferner sind aus dem hochgenauen Oszillator 18 die Trägerfre- quenz T1 für die Sendereinheit-10 und eine Trägerfrequenz T2 für die Empfängereinheit 12 generierbar, und zwar über eine PLL-Einheit 28 der Oszillatoreinheit 16, die einen PLL-Block 38 bzw. einen Phase-Locked-Loop-Block und einen VCO-Block 40 bzw. einen Voltage-Controlled-Oscillator-Block aufweist. Die Trägerfrequenzen T1, T2 könnten jedoch auch aus getrennten Oszillatoren generiert sein.

Der Einseitenbandmodulationseinheit 14, die einen ersten Ein- seitenbandmodulator 42 für die Sendereinheit 10 und einen zweiten Einseitenbandmodulator 44 für die Empfängereinheit 12 aufweist, sind jeweils im Pfad 46 der Sendereinheit 10 und im Pfad 48 der Empfängereinheit 12 Filter F1, F2 vorgeschaltet, um aus den Einseitenbandmodulationsfrequenzen ZF1, ZF2, die auch als Zwischenfrequenzen bezeichnet werden können, unge- wünschte Frequenzen herauszufiltern. Der Oszillatoreinheit 16 sind drei Filter F3, F4, F5 nachgeschaltet, und zwar ein zen-

traler Filter F3 unmittelbar nach dem VCO-Block 40 und je- weils ein Filter F4 und F5 für den Pfad 46 der Sendereinheit 10 und den Pfad 48 der Empfängereinheit 12. Ferner ist nach der Einseitenbandmodulationseinheit 14 der Sendereinheit 10 und der Empfängereinheit 12 jeweils ein Filter F6, F7 vorge- schaltet.

Grundsätzlich könnten die Pfade 46,48 für die Sendereinheit 10 und die Empfängereinheit 12 auch vertauscht werden bzw. könnte die Frequenz S2 zur Modulation der Sendereinheit 10 und die Frequenz S1 zur Demodulation der Empfängereinheit 12 genutzt werden.

Möglich wäre auch, daß über die Oszillatoreinheit 16 und die Einseitenbandmodulationseinheit 14 ein sinusförmiges Signal erzeugt wird, wodurch die Filter Fl-F5 einfach eingespart werden könnten. Bei anderen Signalformen können Filter in verschiedener, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Anord- nung und Kombination erforderlich-sein, und zwar insbesondere in den Pfades 46, 48 der Sendereinheit 10 und der Empfänge- reinheit 12. Die Filter F1-F5 dienen insbesondere dazu, ei- ne bestimmte Meßgenauigkeit zu erzielen und die Bandbreite zu begrenzen.

Durch den Einseitenbandmodulator 42 der Einseitenbandmodula- tionseinheit 14 wird die Trägerfrequenz T1 mit. der Einseiten- bandmodulationsfrequenz ZF1 verschoben, wodurch die Modulati- onsfrequenz SI derSendereinheit 10, die Frequenz S1 bzw die Seitenbänder Sl und S1 sowie die Trägerfrequenz T1* ent- stehen. Durch den Einseitenbandmodulator 44 der Einseiten- bandmodulationseinheit 14 wird die Trägerfrequenz T2 mit der

Einseitenbandmodulationsfrequenz ZF2 verschoben, wodurch die Demodulationsfrequenz S2 der Empfängereinheit 12, die Fre- quenz S2 bzw. die Seitenbänder S2 und S2 sowie die Träger- frequenz Tl* entstehen.-Die Trägerfrequenzen Tl, T2 besitzen eine größere Amplitude als die Trägerfrequenzen T1*, T2*, an- sonsten sind die Trägerfrequenzen T1, T2, T1*, T2* identisch.

Beim Entfallen der Filter F3 bis F5, welches bei geeigneter Wahl der Signalform möglich ist, würden die Trägerfrequenzen T1 und T2 zusammenfallen.

Die unterdrückten Fréquenzen S1, S2 bzw. die unterdruckten Seitenbänder liegen ca. 40 dB unter der Modulationsfrequenz S1 der Sendereinheit 10 und der Demodulationsfrequenz S2 der Empfängereinheit 12. Ferner liegen die unterdrückten Träger- frequenzen Tl*, T2* typischerweise bei ca. 40 dB unter der Modulationsfrequenz S1 der Sendereinheit 10 und der Demodula- tionsfrequenz S2 der Empfängereinheit 12.

Bei der Demodulation werden sämtliche Frequenzen T1*, S1, S1 des ersten Pfads 46 der Sendereinheit 10 mit sämtlichen Fre- quenzen T2*, S2, S2'des Pfads 48 der Empfängereinheit 12 ge- mischt. Sich hierbei ergebende Störvektoren sind wesentlich kleiner als bei herkömmlichen Systemen (Sl'*S2'-ca. 80 dB) oder liegen in der Frequenz soweit von einem NF-Nutzsignal, welches sich aus einer Differenz zwischen den Signalen des ersten Pfads 46 der Sendereinheit 10 und des Pfads 48 der Empfängereinheit 12 ergibt, entfernt (im Verhältnis Zwischen- frequenz : zu NF-Nutzsignal), daß sie problemlos weggefiltert werden können. Insbesondere liegen die Vektoren, die durch Multiplikation der Frequenz S1 und der Trägerfrequenz T2* . und durch Multiplikation der Frequenz S2'und der Trägerfre-

quenz. T1* entstehen, bei geeigneter Wahl der Einseitenbandmo- dulationsfrequenzen ZF1, ZF2 weit über der Frequenz des NF- Nutzsignals, das durch Mischen der Modulationsfrequenz S1 und der Demodulationsfrequenz S2 entsteht und in diesem Ausfüh- rungsbeispiel ca. 4 kHz beträgt.

Bezugszeichen 10 Sendereinheit 12 Empfängereinheit 14 Einseitenbandmodulati- onseinheit.

16 Oszillatoreinheit 18 Oszillator 20 Teiler 22 Teiler 24 NF-Generator 26 NF-Generator 28 PLL-Einheit 30 Gehäuse 32 Oberseite 34 Anzeigevorrichtung 36 Bedientasten 38 PLL-Block 40 VCO-Block 42 Einseitenbandmodulator 44 Einseitenbandmodulator 46 Pfad 48 Pfad T1 Trägerfrequenz T2 Trägerfrequenz Sl Modulationsfrequenz S2 Demodulationsfrequenz ZF1 Einseitenbandmodulati- onsfrequenz ZF2 Einseitenbandmodulati- onsfrequenz F1 Filter F2 Filter F3 Filter F4 Filter F5 Filter F6 Filter F7 Filter