DE4002356C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abstandsmeßgerät nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Abstandsmeßgeräte (DE 34 29 062 A1) dienen dazu, beispielsweise im Bereich von 2 bis 10 m liegende Abstände von dem Abstandsmeßgerät auf elektronischem Wege zu messen, wobei die Meßgenauigkeit im Bereich einiger mm liegt. Auf diese Weise können die Füllstände von Behältern oder bei­ spielsweise auch die Füllungsgrade von Regalen meßtechnisch erfaßt und auf elektronischem Wege zu einer Zentrale gemel­ det werden.

Normalerweise verwenden derartige Abstandsmeßgeräte einen Meß- und einen Referenzempfänger, was die Gefahr eines unter­ schiedlichen Driftens der beiden Empfangsschaltungen mit sich bringt und außerdem zu nachteiligen Einflüssen unter­ schiedlicher Sperrschichtkapazitäten bzw. Reaktionszeit­ änderungen der beiden für den Empfang verwendeten Photo­ dioden führt. Die Verwendung nur einer Lichtsendediode bringt andererseits das Problem mit sich, daß ein Überspre­ chen zwischen Meß- und Referenzstrecke nicht ausgeschlossen werden kann.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Abstandsmeßgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem die Empfangsschaltung driftunempfindlich ist, das Signal/Rauschverhältnis verbessert wird und mit dem eine extrem hohe Übersprechdämpfung von Meß- und Referenzkanal möglich ist, wobei Meß- und Referenzstrecke weitgehend unab­ hängig vom Ort ihres Anfangs gewählt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnen­ den Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Bevorzugt ist da­ bei die Ausführungsform nach Anspruch 2.

Erfindungsgemäß werden also zwei komplementär schaltbare Laserdioden auf der Sendeseite für den Meß- bzw. Referenz­ kanal verwendet, während auf der Empfangsseite lediglich ein einziges Photodiodenelement vorgesehen ist. Dadurch werden gegenüber einer Lösung mit zwei Empfängern (Meß- und Referenzempfänger) bzw. einem elektrischen Referenzpfad folgende Vorteile erzielt:

• - Die Empfangsschaltung ist driftunempfindlich; Sperrschicht­ kapazitäts- bzw. Reaktionszeitänderungen der im Empfang verwendeten Photodiode werden vom Referenzpfad erfaßt.
• - Es ist ein einfacher Betrieb mit Avalanche-Photodioden möglich; eine temperaturabhängige Spannungsnachführung verursacht Parameteränderungen der betreffenden Photodio­ de, welche jedoch von dem Referenzpfad erfaßt werden. Erfindungsgemäß ist nur eine Avalanche-Photodiode nötig.
• - Das Signal-Rauschverhältnis wird verbessert; die Photodio­ denkapazität kann erfindungsgemäß in einen Schwingkreis hoher Güte eingebunden werden, während der Realteil (Trans­ impedanzwiderstand) bei gleichzeitiger hoher Arbeitsfre­ quenz vergrößert wird. Eine Phasendrift wird vom Referenz­ pfad erfaßt.
• - Die Erzielung einer extrem hohen Übersprechdämpfung von Meß- und Referenzkanal ist möglich; der jeweils ausgeschal­ tete Laser kann insbesondere dann, wenn er gemäß Anspruch 5 mit einer negativen Spannung beaufschlagt ist, schal­ tungsbedingt kein optisches Signal aussenden. Die Über­ sprechdämpfung wird nur noch von der optischen Trennung zwischen Meß- und Referenzstrecke bzw. von elektromagneti­ schen Einkopplungen des Senders auf die Empfangseinrich­ tung bestimmt.
• - Eine einfache Realisierung einer Kollimationsoptik für den Meßkanal ist auf diese Weise möglich; es wird keine Strahl­ aufspaltung für einen Referenzpfad benötigt. Die Referenz­ strecke wird durch den Raum zwischen der Referenz-Laser­ diode und der Empfangs-Photodiode bestimmt.
• - Die Halbleiterumschaltung kann erfindungsgemäß vereinfacht werden; an die Halbleiterschalter werden in bezug auf die Sperrdämpfung keine hohen Anforderungen gestellt. Die Lauf­ zeitdifferenzen des Schaltelementes können durch gute An­ passung der parasitären Größen wie Serienwiderstand und Sperrkapazität durch die Verwendung einer Doppeldiode sehr klein gehalten werden. Die Umschaltung kann mit hohen Pe­ geln erfolgen, was störtechnisch von Vorteil ist.
• - Es wird eine geringe Laufzeitdrift erzielt; für Meß- und Referenzkanal können bis zur Diodenumschaltung gemeinsame Modulationspfade benutzt werden. Durch die hohe Modula­ tionsbandbreite von Meß- und Referenzlaser (1 GHz) und vergleichbare Betriebsbedingungen (Temperatur, Arbeits­ punkt) wird die resultierende Laufzeitdifferenz vernachläs­ sigbar klein.
• - Die beiden Laserdioden können räumlich so angeordnet wer­ den, wie es eine optimale Lichtführung auf Meß- und Refe­ renzstrecke erfordert; beide Lichtwege können auf diese Weise mit hoher Lichtenergie versorgt werden, wodurch äußere Störeinflüsse minimiert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Ansprüche 3 und 4 gekennzeichnet.

Die besonders gute Sperrung der gerade inaktivierten Laser­ diode kann durch die Maßnahmen der Ansprüche 4 bis 6 weiter verbessert werden.

Die Ansprüche 7 bis 9 beschreiben vorteilhafte Ausführungs­ beispiele für die Schaltung und Regelung der Laserdioden.

Bevorzugte Ausführungsformen für die Hochfrequenzschaltung sind durch die Ansprüche 10 bis 12 definiert.

Eine besonders zweckmäßige Intensitätsregelung für die Laser­ dioden ergibt sich aus Anspruch 13.

Dieses Ausführungsbeispiel wird zweckmäßigerweise gemäß Anspruch 14 weitergebildet.

Die Erfindung enthält also eine Vorrichtung zur Selbstkali­ brierung von Distanzmeßvorrichtungen nach dem Laufzeitverfah­ ren.

Erfindungsgemäß wird eine laufzeitneutrale, elektronische Umschaltung zwischen einem Meßweg und einem Referenzweg durch zwei optoelektronische Sender, vorzugsweise Halblei­ ter-Laserdioden, vorgesehen. Für die Umschaltvorrichtung können Halbleiterschalter, insbesondere Schalterdioden, ver­ wendet werden. Wird der jeweilige Laser vom Arbeitsstrom­ kreis getrennt, so sorgt eine Schalterdiode gleichzeitig für eine Entkopplung vom Modulationskreis mit der entsprechenden Hochfrequenzinformation. Um im ausgeschalteten Zustand jeg­ liche Lichtemission mit Modulationsanteil zu unterbinden, wird dem Laser eine Hilfsspannung in Sperrichtung zugeführt. Der aktive Schaltvorgang wird über zwei Hilfsschalter, vor­ zugsweise Transistorschalter, im niederfrequenten Teil des Regelkreises ausgelöst. Diese können gleichzeitig als Stell­ glieder eines beiden Lasern gemeinsamen PI-Reglers herangezo­ gen werden. Der Regelkreis wird über eine Stromsummenschal­ tung beider Monitordioden geschlossen.

Erfindungsgemäß werden also die Nachteile, wie sie bei einer Referenznahme durch einen Referenzempfänger entstehen wür­ den, vermieden. Die hohe Modulationsbandbreite der Laserdio­ den in Verbindung mit Diodenschaltern ermöglicht eine gute Laufzeitkonstanz und damit eine geringe Offsetdrift der Selbstkalibrierung. Durch Wegfall des einen Referenzempfan­ gers kann der Empfangspfad schmalbandig (selektiv) und damit unempfindlicher gegenüber äußeren Störeinflüssen bzw. Rau­ schen gemacht werden. Die Detektivität kann dadurch verbes­ sert werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine blockschaltbildartige Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Abstandsmeßgerätes,

Fig. 2 eine etwas detailliertere, schematische Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Lichtsenders und

Fig. 3 ein Schaltbild des in Fig. 2 nur schematisch darge­ stellten Lichtsenders.

Nach Fig. 1 erzeugt ein Mutteroszillator 43 eine Frequenz von z.B. 10 MHz, die über einen Phasenvergleicher 44 einem variablen Oszillator 45 zugeführt ist, der an einen Digital- Phasenshifter 46 angeschlossen ist. Der eine Ausgang P′ des Digital-Phasenshifters 46 ist zum zweiten Eingang des Phasen­ vergleichers 44 zurückgeführt, wodurch eine Phase Lock Loop gebildet wird, aufgrund der der variable Oszillator eine Frequenz von 300 MHz an den Digital-Phasenshifter 46 abgibt. Die Frequenzeinstellung kann dadurch herbeigeführt werden, daß dem Phasenvergleicher 44 bei 87 von einem Mikroprozessor 16 ein geeignetes Frequenzeinstellungssignal zugeführt wird.

Das Ausgangssignal P′ des Digital-Phasenshifters 46 wird außerdem dem einen Eingang einer Mischstufe 47 zugeführt, die dieses Signal mit einem von einem Lichtempfänger 12 kommenden Signal additiv oder multiplikativ mischt.

An den Ausgang der Mischstufe 47 ist ein Approximationsfil­ ter 48 angeschlossen, welches besonders schmalbandig ist. An seinem Ausgang erscheint das Integral PxP′, wobei P das vom Digital-Phasenshifter 46 zu einem Lichtsender 11 abgegebene Lichtwellenzug-Signal ist. Die Phaseneinstellung des Digi­ tal-Phasenshifters 46 erfolgt bei 88 vom Mikroprozessor 16 aus.

Im Digital-Phasenshifter 46 werden zeitlich nacheinander vier im 90°-Raster einstellbare Phasenpaare mit einer Fre­ quenz von 75 MHz erzeugt und als entsprechende Wellenzug­ signale P bzw. P′ an den Sender 11 bzw. den Mischer 47 weitergeleitet.

Im Sender 11, der vom Mikroprozessor 16 bei 89 mit Hellig­ keitssollwerten und bei 90 mit Schaltsignalen in der weiter unten beschriebenen Weise gesteuert wird, sind zwei vom Mikroprozessor 16 über den Anschluß 89 komplementär geschal­ tete Laserdioden 18, 19 vorgesehen, von denen die eine (18) über eine Meßstrecke 14 einen hochfrequent modulierten Lichtwellenzug zu einem Ziel 13 aussendet, von welchem das Licht zum unmittelbar neben dem Lichtsender 11 angeordneten Empfänger 12 zurückreflektiert wird, in welchen nur eine einzige Photodiode 20 angeordnet ist, die sowohl das Licht von der Meßstrecke 14 als auch von einer im gleichen Gehäuse 17 wie Lichtsender 11 und Lichtempfänger 12 untergebrachten Referenzstrecke 15 empfängt, die durch die zweite Laserdiode 19 beschickt wird. Im Lichtempfänger 12 befindet sich auch ein Verstärker, dessen Ausgangssignal an die Mischstufe 47 angelegt ist.

Die Empfangskreisabstimmung im Empfänger 12 wird bei 91 vom Mikroprozessor 16 vorgenommen. Weiter führt vom Lichtempfän­ ger 12 eine Steuerleitung 92 zum Mikroprozessor 16, aufgrund der von diesem die Dynamikauswertung vorgenommen wird.

Auch das Approximationsfilter 48 wird über eine Steuerlei­ tung 93 vom Mikroprozessor 16 beaufschlagt und bezüglich seiner Bandbreite gesteuert.

Der Ausgang des Approximationsfilters 48 ist über eine Analog-Digital-Schaltung 49 an den Mikroprozessor 16 ange­ legt, welcher die Signalauswertung in der folgenden Weise durchführt:

Jeder der vom Digital-Phasenshifter 46 abgegebenen und jeweils um 90° zueinander phasenversetzten Wellenzüge wird einmal direkt (P′) auf den einen Eingang der Mischstufe 47 und zum anderen bei P über den Sender 11 und abwechselnd die Meßstrecke 14 oder die Referenzstrecke 15 sowie den Licht­ empfänger 12 an den anderen Eingang der Meßstufe 47 gegeben, wo eine Multiplikation mit dem Signal P′ stattfindet. Auf­ grund der Phasenverschiebung zwischen den über die Meß­ strecke 14 und den über die Referenzstrecke 15 gegangenen Lichtwellenzüge werden am Ausgang des Approximationsfilters verschiedene Phasensignale erscheinen, aus denen auf die unterschiedlichen Laufzeiten der Lichtwellenzüge über die Meßstrecke 14 einerseits und die Referenzstrecke 15 anderer­ seits geschlossen werden kann, was im Mikroprozessor 16 aus­ gewertet wird. Unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindig­ keit kann so der Abstand des Gehäuses 17 vom Ziel 13 ermit­ telt werden.

Erfindungsgemäß ist im Lichtempfänger 12 nur eine einzige sowohl von der Meßstrecke 14 als auch von der Referenz­ strecke 15 her beaufschlagte Photodiode 20 vorgesehen.

Nach Fig. 2 besitzt der Lichtsender 11 zwei Laserdioden 18, 19, von denen die eine die Meßstrecke 14 und die andere die Referenzstrecke 15 mit einem gebündelten Lichtstrahl ver­ sorgt.

Nach Fig. 2 sind die Laserdioden 18, 19 mit ihren Pluspolen über jeweils einen Hilfsschalter 21, 22 mit zugeordnetem Reg­ ler bei 23 an eine positive Speisegleichspannungsquelle mit einer Spannung von beispielsweise +5,2 V angeschlossen.

Die negativen Pole der Laserdioden 18, 19 sind über einen Hochfrequenzschalter 24 bzw. 25 an eine geerdete Induktivi­ tät 33 angelegt, die Teil eines Hochpasses bildet, zu dem auch ein Kondensator 34 gehört, der von schematisch angedeu­ teten Hochfrequenz-Modulationsspannungsklemmen 26, 27 beauf­ schlagt ist, denen die Wellenzugsignale P (Fig. 1) zugeführt werden.

An den positiven Pol der Laserdioden 18, 19 ist über jeweils einen hochohmigen Widerstand 29 bzw. 30 und eine Klemme 28 eine negative Hilfsspannung von z.B. -12 V angeschlossen.

Die Hilfsschalter mit Regelung 21, 22 werden über an Klemmen bzw. angelegte Schaltsignale komplementär zueinander geschaltet. Wenn - wie in Fig. 2 dargestellt - der Schalter 21 geschlossen ist, dann ist der andere Schalter 22 offen und umgekehrt.

Jeder Laserdiode 18, 19 ist eine Monitordiode 18′ bzw. 19′ zugeordnet, die abwechselnd einen PI-Regler 41 ansteuern, dem außerdem von den Schaltklemmen bzw. entsprechend der Stellung der Hilfsschalter 21, 22 abwechselnd zugeschal­ tete Sollwerte S1 bzw. S2 zugeführt sind.

Der PI-Regler 41 gibt bei 94, 95 Regelsteuersignale für den Regelteil der Schalter 21, 22 ab. Auf diese Weise kann der Strom zu den Laserdioden 18, 19 so eingeregelt werden, daß die Lichtintensität der Laserdioden 18, 19 konstant ist. Über die Sollwertzuführung S1, S2 kann weiter dafür gesorgt werden, daß einer Degradation der Laserdioden 18, 19 durch eine stärkere Öffnung der Regler der Schalter 21, 22 entgegengewirkt wird. Auch Voreinstellungen bestimmter Licht­ intensitäten sind durch eine Veränderung der Sollwerte S1 und S2 möglich.

Kondensatoren 35, 37 zwischen den Pluspolen der Laserdioden 18, 19 und Masse stellen einen Hochpaß für die über die Diodenschalter 24, 25 zugeführte Hochfrequenz-Modulations­ spannung dar.

Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet wie folgt:

Über die Schaltklemmen 18, 19 werden Schaltsignale für die Schalter 21, 22 in der Weise zugeführt, daß stets der eine Schalter geschlossen, der andere offen ist. Synchron damit werden auch die Hochfrequenzschalter 24, 25 geschlossen bzw. geöffnet, was durch gestrichelte Kopplungslinien 96, 97 angedeutet ist. Sofern die Schalter 21, 24 (siehe linke Dar­ stellung in Fig. 2) geschlossen sind, liegt die zugeordnete Laserdiode 18 zwischen der positiven Speisespannungsklemme 23 und Masse und wird daher eingeschaltet. Über den Hochpaß 33, 34, 35 wird gleichzeitig der durch die Laserdiode 18 fließende Gleichstrom mit einer entsprechenden Hochfrequenz­ spannung von z.B. 75 MHz moduliert.

Nachdem auf diese Weise viele Lichtwellenzüge geeigneter Län­ ge über die Meßstrecke 14 zur Empfangsdiode 20 (Fig. 1) ge­ schickt worden sind, schaltet das Schaltsignal an der Schalt­ klemme den Schalter 21 und damit auch den Schalter 24 in die Offenstellung zurück, während ein komplementäres Schalt­ signal an der Schaltklemme den Schalter mit Regler 22 sowie den Hochfrequenzschalter 25 schließt. Nunmehr setzt sich das Arbeitsspiel an der Laserdiode 19 entsprechend fort, und die Lichtwellenzüge werden über die Referenz­ strecke 15 (Fig. 1) geschickt.

Je nachdem, welche Laserdiode (18 oder 19) aktiv ist, gibt die zugeordnete Monitordiode 18′ oder 19′ über eine gemein­ same Leitung 98 ein Istwert-Signal an den PI-Regler 41 ab. Gleichzeitig sorgen die Schaltsignale an den Schaltklemmen , dafür, daß auch das der betreffenden Laserdiode 18 oder 19 zugeordnete Sollwertsignal S1 oder S2 dem PI-Regler zugeleitet wird, welches dann den Regler des betreffenden Schalters 21 oder 22 entsprechend so einstellt, daß die Laserdioden 18, 19 mit einer vorbestimmten Intensität Licht­ wellenzüge abgeben.

Ein nach dem Prinzipschaltbild der Fig. 2 arbeitendes Schal­ tungsbeispiel wird im folgenden anhand von Fig. 3 erläutert.

Die beiden Laserdioden 18, 19 sind einerseits über einen Schalt-Regeltransistor 21 bzw. 22 und einen in dessen Emit­ terkreis eingeschalteten Widerstand 50, 51 an die auf einem Potential von +5,2 V liegende positive Speisegleichspannungs­ klemme 23 angelegt. Der negative Pol der Laserdioden 18, 19 ist andererseits über jeweils eine einen Hochfrequenzschal­ ter bildende in der gleichen Richtung wie die Laserdioden 18, 19 eingeschaltete Schaltdiode 24 bzw. 25 und eine gemein­ same Induktivität 32 an Masse angelegt, deren Potential über eine Klemme 52 zugeführt ist.

Die Induktivität 33 ist Bestandteil eines auch einen Konden­ sator 34 aufweisenden Hochpaßfilters, welches über einen Widerstand 53 an eine Modulationstreiberstufe 54 angeschlos­ sen ist, die aus zwei mittels der Basen miteinander verbun­ denen Transistoren und den zugeordneten Widerständen besteht und ebenfalls zwischen Masse und die Speisegleichspannungs­ klemme 23 geschaltet ist. Ein Kondensator 55 sowie eine Induktivität 56 bewirken eine Fernhaltung der Hochfrequenz­ modulationsspannung von der Speisegleichspannungsleitung. An den Emitter des einen Transistors der Treiberstufe 54 ist über einen Widerstand 57 und einen Kondensator 58 die Aus­ gangsspannung eines Übertragers 59 angeschlossen, dessen Eingangswicklung über ein Potentiometer 60 an die Hochfre­ quenz-Modulationsspannungsklemmen 26, 27 angelegt ist, der die Wellenzugsignale P (Fig. 1) zugeführt sind. Die positive Zuleitung zu den Laserdioden 18, 19 ist über Hochfrequenz- Ableitungskondensatoren 35, 36 bzw. 37, 38 an Masse und über hochohmige Widerstände 29 bzw. 30 an eine Klemme 28 für die Zuführung einer Hilfsspannung von -12 V angelegt.

Der Verbindungspunkt zwischen den Laserdioden 18, 19 und den zugeordneten Schaltdioden 24, 25 ist über eine entgegen den Laserdioden 18, 19 geschaltete Hilfsdiode 61 bzw. 62 eben­ falls an die positive Zuleitung der Laserdioden 18, 19 ange­ schlossen. Der von den Transistoren 21, 22 abgewandte Pol der Hilfsdioden 61, 62 ist außerdem über einen Widerstand 63, 64 geerdet.

Jeder Laserdiode 18, 19 ist eine Monitordiode 18′, 19′ zuge­ ordnet, die einerseits an die positive Zuleitung und anderer­ seits über in der gleichen Richtung wie die Dioden 24, 25 eingeschaltete Dioden 39, 40 gemeinsam an den Eingang des PI-Reglers 41 angelegt sind, welcher zwei hintereinanderge­ schaltete Operationsverstärker 65 bzw. 66 enthält. Die Be­ triebsspannungen werden in der dargestellten Weise von der auf -12 V liegenden Klemme 28 und einer weiteren auf +12 V liegenden Klemme 67 abgeleitet. Der Minus-Eingangsklemme des Operationsverstärkers 66 werden abwechselnd zwei Sollsignale S1, S2 zugeführt, die über parallel geschaltete Sollwert-Ein­ stellungspotentiometer 68 bzw. 69 und Schalttransistoren 70 bzw. 71 von einer eine exakte Konstantgleichspannung führen­ den Klemme 42 abgeleitet sind. Die Gleichspannung wird den Potentiometern 68, 69 über Schalttransistoren 70, 71 zuge­ führt, die von den bei , anliegenden Schaltsignalen synchron mit den Laserdioden 18, 19 geöffnet und geschlossen werden. Auf diese Weise wird beim Einschalten einer jeden Laserdiode 18 oder 19 dem Eingang des Operationsverstärkers 66 gerade der für die betreffende Laserdiode vorgesehene Sollwert S1 oder S2 zugeführt.

Der Ausgang des PI-Reglers 41 ist über Widerstände 72 bzw. 73 dem Kollektor eines Schalttransistors 31 bzw. 32 zuge­ führt, der über eine Diode 74 bzw. 75 in der dargestellten Weise an die positive Versorgungsgleichspannung +5,2 V ange­ legt ist. Die positive Speisegleichspannungsleitung ist über einen Kondensator 76 zur weiteren Hochfrequenzentkopplung geerdet.

Dem Kollektor der Schalttransistoren 31 bzw. 32 wird jeweils über einen Widerstand 77 bzw. 78 von den Klemmen bzw. die Schaltspannung für die Laserdioden 18, 19 zugeführt.

Die Emitter der Schalttransistoren 31, 32 sind über Kondensa­ toren 79 bzw. 80 und Widerstände 81 bzw. 82 an die positive Gleichspannungsklemme 23 angelegt. Weiter ist er mit der Basis des Transistors 21 bzw. 22 verbunden, dessen Emitter wie oben bereits erwähnt über einen Widerstand 50 bzw. 51 an der positiven Speisegleichspannung +5,2 V liegt und dessen Kollektor mit der positiven Zuleitung für die Laserdioden 18 bzw. 19 verbunden ist.

Von den Emittern der Regel-Schalttransistoren 21 bzw. 22 wird über Widerstände 83 bzw. 84 eine Spannung abgegriffen und zu einer Klemme 85 geführt. Dieses Signal ist für den durch die Laserdioden 18, 19 fließenden Strom repräsentativ und kann im Mikroprozessor 16 (Fig. 1) zur Überwachung des Regelkreises bezüglich Einhaltung der Laserschutzklasse oder der Degradation beider Laser herangezogen werden. Zu diesem Zweck ist auch eine weitere Überwachungsklemme S6 vorge­ sehen, die über einen Widerstand 87 an den Ausgang des Operationsverstärkers 65 des PI-Reglers 41 angelegt ist. Da dieses Signal von der Lichtbeaufschlagung der Monitordioden 18′, 19′ abhängig ist, ist es repräsentativ für die Hellig­ keit der Laserdioden 18, 19 bei einem bestimmten angelegten Strom, der wiederum an der Klemme 85 gemessen werden kann. Auf diese Weise kann der Mikroprozessor 16, an den die Klem­ men 85, 86 angeschlossen sind, feststellen, wenn beispiels­ weise für einen bestimmten Diodenstrom die Lichtleistung nachläßt, was dann bei der Auswertung Berücksichtigung fin­ den kann.

Die Funktion der beschriebenen Schaltung ist wie folgt:

Über die Laserdioden-Schaltklemmen und werden vom Mikroprozessor 16 abwechselnd Einschaltsignale für die Laser­ dioden 18 bzw. 19 abgegeben, welche über die Schalttransisto­ ren 31 bzw. 32 die Regel-Schalttransistoren 21, 22 öffnen, und zwar jeweils so, daß zu einer Zeit immer nur einer der Transistoren 21 oder 22 geöffnet, der andere dagegen ge­ schlossen ist. Nunmehr wird über den Widerstand 50 der Laser­ diode 18 oder über den Widerstand 51 der Laserdiode 19 der für das Aufleuchten erforderliche Gleichstrom zugeführt, der über die Schaltdioden 24 oder 25 und die Induktivität 33 nach Masse abfließt.

Aufgrund der den Widerständen 29 bzw. 30 zugeführten negati­ ven Spannung von -12 V ist jeweils nur diejenige Schaltdiode 24 oder 25 geöffnet, deren Laserdiode 18 oder 19 über den zu­ geordneten Transistor 21 oder 22 eine positive Spannung zuge­ führt ist. Hierdurch entfällt nämlich der von der negativen Spannung durch die Dioden 61 bzw. 62 und die Widerstände 63 bzw. 64 gezogenen Strom, welcher den positiven Pol der Schalttransistoren 24 oder 25 negativ gemacht hatte, so daß die betreffende Schaltdiode sperrte. Die Schaltdioden 24, 25 öffnen und schließen also synchron mit den zugehörigen Laserdioden 18, 19.

Sobald eine Laserdiode z.B. 18 aktiv ist, kann über die nunmehr offene Schaltdiode, z.B. 24, vom Hochpaß 33, 34 her die bei 26, 27 angelegte Hochfrequenz-Modulationsspannung zu der zugeordneten Laserdiode, z.B. 18, gelangen. Sie wird über die Kondensatoren 35, 36 oder 37, 38 nach Masse abge­ führt. Auf diese Weise erfolgt die Modulation der Laser­ dioden 18, 19, während sie von einer sie zum Leuchten brin­ genden Gleichspannung beaufschlagt sind. Die Modulationstie­ fe ist so groß, daß die Dioden während der Modulation in Rhythmus der zugeführten Hochfrequenz-Modulationsspannung erlöschen und wieder aufleuchten und kann am Potentiometer 60 eingestellt werden.

Aufgrund des Anschlusses des Kollektors der Transistoren 31, 32 an den Ausgang des PI-Reglers 41 wird der Öffnungsgrad der Regel-Schalttransistoren 21 bzw. 22 gerade so eingere­ gelt, daß die Laserdioden 18 bzw. 19 die an den Potentio­ metern 68 bzw. 69 eingestellte Lichtstärke annehmen. Die Regel-Schalttransistoren 21, 22 erfüllen also eine Dop­ pelfunktion als Stellglieder des Regelkreises wie auch als Schalter für die Zu- und Abschaltung der Laserdioden 18, 19.

Erfindungsgemäß führen also die Schaltdioden 24, 25 sowohl den Gleich-Laserstrom als auch den überlagerten Modulations- Hochfrequenzstrom. Es handelt sich um Hochfrequenzschalter, weil sie beim Abschalten der zugeordneten Laserdiode 18 oder 19 öffnen und beim Zuschalten von selbst wieder schließen.

Wesentlich ist auch noch, daß bei abgeschalteten Laserdioden 18 bzw. 19 die positiven Zuleitungen die Laserdioden über die Widerstände 29, 30 an eine negative Hilfsspannung ange­ legt sind, so daß in diesen Perioden eine die Laserdioden vollständig sperrende Spannung an ihnen anliegt. Im abge­ schalteten Zustand der Laserdioden 18 oder 19 liegt jeweils ein Spannungsteiler über den Widerstand 63, die Diode 61 und den Widerstand 29 bzw. den Widerstand 64, die Diode 62 und den Widerstand 30 vor. Die Dioden 61, 62 begrenzen diese Hilfsspannung auf einen zulässigen Wert. Dadurch werden die gewünschten Eigenschaften, nämlich insbesondere das Aufleuch­ ten der Laserdioden nur in den gewünschten Perioden unter­ stützt.

Die Helligkeit der beiden Laserdioden kann durch die Potentiometer 68 oder 69 voreingestellt werden.

Die Regelbandbreite des PI-Reglers 41 ist sehr viel kleiner als die Modulationsfrequenz.

Während jeder Einschaltperiode einer der Laserdioden 18, 19 werden einige tausend hochfrequenzmodulierte Lichtwellenzüge über die Meßstrecke 14 bzw. die Referenzstrecke 15 übertra­ gen.

Claims (14)

1. Abstandsmeßgerät mit einem photoelektrischen Lichtempfän­ ger (12) und einem vorzugsweise daneben angeordneten photoelektrischen Lichtsender (11), der hochfrequent modulierte Lichtwellenzüge abwechselnd über eine Meß­ strecke (14) und ein an deren Ende angeordnetes reflek­ tierendes Ziel (13), dessen Abstand vom Lichtsender (11)/ Lichtempfänger (12) gemessen werden soll, und über eine vorzugsweise innerhalb des Gehäuses (17) zwischen Licht­ sender (11) und Lichtempfänger (12) vorgesehene Referenz­ strecke (15) bekannter Länge zu dem Lichtempfänger (12) schickt, sowie mit einer Auswerteelektronik, die vorzugsweise einen Mikroprozessor (16) enthält und die vom Lichtempfänger (12) abwechselnd empfangenen Lichtwellenzüge auf die Differenz der Laufzeit über die Meßstrecke (14) einerseits und die Referenzstrecke (15) andererseits auswertet und daraus unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit und der bekannten Länge der Referenzstrecke (15) den Abstand des Lichtsenders (11)/Lichtempfängers (12) vom Ziel (13) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (11) zwei elektronisch komplementär schaltbare, optoelektronische Licht-Sendeelemente, insbe­ sondere Licht-Sendehalbleiterelemente und vorzugsweise Laserdioden (18, 19) enthält, von denen die eine (18) die Lichtwellenzüge auf die Meßstrecke (14), die andere (19) die Lichtwellenzüge auf die Referenzstrecke (15) schickt, und daß der Lichtempfänger (12) ein sowohl die Lichtwel­ lenzüge von der Meßstrecke (14) als auch die Lichtwellen­ züge von der Referenzstrecke (15) empfangendes optoelek­ tronisches Licht-Empfangselement, insbesondere Licht- Empfangshalbleiterelement, vorzugsweise Photodiodenele­ ment (20) enthält das an die Auswerteelektronik ange­ schlossen ist.

2. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenzüge eine Wellenlänge in der Größenord­ nung des zu messenden Abstandes aufweisen und die Auswer­ teelektronik die Phasendifferenz der Modulation der über die Meßstrecke (14) und der über die Referenzstrecke (15) gegangenen Lichtwellenzüge mißt.

3. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdioden (18, 19) durch komplementär schalt­ bare Hilfsschalter (21, 22) an eine Speisegleichspannung (23) und durch vorzugsweise synchron mit den Hilfsschal­ tern (21, 22) komplementär schaltbare Hochfrequenzschal­ ter (24, 25) an die Hochfrequenz-Modulationsspannung (26, 27) anschließbar sind.

4. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschalter (21, 22) in die positiven Zuleitun­ gen und die Hochfrequenzschalter (24, 25) in die nega­ tiven Zuleitungen zu den Laserdioden (18; 19) eingeschal­ tet sind.

5. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils abgeschaltete Laserdiode (18; 19) mit einer vorzugsweise negativen Spannung (28) in Sperrich­ tung beaufschlagt ist.

6. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Klemme jeder Laserdiode (18; 19) über einen größenordnungsmäßig höheren Widerstand (29; 30) als der Widerstandswert der durchgeschalteten Laserdiode (18; 19) an eine vorzugsweise negative Sperr-Gleichspannung (28) angeschlossen ist.

7. Abstandsmeßgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Klemme jeder Laserdiode (18; 19) über je einen den Hilfsschalter bildenden Transistor (21, 22) an die positive Speisespannung (23) angeschlossen ist.

8. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (21; 22) sowohl von einem Schaltsignal (, ) als auch von einem Regelsignal zur Einhaltung einer vorbestimmten Lichtintensität und vorzugsweise auch zur Ausregelung von Laserdregadationen beaufschlagt ist.

9. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem kombinierten Schalt-Regel-Transistor (21; 22) ein vorzugsweise an seiner Basis von dem Schaltsignal (, ) und vorzugsweise an seinem Kollektor von dem Regel­ signal beaufschlagter Schalttransistor (31; 32) vorge­ schaltet ist.

10. Abstandsmeßgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die negative Zuleitung zu den Laserdioden (18; 19) als Hochfrequenzschalter in der gleichen Richtung wie die Laserdioden (18; 19) gepolte Schaltdioden (24; 25) eingeschaltet sind, welche gemeinsam über die Induktivität (33) eines von der Hochfrequenz-Modulations­ spannung (26, 27) beaufschlagten Hochpaßfilters (33, 34) an den negativen Pol der Speisespannung bzw. Masse ange­ legt sind.

11. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt jeder Schaltdiode (24; 25) mit der Laserdiode (18; 19) bei ausgeschalteter Laserdiode (18; 19) an einer negativen Spannung (28) liegt.

12. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der positiven Zuleitung der Laserdioden (18, 19) und dem negativen Pol der Speisespannung bzw. Masse Hochfrequenz-Entkopplungskondensatoren (35, 36, 37, 38) eingeschaltet sind.

13. Abstandsmeßgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laserdiode (18; 19) eine vorzugsweise inte­ grierte Monitordiode (18′; 19′) zugeordnet ist, welche vorzugsweise über eine in gleicher Richtung wie die Schaltdioden (24, 25) eingeschaltete Diode (39, 40) an den Eingang eines PI-Reglers (41) angeschlossen ist, der vorzugsweise über die Schalt-Regel-Transistoren (21, 22; 31, 32) die Laserdioden (18; 19) auf einen vorbestimmten Intensitätswert einregelt.

14. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem PI-Regler (41) auch ein die Degradation der Laserdioden (18; 19) berücksichtigendes bzw. der Einstel­ lung der Laserdiodenhelligkeit dienendes Sollwertsignal (42) zugeführt wird, und zwar vorzugsweise für jede Laserdiode (18, 19) ein gesondertes Sollwertsignal (S1, S2).