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Die
Erfindung geht aus von einem Entfernungsmessgerät, insbesondere einem als Handgerät ausgebildeten
Laserentfernungsmessgerät,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 103 14 772
A1 ist ein Entfernungsmessgerät bekannt mit einem optischen
Spiegel und einer Justiervorrichtung zum Justieren des optischen
Spiegels, die als Gewindestifte ausgebildete Justierstifte umfasst.
Durch ein Schrauben der Justierstifte kann ein Spiegelträger, an
dem der optische Spiegel befestigt ist, verstellt werden, wobei
der optische Spiegel in einem optischen Pfad für ein Messsignal justiert werden
kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einem Entfernungsmessgerät, insbesondere einem als Handgerät ausgebildeten
Laserentfernungsmessgerät,
mit einem Pfad für
ein Messsignal, einem Mittel zur Bearbeitung des Messsignals und
einer Verstelleinheit zum Bewegen des Mittels.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Verstelleinheit ein elektromechanisches
Element aufweist. Dadurch kann vorteilhaft ein werkzeugloses Bewegen des
Mittels und zusätzlich
ein kompakter Aufbau der Verstelleinheit erreicht werden. Das Messsignal
kann vorteilhafterweise als optisches Signal ausgebildet sein. Eine
alternative Ausbildung des Messsignals als eine Radar- oder Infrarotstrahlung,
ein akustisches Signal oder eine Ultraschallwelle ist außerdem denkbar.
Bei der Bearbeitung des Messsignals kann das Messsignal von dem
Mittel z.B. umgelenkt, geteilt und/oder gedämpft bzw. absorbiert werden. Wenn
das Messsignal ein optisches Signal ist, kann das Mittel vorteilhafterweise
als optisches Umlenkmittel ausgeführt sein, wie z.B. als lichtreflektierendes
Mittel, als Linse, als Strahlenteiler usw. Alternativ kann das Mittel
von weiteren optischen Signalbearbeitungselementen, wie z.B. einer
Blende, einem Trichter, einem Kollimator usw., gebildet sein.
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Es
wird außerdem
vorgeschlagen, dass die Verstelleinheit zum Justieren des Mittels
vorgesehen ist. Dadurch können
feine Positionierungen des Mittels in für eine Messung taugliche Positionen
vorteilhaft durchgeführt
werden. Beispielsweise kann das Messsignal nach einem Justieren
des Mittels eine für eine
Messung gewünschte
Form aufweisen, z.B. eine gewünschte
kollimierte oder fokussierte Form. Wenn das Mittel als Umlenkmittel
ausgebildet ist, kann das Messsignal präzise in eine gewünschte Richtung
ausgerichtet werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
das elektromechanische Element zur Verformung und zum Bewegen des Mittels
durch die Verformung vorgesehen ist. Dadurch können Bewegungen des Mittels
auf kleine Strecken besonders präzise
durchgeführt
werden, was sich insbesondere für
eine feine Justierung des Mittels eignet.
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Ist
das elektromechanische Element ein piezoelektrisches Element, kann
ein kompakter und kostengünstiger
Aufbau der Verstelleinheit erreicht werden. Das piezoelektrische
Element kann von einem piezoelektrischen Kristall oder von einer
piezoelektrischen Keramik gebildet sein.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Entfernungsmessgerät
ein zur Verformung vorgesehenes Trägerelement zum Tragen des Mittels,
das zu einer Verformung durch das elektromechanische Element vorgesehen
ist. Dadurch kann eine geringe Anzahl von beweglichen Teilen für ein Bewegen
des Mittels vorteilhaft erzielt werden, da das Bewegen des Mittels
direkt von dem das Mittel tragenden Trägerelement erzeugt werden kann.
Wenn das elektromechanische Element selbst zur Verformung vorgesehen
ist, kann das elektromechanische Element direkt an dem Trägerelement,
z.B. mit einer Anlagefläche,
befestigt sein.
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Es
wird außerdem
vorgeschlagen, dass das Trägerelement
zu einer Hebelbewegung durch das elektromechanische Element antreibbar
ist. Dadurch kann ein Bewegen des Mittels auf große Strecken
mit einem geringen Energieverbrauch erreicht werden. Das Trägerelement
kann vorteilhafterweise als stabförmiges Element ausgebildet
sein.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass das Mittel von einer Tragefläche des
Trägerelements
getragen ist und das Trägerelement
zu einer Verformung in zumindest zwei Richtungen der Tragefläche vorgesehen
ist. Es kann durch die Tragefläche
eine vorteilhafte Stabilität
des Mittels erreicht werden. Durch eine Verformung in mehrere Richtungen
der Tragefläche
kann eine mehrdimensionale Verstellung, z.B. eine Justierung, erreicht
werden.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Mittel zur
Verformung durch das elektromechanische Element vorgesehen ist.
Dadurch können
feine Bewegungen des Mittels besonders präzise durchgeführt werden.
Wenn das elektromechanische Element selbst zur Verformung vorgesehen
ist, kann das Mittel vorteilhafterweise direkt an dem elektromechanischen
Mittel, z.B. mit einer Anlagefläche,
befestigt sein. Hierdurch kann das elektromechanische Element als
Trägerelement
ausgebildet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante
der Erfindung ist das Mittel von zumindest einem beinförmigen,
das elektromechanische Element aufweisenden Element getragen. Hierdurch
können
translatorische Bewegungen des Mittels auf kleinen Strecken besonders
präzise
erreicht werden. Wenn das Mittel von zumindest zwei beinförmigen Elementen
getragen ist, wobei die beinförmigen
Elemente jeweils ein elektromechanisches Element aufweisen, kann
eine erhöhte
Flexibilität
in einer Positionierung des Mittels erzielt werden. Das beinförmige Element
ist vorzugsweise von einem länglichen
Element gebildet. Dieses liegt vorteilhafterweise mit einer Anlagefläche, die zweckmäßigerweise
quer zur Längsrichtung
des länglichen
Ele ments ausgerichtet ist, an einem Trägerelement zum Tragen des Mittels
oder direkt an dem Mittel an.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass das Entfernungsmessgerät
eine Steuereinheit zum Steuern des elektromechanischen Elements
aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Position des Mittels im
Pfad zumindest teilautomatisch an Bedingungen einer Messung anzupassen.
Durch die Steuereinheit kann ein Bewegen des Mittels während einer
Entfernungsmessung erreicht werden. Insbesondere kann die Präzision der
Entfernungsmessung bei wechselnden Messungsbedingungen gesteigert
werden. Eine Messungsbedingung kann z.B. eine Orientierung eines empfangenen
Messsignals relativ zu einer Empfangsoptik, eine Umgebungstemperatur
oder eine Intensität
eines Umgebungslichts sein. Die Anpassung einer Position des Mittels
an eine Messungsbedingung kann teilautomatisch erfolgen, indem ein
Benutzer die Messungsbedingung, z.B. einen Entfernungsbereich, eingibt
und das Mittel in eine für
die Messungsbedingung vorbestimmte, z.B. vorprogrammierte Stellung
durch die Steuereinheit bewegt wird. Es ist des Weiteren denkbar,
dass die Anpassung an eine Messungsbedingung vollautomatisch erfolgt,
indem abhängig
von einer Ist-Position des Mittels im Pfad das Mittel von dieser
Ist-Position in eine an die Messungsbedingung angepasste Position
bewegt wird.
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Es
kann in diesem Zusammenhang eine vollautomatische Positionsanpassung
des Mittels mit einem besonders einfachen Aufbau erreicht werden, wenn
das Entfernungsmessgerät
eine Empfangseinheit zum Empfangen des Messsignals aufweist, wobei
die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, abhängig von einer Emp fangsinformation
die Position anzupassen. Dabei kann die Empfangsinformation z.B. eine
von der Empfangseinheit erfasste Signalintensität sein.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
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 zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
Entfernungsmessgerät
in einer perspektivischen Darstellung,
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2a ein
Umlenkmittel des Entfernungsmessgeräts auf einer verformbaren Trägerplatte
und ein piezoelektrisches Element,
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2b die
Anordnung aus 2a in einer ersten verformten
Position,
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2c die
Anordnung aus 2a in einer zweiten verformten
Position,
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3 ein
weiteres Umlenkmittel auf einem stabförmigen und verformbaren Trägerelement
und ein piezoelektrisches Element,
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4 ein
alternatives Umlenkmittel auf einem verformbaren Winkelträger und
zwei piezoelektrische Elemente,
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5 ein
alternatives Umlenkmittel und beinförmige Trageelemente und
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6 eine
interne Schaltung des Entfernungsmessgeräts.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein als Laserentfernungsmessgerät 10 ausgeführtes Entfernungsmessgerät, welches
ein Gehäuse 12 aufweist.
Auf einem Träger 18 innerhalb
des Gehäuses 12 sind
eine als Laserdiode ausgeführte
Sendeeinheit 20 zur Erzeugung eines optischen Sendemesssignals
und eine als Fotodiode ausgeführte
Empfangseinheit 22 zum Empfangen eines Empfangsmesssignals
angeordnet. Zur Messung eines Abstands des Laserentfernungsmessgeräts 10 zu
einem entfernten Gegenstand wird im Betrieb des Laserentfernungsmessgeräts 10 ein
Sendemesssignal von der Sendeeinheit 20 über eine
Sendeoptik 24 gesendet. Das von einer Oberfläche des entfernten
Gegenstands reflektierte Sendemesssignal wird über eine Empfangsoptik 26 und
einen Pfad 28 als Empfangsmesssignal von der Empfangseinheit 22 empfangen.
Im Pfad 28 ist ein Mittel 30 zur Verarbeitung
des Empfangsmesssignals angeordnet, das im betrachteten Ausführungsbeispiel
als Umlenkmittel zum Umlenken des Empfangsmesssignals ausgebildet
ist. Das Mittel 30 ist in einer Verstelleinheit 32 angeordnet,
die mit in den folgenden Figuren gezeigten elektromechanischen Elementen
zum Bewegen des Mittels 30 versehen ist. Die Verstelleinheit 32 wird
im Betrieb des La serentfernungsmessgeräts 10 von einer Steuereinheit 34 gesteuert.
Aus einem zwischen dem Sendemesssignal und dem Empfangsmesssignal
durchgeführten
Phasenvergleich kann eine Lichtlaufzeit ermittelt und über die
Lichtgeschwindigkeit der gesuchte Abstand bestimmt werden.
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Die 2a, 2b, 2c zeigen
das als Umlenkmittel ausgeführte
Mittel 30, das von einem als Trägerplatte ausgebildeten Trägerelement 36 getragen
ist. Das Trägerelement 36 ist
von einem Elastomer gebildet und mit einer reflektierenden Schicht beschichtet,
welche das Mittel 30 bildet. Zur Verformung des Trägerelements 36 ist
ein als piezoelektrisches Element ausgebildetes elektromechanisches Element 38 der
Verstelleinheit 32 vorgesehen, das an das Trägerelement 36 geklebt
ist. Durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zwei
Kontaktstellen des elektromechanischen Elements 38, das durch
elektrische Verbindungen 44, 46 mit der Steuereinheit 34 verbunden
ist, wird eine mechanische Verformung des elektromechanischen Elements 38 erzeugt.
Bei dieser Verformung wird das an dem elektromechanischen Element 38 anliegende
Trägerelement 36 mit
der als Mittel 30 ausgebildeten reflektierenden Schicht
verformt. 2b zeigt die in 2a gezeigte
Anordnung nach einem Anlegen einer elektrischen Spannung. In 2c ist
diese Anordnung nochmals dargestellt, und zwar nach einem Anlegen
einer Spannung mit umgekehrter Polarität.
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In 3 ist
eine alternative Ausführungsform eines
Trägerelements 48 für ein Umlenkmittel
dargestellt. Das Trägerelement 48 ist
von einem stabförmigen
Elastomer gebildet, das an einem Ende mit einer reflektierenden
Schicht beschichtet ist, welche als Mittel 52 zum Umlenken
des Empfangsmesssignals ausgeführt
ist. An einem anderen Ende des stabförmigen Trägerelements 48 ist
ein als piezoelektrisches Element ausgeführtes elektromechanisches Element 56 der
Verstelleinheit 32 geklebt, welches über nicht gezeigte elektrische
Verbindungen mit der Steuereinheit 34 elektrisch verbunden
ist. Durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung wird eine Ausdehnung
des elektromechanischen Elements 56 induziert, welche wiederum
eine Hebelbewegung des Trägerelements 48 in
einer Richtung 66 erzeugt. Wenn eine elektrische Spannung
mit umgekehrter Polarität
angelegt wird, werden eine Kontraktion des elektromechanischen Elements 56 und
mit dieser eine Hebelbewegung des Trägerelements 48 in
einer der Richtung 66 entgegengesetzten Richtung erzeugt.
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Eine
weitere Ausführungsform
eines Trägerelements 68 für ein Umlenkmittel
ist in 4 in einer Draufsicht dargestellt. Dieses ist
von einem winkelförmigen
Elastomer gebildet, auf dem eine als Mittel 70 ausgebildete
reflektierende Platte angeordnet ist. Diese liegt an einer Tragefläche 72 des
Trägerelements 68 an
und ist an zwei Klebestellen 74, 76 an das Trägerelement 68 geklebt.
An einer der Tragefläche 72 gegenüberliegenden
Seite des Trägerelements 68 sind
zwei als piezoelektrische Elemente ausgebildete elektromechanische
Elemente 78, 80 der Verstelleinheit 32 geklebt,
die jeweils an einer Kontaktstelle 82 bzw. 84 und über eine
nicht gezeigte elektrische Verbindung an die Steuereinheit 34 elektrisch
angeschlossen sind. Die elektromechanischen Elemente 78, 80,
die aneinander grenzen, sind außerdem über einen
gemeinsamen Massenanschluss 86 an eine Masseleitung der
Verstelleinheit 32 angeschlossen. Durch ein Anlegen einer
elektrischen Span nung an einer der Kontaktstellen 82, 84 wird eine
Verformung des entsprechenden elektromechanischen Elements 78 bzw. 80 induziert.
Dies erzeugt eine Verformung des Trägerelements 68 in
einer Richtung 88 bzw. 90, wobei eine Hebebewegung
des Mittels 70 relativ zur Tragefläche 72 erzeugt wird.
In einer Ausführungsvariante
ist denkbar, dass die elektromechanischen Elemente 78, 80 voneinander
getrennt an dem Trägerelement 68 anliegen.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
eines Mittels 92 zum Umlenken des Empfangsmesssignals.
Dieses ist von einer reflektierenden Platte gebildet, die von drei
beinförmigen
Elementen getragen ist. Die beinförmigen Elemente sind jeweils von
einem als piezoelektrisches Element ausgeführten elektromechanischen Element 94 bzw. 96, 98 der Verstelleinheit 32 gebildet,
das an einer Trageplatte 100 einerseits und an der reflektierenden
Platte andererseits durch ein Kleben befestigt ist. Außerdem sind
die elektromechanischen Elemente 94, 96, 98 jeweils
an einer Kontaktstelle über
eine elektrische Verbindung 108 bzw. 110, 112 (6)
mit der Steuereinheit 34 elektrisch verbunden und über ihre
Klebeverbindung an eine Masseleitung der Trageplatte 100 angeschlossen.
Durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung an einer der Kontaktstellen
wird eine Ausdehnung oder eine Kontraktion des entsprechenden elektromechanischen
Elements 94 bzw. 96, 98 induziert, wobei
ein Bewegen des Mittels 92 erzeugt wird.
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Eine
interne Schaltung des Laserentfernungsmessgeräts 10 ist in 6 schematisch
dargestellt. Zu erkennen sind die als Fotodiode ausgebildete Empfangseinheit 22,
die Steuereinheit 34 und das als reflektierende Platte
ausgebildete Mittel 92 zum Umlenken des Empfangsmesssignals.
An dem Mittel 92 einerseits und an der Trageplatte 100 andererseits
sind die elektromechanischen Elemente 94, 96, 98 befestigt.
Diese sind jeweils über
eine der elektrischen Verbindungen 108, 110, 112 mit
der Steuereinheit 34 elektrisch verbunden. Bei einer Messung
einer Entfernung zu einem ersten Messobjekt wird ein Empfangsmesssignal über die
Empfangsoptik 26 (1) und einen
Pfad 116 von der Empfangseinheit 22 empfangen.
In dieser Konfiguration fällt
das vom Mittel 92 umgelenkte Empfangsmesssignal parallel zu
einer optischen Achse 118 der Empfangseinheit 22 auf
die Empfangseinheit 22. Bei einer Messung einer Entfernung
zu einem zweiten Messobjekt wird das Empfangsmesssignal, z.B. aufgrund
eines Parallaxeneffekts, über
einen Pfad 122 von der Empfangseinheit 22 empfangen,
der einen Winkel α mit
der optischen Achse 118 der Empfangseinheit 22 bildet. Hierdurch
kann nur eine Fraktion einer Lichtintensität des Empfangsmesssignals von
der Empfangseinheit 22 erfasst werden. Um diese Verminderung
der erfassten Lichtintensität
auszugleichen, kann das Mittel 92 verstellt werden, indem
die Steuereinheit 34 durch ein Anlegen von elektrischen
Spannungen über
die elektrischen Verbindungen 108, 110, 112 Verformungen
der elektromechanischen Elemente 94, 96, 98 erzeugt.
Dieses Verstellen kann auf eine vollautomatische Weise erfolgen.
Hierzu ist die Empfangseinheit 22 mit der Steuereinheit 34 über einen
Anschluss 124 verbunden. Bei einer Messung wird ein elektrisches Signal
in Form einer elektrischen Spannung V, die proportional zur von
der Empfangseinheit 22 erfassten Lichtintensität ist, über den
Anschluss 124 auf die Steuereinheit 34 gegeben.
Wenn die von der Empfangseinheit 22 erfasste Lichtintensität bzw. die
auf die Steuereinheit 34 gegebene Spannung V unter eine
vorbestimmte Schwelle sinkt, wird das Mittel 92 von der
Steuereinheit 34 verstellt, bis die erfasste Lichtintensität bzw. die
Spannung V die vorbestimmte Schwelle wieder erreicht.
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- 10
- Laserentfernungsmessgerät
- 12
- Gehäuse
- 18
- Träger
- 20
- Sendeeinheit
- 22
- Empfangseinheit
- 24
- Sendeoptik
- 26
- Empfangsoptik
- 28
- Pfad
- 30
- Mittel
- 32
- Verstelleinheit
- 34
- Steuereinheit
- 36
- Trägerelement
- 38
- elektromechanisches
Element
- 44,
46
- Verbindung
- 48
- Trägerelement
- 52
- Mittel
- 56
- elektromechanisches
Element
- 66
- Richtung
- 68
- Trägerelement
- 70
- Mittel
- 72
- Tragefläche
- 74,
76
- Klebestelle
- 78,
80
- elektromechanisches
Element
- 82,
84
- Kontaktstelle
- 86
- Massenanschluss
- 88,
90
- Richtung
- 92
- Mittel
- 94,
96,
- elektromechanisches
- 98
- Element
- 100
- Trageplatte
- 108,
- Verbindung
- 110,
112
-
- 116
- Pfad
- 118
- optische
Achse
- 122
- Pfad
- 124
- Anschluss
- V
- Spannung
- α
- Winkel