DE102017200726B4

DE102017200726B4 - Mobiles Telekommunikationsendgerät mit einem Sensor zur Messung der Luftqualität und Verfahren zur Messung der Luftqualität mit einem mobilen Telekommunikationsendgerät

Info

Publication number: DE102017200726B4
Application number: DE102017200726.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Pinter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2037-01-19
Also published as: DE102017200726A1

Abstract

Mobiles Telekommunikationsendgerät (6) mit einem Gehäuse (12), wobei das mobile Telekommunikationsendgerät (6) einen, Sensor (1) zur Messung der Luftqualität mit einer Strahlquelle (2) zur Erzeugung eines Primärstrahls, einer Strahlformungseinrichtung (3) zur Manipulation des Primärstrahls und einem Strahldetektor (5) zur Detektion eines aus dem Primärstrahl durch Reflexion an Partikeln hervorgegangenen Sekundärstrahls aufweist, wobei die Strahlquelle (2) ein selbstinterferierender Laseremitter ist,dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformungseinrichtung (3) ein Linsenelement und/oder ein Parabolspiegelelement umfasst, und/oder dass der Sensor (1) eine Strahlablenkungseinrichtung (4) zur Ablenkung des Primärstrahls entlang eines vorbestimmten Pfades umfasst,wobei in dem Gehäuse (12) ein Aktuator (7) zur Erzeugung von Vibrationen und/oder ein Lautsprecher (8) zur Erzeugung von Schallwellen angeordnet sind,wobei die Strahlquelle (2), die Strahlformungseinrichtung (3) und/oder die Strahlablenkungseinrichtung (4) an dem Aktuator (7) und/oder dem Lautsprecher (8) angeordnet ist und/oder wobei die Strahlquelle (2), die Strahlformungseinrichtung (3) und/oder die Strahlablenkungseinrichtung (4) in den Aktuator (7) und/oder den Lautsprecher (8) integriert ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem mobilen Telekommunikationsendgerät mit einem Sensor zur Messung der Luftqualität nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 10 2015 207 289 A1 beschreibt einen verwandten Sensor.
Die Luftqualität ist ein bedeutsamer Faktor für die menschliche Gesundheit und gerade in Großstädten ist die Luftqualität heutzutage oft derartigen Schwankungen unterworfen, dass eine genaue Messung notwendig ist.
Sensoren zur Messung der Luftqualität sind bereits bekannt und messen durch Bestimmung einer Anzahl von Partikeln, z.B. (Fein-)Staubpartikel und/oder Schmutzpartikel, in einem Luftvolumen die Luftqualität. Dazu wird beispielsweise durch eine Strahlquelle ein Lichtstrahl erzeugt, der in einer Scanbewegung durch ein Luftvolumen geführt wird, und die Reflexionen an den Partikeln in dem Luftvolumen von einem Strahldetektor detektiert. Dabei werden bisher die Strahlquelle und ein Strahldetektor getrennt voneinander vorgesehen. Dies ist nachteilig, da zum einen ein erhöhter Bauraumbedarf entsteht und zum anderen der Strahldetektor oft auch sensitiv auf Umgebungslichtbedingungen reagiert, da er nicht zwischen dem durch die Strahlquelle erzeugten Lichtstrahl und sonstigen Lichstrahlen unterscheiden kann, wodurch die Messergebnisse beeinträchtigt werden. Ferner werden die Messungen in Folge von Ablagerungen auf dem Strahldetektor üblicherweise mit der Zeit ungenauer und bedingt durch den Aufbau erfolgt die Messung zeitverzögert.
Zudem sind die bekannten Sensoren im Regelfall stationär. Es wäre, insbesondere in Großstädten, vor allem in solchen, in denen die offiziellen Messwerte möglicherweise ungenau sind oder nur in vorbestimmten Zeitintervallen veröffentlicht werden, wünschenswert, mit vorhandenen mobilen Telekommunikationsendgeräten die Luftqualität ad hoc zu messen. Neben der Größe der bekannten Sensoren steht dem bisher entgegen, dass die zur Erzeugung der Scanbewegung erforderliche Strahlablenkungseinrichtung, z.B. ein Spiegel, aktiv durch einen Motor gesteuert werden muss, was unter anderem die Herstellungkosten des Sensors derart erhöht, dass eine Implementierung in eine mobiles Telekommunikationsendgerät unwirtschaftlich ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor zur Messung der Luftqualität vorzuschlagen, wobei der Sensor kompakt aufgebaut ist, derart, dass er in mobilen Telekommunikationsendgeräten eingebaut werden kann, wobei er Sensor genau misst und unempfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen ist.
Das mobile Telekommunikationsendgerät und das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Luftqualität gemäß dem nebengeordneten Anspruch haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass der Sensor sehr bauraumkompakt aufgebaut ist, preiswert herstellbar ist, eine präzise und robuste Messung der Luftqualität ermöglicht und auf Grund seiner geringen Größe eine Integration in ein Telekommunikationsendgerät gestattet, welches somit eine mobile Messung der Luftqualität ermöglicht. Die Messung der Luftqualität mit dem erfindungsgemäßen Sensor bzw. dem erfindungsgemäßen Telekommunikationsendgerät erfolgt robust, d.h. weitgehend unabhängig von Umgebungsbedingungen, schnell und präzise.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Strahlquelle zur Erzeugung eines Lichstrahls vorgesehen ist, wobei der Primärstrahl ein Lichtstrahl ist. Eine Strahlquelle ist also im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere eine Vorrichtung, die einen optischen Strahl erzeugt, d.h. einen Lichtstrahl mit wenigstens einer Wellenlänge im sichtbaren und/oder nichtsichtbaren Wellenlängenbereich.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass ein optischer Sensor bereitgestellt wird. Dies ermöglicht eine zerstörungsfreie und einfache Messung. Anhand der von dem Strahldetektor detektierten Signale können die Anzahl und/oder Größe der Partikel in der Luft bestimmt werden, was ein Maß für die Luftqualität darstellt.
Erfindungsgemäß ist die Strahlquelle ein selbstinterferierender Laseremitter. Ein solcher selbstinterferierender Laseremitter ist im Regelfall ein Halbleiterlaser, insbesondere ein Oberflächenemitter (engl. vertical-cavity surface-emitting laser, kurz VCSEL). Dabei wird aus einem Halbleitermaterial senkrecht zu dessen Oberfläche ein Laserstrahl erzeugt. Der selbstinterferierende Laseremitter ist dabei zugleich als Strahldetektor vorgesehen, wobei ein zurückreflektierter Strahl, also der Sekundärstrahl, mit dem Primärstrahl in dem selbstinterferierenden Laseremitter interferiert. Diese (Selbst-)Interferenz wird detektiert, woraus dann mit Hilfe des Doppler-Effektes auf die Entfernung zu dem reflektierenden Objekt, hier also dem Partikel, geschlossen werden kann. Vorzugsweise ist der selbstinterferierende Laseremitter zur Erzeugung eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge im Bereich von 650nm bis 2000nm konfiguriert, besonders bevorzugt im Bereich von 650nm bis 1300nm. Ein solcher selbstinterferierender Laseremitter ist vorteilhafterweise sehr kompakt aufgebaut, da kein separater Strahldetektor benötigt wird. Durch die laserbasierte Messung, die einen sehr kleinen Fokusbereich erlaubt, wird zudem in vorteilhafter Weise eine schnelle und präzise Messung ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Strahldetektor eine Photodiode ist, wobei der selbstinterferierende Laseremitter die Photodiode umfasst, wobei die Photodiode insbesondere in den selbstinterferierenden Laseremitter integriert ist.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass auf einen externen Strahldetektor verzichtet werden kann, die Strahlquelle also als Strahldetektor fungiert, wodurch der Bauraumbedarf deutlich gesenkt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Strahlformungseinrichtung ein Linsenelement und/oder ein Parabolspiegelelement umfasst. Besonders bevorzugt umfasst das Linsenelement wenigstens eine Sammellinse.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass eine besonders einfache Fokussierung des Primärstrahls und/oder des Sekundärstrahls mit per se bekannten Mitteln ermöglicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Sensor eine Strahlablenkungseinrichtung zur Ablenkung des Primärstrahls entlang eines vorbestimmten Pfades umfasst, wobei die Strahlablenkungseinrichtung vorzugsweise ein beweglicher Spiegel ist, besonders bevorzugt ein Mikrospiegel, ganz besonders bevorzugt ein Polygonspiegel.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass eine zur Abtastung eines Luftvolumens mittels des Primärstrahls, der hier ein Laserstrahl ist, nötige Scanbewegung in einfacher Weise durch Reflexion erzeugt wird, wobei ein Mikrospiegel vorteilhafterweise lediglich einen geringen Bauraumbedarf aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung - insbesondere des erfindungsgemäßen mobilen Telekommunikationsendgerätes - ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine Öffnung aufweist, durch die der Primärstrahl aus dem mobilen Telekommunikationsendgerät ausleitbar ist. Besonders bevorzugt ist die Öffnung durch ein optisch transparentes Material wenigstens teilweise verschlossen und/oder verschließbar. Besonders bevorzugt ist das optisch transparene Material in dem Wellenlängenbereich des Primärstrahls im Wesentlichen vollständig transparent und/oder im Wesentlichen intransparent für andere Wellenlängenbereiche. Das erfindungsgemäße mobile Telekommunikationsendgerät ist vorzugsweise ein Mobiltelefon, aber auch andere mobile Telekommunikationsendgeräte sind vorstellbar, beispielsweise ein Laptopcomputer, ein Tabletcomputer, ein Navigationsgerät, eine sogenannte Smartwatch, also eine kommunikationsfähige Uhr, und dergleichen.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass der Primärstrahl die Luftqualität in der Umgebung des mobilen Telekommunikationsendgerätes messen kann. Durch das optisch transparente Material wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass der Primärstrahl und der Sekundärstrahl ungehindert aus dem Gehäuse aus- bzw. eintreten können, wobei das mobile Telekommunikationsendgerät geschützt bleibt vor Schmutz und/oder Flüssigkeiten. Insbesondere kann somit eine Luftqualitätsmessung erfolgen mit einem flüssigkeitsdichten mobilen Telekommunikationsendgerät.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse ein Aktuator zur Erzeugung von Vibrationen und/oder ein Lautsprecher zur Erzeugung von Schallwellen angeordnet sind, wobei der Aktuator vorzugsweise ein Linearaktuator und/oder ein Vibrationsmotor ist, wobei der Vibrationsmotor insbesondere zur Erzeugung kreisförmiger Vibrationen vorgesehen ist.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass zur Erzeugung der Scanbewegung des Primärstrahl Bauteile verwendet werden können, die ohnehin in der Regel in jedem mobilen Telekommunikationsendgerät vorhanden sind. Hierdurch kann der Bauraumbedarf und die Herstellungskosten des Sensors bzw. des mobilen Telekommunikationsendgerätes vorteilhafterweise gesenkt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Strahlquelle, die Strahlformungseinrichtung und/oder die Strahlablenkungseinrichtung an dem Aktuator und/oder dem Lautsprecher angeordnet ist und/oder dass die Strahlquelle, die Strahlformungseinrichtung und/oder die Strahlablenkungseinrichtung in den Aktuator und/oder den Lautsprecher integriert ist.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass zur Erzeugung der Scanbewegung in besonders einfacher Weise Bewegungen von Bauteilen des mobilen Telekommunikationsendgerätes auf die entsprechenden Elemente des Sensors übertragen werden. Es ist dabei klar, dass es im Prinzip ausreicht, eines der Bauteile in Schwingungen zu versetzen, um eine, insbesondere periodische, Scanbewegung zu erzeugen. Um eine präzise Strahlführung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn mehrere Elemente abgestimmt aufeinander bewegt werden. Beispielsweise kann die Strahlquelle zu Schwingungen angeregt werden, wobei dann vorzugsweise auch die Strahlformungseinrichtung synchron zu Schwingungen angeregt wird, um eine definierte Primär- und/oder Sekundärstrahlbewegung zu erreichen. Durch Integration in den Aktuator und/oder den Lautsprecher ist eine besonders einfache und zuverlässige Schwingungsanregung möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung - insbesondere des erfindungsgemäßen mobilen Telekommunikationsendgerätes - ist vorgesehen, dass die Strahlablenkungseinrichtung, insbesondere über Federelemente, derart beweglich in dem Gehäuse angeordnet ist, dass die Strahlablenkungseinrichtung durch den Aktuator und/oder den Lautsprecher zu Schwingungen anregbar ist.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass die Strahlquelle fest in dem Gehäuse anordenbar ist und die Erzeugung der Scanbewegung, wie konventionell üblich, durch eine bewegliche Strahlablenkungseinrichtung erfolgt. Durch die passive Schwingungsanregung durch den Aktuator bzw. den Lautsprecher ist es vorteilhaft möglich, auf den zusätzlichen Bauraum eines aktiven Antriebs wie eines Motors zur Verstellung der Strahlablenkungseinrichtung zu verzichten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung - insbesondere des erfindungsgemäßen mobilen Telekommunikationsendgerätes - ist vorgesehen, dass die Strahlquelle, die Strahlformungseinrichtung und/oder die Strahlablenkungseinrichtung an einem passiven Schwingungselement angeordnet ist, insbesondere an einem Biegebalken und/oder einer Blattfeder, wobei das passive Schwingungselement derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass es durch den Aktuator und/oder den Lautsprecher zu Schwingungen anregbar ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das passive Schwingungselement derart ausgelegt ist, dass eine Eigenfrequenz des Schwingungselements ein Vielfaches einer Eigenfrequenz des Aktuators und/oder des Lautsprechers entspricht. Ganz besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass an dem Schwingungselement wenigstens eine Zusatzmasse derart angebracht ist, dass abhängig vom Einbauort des Schwingungselements im Gehäuse eine erwünschte Schwingungsanregung erzielt wird.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass ohne Veränderung der bekannten Aktuatoren und/oder Lautsprecher eine Schwingungsanregung in einfacher Weise durch ein Schwingungselement erfolgt, welches durch den Aktuator und/oder den Lautsprecher zu Schwingungen angeregt wird. Dabei ist es vorteilhafterweise möglich, die Schwingungen, und damit die Scanbewegung des Primärstrahls, durch Beeinflussung des Schwingungsverhaltens des passiven Schwingungselements zu steuern. Diese Beeinflussung des Schwingungsverhaltens kann beispielsweise durch Wahl des Einbauortes und durch die Auslegung der Massenverteilung des Schwingungselements erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung - insbesondere des erfindungsgemäßen mobilen Telekommunikationsendgerätes - ist vorgesehen, dass die Strahlformungseinrichtung derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass die Strahlformungseinrichtung durch den Aktuator und/oder den Lautsprecher zu Schwingungen anregbar ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Brennweite und/oder ein Fokus der Strahlformungseinrichtung durch die Schwingungen veränderlich ist.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass durch Bewegung der Strahlformungseinrichtung, beispielsweise in Strahlrichtung vor und zurück, eine Verschiebung des Brennpunktes erfolgt, wodurch der Fokus des Primärstrahls eine Scanbewegung in Strahlrichtung durchführt, also insbesondere in der Tiefe des Luftvolumens, nicht in einer Richtung senkrecht zu der Strahlausbreitungsrichtung. Dem Fachmann ist dabei klar, dass auch eine Kombination der Schwingungsanregungen möglich ist, um somit eine beliebig ausgerichtete, insbesondere auch dreidimensionale, Scanbewegung des Primärstrahls zu ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung - insbesondere des erfindungsgemäßen Verfahrens - ist vorgesehen, dass der Primärstrahl aus der Öffnung aus dem mobilen Telekommunikationsendgerät ausgeleitet wird.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass das Luftvolumen in der, insbesondere unmittelbaren, Umgebung des mobilen Telekommunikationsendgerätes gescannt und somit die Luftqualität gemessen wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen

1 einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Ansicht,
2a und 2b, 3a und 3b sowie 4a und 4b einen bekannten Aktuator zur Erzeugung von Vibrationen in einem mobilen Telekommunikationsendgerät gemäß einer möglichen Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht und in einer Explosionsdarstellung,
5a und 5b ein passives Schwingungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht,
6 eine beweglich angeordnete Strahlablenkungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht,
7 eine beweglich angeordnete Strahlablenkungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Schnittansicht,
8, 9, 10 und 11 ein mobiles
Telekommunikationsendgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht,
12a und 12b einen Aktuator zur Erzeugung von Vibrationen in einem mobilen Telekommunikationsendgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht und in einer Explosionsdarstellung,
13 einen Sensor und einen Aktuator zur Erzeugung von Vibrationen in einem mobilen Telekommunikationsendgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht,
14a und 14b und 15a und 15b einen Aktuator zur Erzeugung von Vibrationen in einem mobilen Telekommunikationsendgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht und in einer Explosionsdarstellung,
16 und 17 ein mobiles Telekommunikationsendgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht.

Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist ein Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Ansicht dargestellt. Der Sensor 1 zur Messung der Luftqualität umfasst eine Strahlquelle 2, die einen Primärstrahl, d.h. einen Lichtstrahl, erzeugt. Dieser wird durch eine Strahlformungseinrichtung 3, hier eine Sammellinse, gebündelt und auf eine Strahlablenkungseinrichtung 4 gelenkt. Diese Strahlablenkungseinrichtung 4 ist hier als beweglicher Mikrospiegel ausgeführt, der gezielt verstellt werden kann. Somit wird eine Bewegung des Primärstrahls erzeugt. Diese Bewegung ist dabei derart vorgesehen, dass ein Bereich, der Scanbereich 100, von dem Primärstrahl abgetastet wird. Daher spricht man auch von einer Scanbewegung oder Abtastbewegung.
Der Scanbereich 100 liegt in einem Luftvolumen. Der Primärstrahl wird dort an in der Luft vorhanden Partikeln, also insbesondere nicht an Luftmolekülen, sondern Schmutzpartikeln, Staub- und/oder Feinstaubpartikeln, Pollen, u.ä., reflektiert, wodurch ein Sekundärstrahl erzeugt wird. Dieser wird wenigstens teilweise wieder auf die Strahlablenkungseinrichtung 4 geworfen und von dort in einen Strahldetektor 5, der den Sekundärtstrahl detektiert. Mit Hilfe einer hier nicht dargestellten, insbesondere logischen, Auswerteeinheit kann daraus auf die Größe und/oder die Anzahl der Partikel in der Luft geschlossen werden, was ein Maß für die Luftqualität darstellt.
Erfindungsgemäß ist die Strahlquelle 2 nun als selbstinterferierender Laseremitter ausgeführt. Dies ist ein Laser, der einen Laserstrahl als Primärstrahl erzeugt. Der selbstinterferierende Laseremitter umfasst hier ferner den Strahldetektor 5 in Form einer Photodiode. Der Sekundärstrahl inteferiert in der Kavität des selbstinterferierenden Laseremitters mit dem Primärstrahl. Diese Interferenz wird gemessen, woraus mit Hilfe des Doppler-Effektes auf die Entfernung und/oder Geschwindigkeit der Partikel geschlossen werden kann.
Durch die Integration von Strahlquelle 2 und Strahldetektor 5 wird ein sehr kompakter Sensor 1 bereitgestellt, der über die Laufzeit des Lichts und damit quasi verzögerungsfrei misst.
In den 2a und 2b, 3a und 3b sowie 4a und 4b ist jeweils ein bekannter Aktuator 7 zur Erzeugung von Vibrationen in einem mobilen Telekommunikationsendgerät 6 gemäß einer möglichen Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht und in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Der in 2 dargestellte Aktuator 7 ist zur Erzeugung kreisförmiger Bewegung, d.h. Vibrationen in der x-z-Ebene vorgesehen, wobei die x-z-Ebene hier parallel zu einer Haupterstreckungsebene eines mobilen Telekommunikationsendgerätes, zum Beispiel eines Mobiltelefons, angeordnet ist. Dazu sind in einem Motorgehäuse 71, das über eine Stromanschluss 72 mit Energie versorgt und mittels einer Halterung 77, hier als selbstklebende Halterung 77 ausgeführt, in einem Gehäuse 12 des mobilen Telekommunikationsendgerätes 6 befestigt werden kann, über eine Motorwelle 73 verschiedene, im Folgenden erläuterte Elemente, gelagert.
Mit der Motorwelle 73 ist zur Steuerung eine Platine 82 verbunden sowie zur Energieversorgung von Spulen 75, die über ein Lager 76 beweglich an der Motorwelle 73 gelagert sind, Schleifringe 74, z.B. Edelmetallschleifringe. Ferner ist mit der Motorwelle 73 ein Magnet 78, beispielsweise ein Neodymiummagnet, verbunden. Auf dem Lager 76 ist ein Kommutator 81 gelagert, der Schaltkreise 80 aufweist. Der Kommutator 81 wirkt dabei mit den Schleifringen 74 zur Energieübertragung zusammen. Die Spulen 75 sind dabei in eine Masse 85 integriert, die wiederum mit dem Kommutator 81, den Schaltkreisen 80 und einer Exzentermasse, d.h. einem Gegenwicht 79, verbunden ist.
Durch die Anordnung wird also bei Anlegen eines Stromes die Masse 85 durch das Zusammenwirken der von den Spulen 75 erzeugten, und dank des Kommutators 81 bei jeder Umdrehung umgepolten, Magnetfelder mit dem von dem Magneten 78 erzeugten Magnetfeld in kreisförmige Bewegungen versetzt, die sich auf das Gehäuse 12 des mobilen Telekommunikationsendgerätes 6 übertragen. Die Masse 85 fungiert also als Rotor. Somit können auch indirekt oder direkt Elemente des Sensors 1, der erfindungsgemäß in dem mobilen Telekommunikationsendgerät 6, d.h. in dem Gehäuse 12, angeordnet ist, zu Schwingungen angeregt werden, wodurch eine Scanbewegung erzeugt werden kann. Ein separater Motor zur Erzeugung einer Bewegung der Strahlablenkungseinheit 4 entfällt somit vorteilhafterweise.
In den 3a und 3b ist ein Aktuator 7 zur Erzeugung von linearen Bewegungen parallel zu einer Achse, hier der y-Achse, dargestellt. Prinizpiell ähnelt dieser Aktuator 7 dem im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Aktuator, weswegen auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Der Aktuator 7 umfasst hier eine Wellfeder 84, die auf die bewegliche Masse 85 wirkt, die wiederum durch einen Magneten 78 bewegt wird. Somit wird durch den Magneten 78 und die Wellfeder 84 eine Schwingung in einer Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene des Motorgehäuses 71 erzeugt.
Der in den 4a und 4b dargestellte Aktuator 7 erzeugt wiederum Schwingungen in eine z-Richtung, hier nach oben in der Zeichenebene. Auch dieser Aktuator 7 entspricht prinzipiell den zuvor erläuterten Aktuatoren 7, weswegen auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Hier allerdings ist die Masse 85 über Federn und eine Führung in dem Motorgehäuse 71 senkrecht geführt, d.h. bei Anregung der Spule 75 durch den Magneten 78 führt die Masse 85 eine lineare Bewegung in z-Richtung durch.
In den 5a und 5b ist ein passives Schwingungselement 9 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht dargestellt. Das Schwingungselement 9 ist hier als Schwingungsbalken ausgeführt. Dieser ist mit seinem hier links in der Zeichnung abgebildeten Ende fest in dem Gehäuse 12 angeordnet. Der Schwingungsbalken kann bei Anregung senkrecht zu seiner Haupterstreckungsebene schwingen. In 5a ist dies eine Bewegung parallel zu der Zeichenebene, in 5b ist es eine Bewegung senkrecht zu der Zeichenebene, wie durch entsprechende Pfeile angedeutet wird. Auf dem Schwingungsbalken ist ein Sensor 1 zur Messung der Luftqualität angeordnet, wie er prinzipiell im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde. Die Strahlquelle 2 und der Strahldetektor 5, also der selbstinterferierende Laseremitter, sind auf dem Schwingungselement 9 angeordnet und erzeugen einen Primärstrahl, der durch die Strahlformungseinrichtung 3 geformt, z.B. fokussiert, wird. Durch die anregbare Schwingung des Schwingungselements 9 schwingen auch der selbstinterferierende Laseremitter und die Strahlformungseinrichtung 3. Dadurch wird eine Scanbewegung erzeugt, ohne dass es einer eigenen Strahlablenkungseinrichtung 4 bedarf. Da das passive Schwingungselement 9 beispielsweise durch üblicherweise ohnehin in mobilen Telekommunikationsendgeräten vorhandene Aktuatoren 7 und/oder Lautsprechern 8 zu Schwingungen anregbar ist, kann auf einen zusätzlichen Antrieb verzichtet werden.
Um die Schwingungen des Schwingungselements 9 so zu gestalten, dass sie gleichmäßig sind und keine Resonanzkatastrophe auftritt, kann das Schwingungsverhalten des passiven Schwingungselements 9 gezielt durch den Einbauort und durch die Anbringung von Zusatzmassen 11 beeinflusst werden. Ferner können auch der Aktuator 7 und/oder der Lautsprecher 8 derart gesteuert werden, dass Schwingungen wenigstens einer bestimmten Frequenz erzeugt werden.
In 6 ist eine beweglich angeordnete Strahlablenkungseinrichtung 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht dargestellt. Alternativ oder zusätzlich zu der Ausführungsform gemäß 5 kann auch die Strahlablenkungseinrichtung 4 beweglich, insbesondere schwingungsfähig, in dem Gehäuse 12 gelagert sein. Dies ist hier beispielhaft dargestellt. Dabei ist ein Rahmen vorgesehen, an dem über Federn 10, z.B. Torsionsfedern, die Strahlablenkungseinheit 4 beweglich aufgehängt ist. Die Strahlablenkungseinrichtung 4 ist dabei beispielsweise ein Mikrospiegel oder eine wenigstens teilweise verspiegelte Folie. Zur Verstärkung einer Schwingung ist dabei hier an einer Seite der Strahlablenkungseinrichtung 4 eine Zusatzmasse 11 angeordnet. Bei einer Schwingungsanregung parallel zu der hier eingezeichneten z-Richtung, also senkrecht zu der Zeichenebene, führt die Strahlablenkungseinrichtung 4 eine Schwingung um die x-Achse durch. Dadurch wird ein auf die Strahlablenkungseinrichtung gelenkter Primärstrahl in einer Scanbewegung in y-Richtung abgelenkt. Zusätzlich ist noch eine Schnittlinie A - A' eingezeichnet.
In 7 ist eine beweglich angeordnete Strahlablenkungseinrichtung 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Dabei entspricht die Darstellung einem Schnitt entlang der A - A' Schnittlinie aus 6. Jedoch ist hier eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der die Zusatzmasse 11 derart an der Strahlablenkungseinrichtung 4 angeordnet ist, dass bei einer Erregung in y-Richtung eine Torsionsschwingung um die A-A`, also parallel zu der x-Achse, erfolgt.
In 8, 9, 10 und 11 ist jeweils ein mobiles Telekommunikationsendgerät 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht dargestellt. In allen Ausführungsformen umfasst das mobile Telekommunikationsendgerät 6 ein Gehäuse 12, welches hier der Übersichtlichkeit halber lediglich schematisch als Rahmen angedeutet ist. Das Gehäuse 12 weist eine Öffnung 13 auf, durch die ein Primärstrahl aus dem Gehäuse 12 ausleitbar ist, um einen Scanbereich 100 in der Umgebungsluft abzutasten. Dabei unterscheiden sich die Ausführungsformen in der Art der Erzeugung der Scanbewegung.
In der in 8 dargestellten Ausführungsform weist das mobile Telekommunikationsendgerät 6 einen Aktuator 7 zur Erzeugung von Vibrationen auf. Derartige Vibrationen werden üblicherweise eingesetzt, um in einem lautlosen Modus, in dem ein Lautsprecher 8 stumm geschaltet ist, das Eingehen eines Anrufes oder einer Nachricht oder sonstigen Mitteilungen von Anwendungen des mobilen Telekommunikationsendgerätes 6 anzuzeigen. Das mobile Telekommunikationsendgerät 6 weist nun erfindungsgemäß einen Sensor 1 zur Messung der Luftqualität auf. Dieser ist hier auf einem passiven Schwingungselement 9 angeordnet. Dabei wird bezüglich dieser Anordnung auf die Ausführungen bezüglich der in 5 dargestellten Ausführungsform verwiesen. Durch die Vibrationen des Aktuators 7, der hier durch Pfeile angedeutete Vibrationen in x-Richtung entsprechend des eingezeichneten Koordinatensystems erzeugt, wird das passive Schwingungselement 9 in Schwingungen versetzt, wodurch der Primärstrahl eine Scanbewegung durchführt. Wie dargestellt nimmt die Amplitude der Vibrationen mit der Entfernung zu dem Aktuator 7 ab. Das Schwingungselement 7 wird somit an einer Stelle in dem Gehäuse 12 montiert, an der die Vibrationen zur Erzeugung einer für die Scanbewegung geeigneten, insbesondere harmonischen, Schwingung geeignet sind. Dies kann zusätzlich durch die Stärke der Vibrationen und damit durch den Stromfluss in dem Aktuator 7 beeinflusst werden, sowie durch die Massenverteilung des Schwingungselements 9. Entsprechend der Vibrationen in x-Richtung führt auch der Primärstrahl eine Scanbewegung in x-Richtung aus. Durch die Öffnung 13 in dem Gehäuse 12 kann der Strahl aus dem Gehäuse 12 in die Umgebungsluft und der reflektierte Strahl zurück in das Gehäuse 12 gelangen. Die Öffnung 13 ist vorzugsweise mit einem optisch transparenten Material luft- und/oder flüssigkeitsdicht verschlossen.
In 9 wird dieScanbewegung durch Anregung einer Schwingung der beweglich aufgehängten Strahlablenkungseinrichtung 4 erzeugt. Die bewegliche Aufhängung entspricht dabei einer der detailliert im Zusammenhang mit den 6 und 7 erläuterten Ausführungsformen, weswegen auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Der selbstinterferierende Laseremitter ist hier ortsfest in dem Gehäuse 12 angeordnet. Die Strahlablenkungseinrichtung 4 erzeugt die Scanbewegung in einem Scanbereich 100 entsprechend der relativen Anordnung zwischen dem selbstinterferierenden Laseremitter und der Strahlablenkungseinrichtung 4. Wie in der Ausführungsform gemäß 8 kann dabei insbesondere ein Aktuator 7 verwendet werden, wie er in 4 gezeigt ist.
In 10 wiederum wird ein Aktuator 7 zur Erzeugung kreisförmiger Vibrationen entsprechend der Ausführungsform aus 2 verwendet, was durch die Kreise angedeutet wird. Erneut ist der Sensor 1 an einem Schwingungselement 9 entsprechend einer der Ausführungsformen aus 5a und 5b angeordnet. Durch entsprechende Auslegung des Schwingungselementes 9, d.h. insbesondere durch Einstellung der Federsteifigkeiten für verschiedene Anregungsrichtungen, kann eine Scanbewegung in x-Richtung erzeugt werden.
Die in 11 dargestellte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in 10 dargestellten Ausführungsform, weswegen grundsätzlich auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Hier ist jedoch der Aktuator 7 zur Erzeugung von Vibrationen senkrecht zur Zeichenebene vorgesehen (vgl. die Ausführungsform aus 3) und das Schwingungselement 9 ist derart ausgelegt, dass bei einer Anregung in z-Richtung, also senkrecht zur Zeichenebene, der Sensor 1 ebenfalls Schwingungen in z-Richtung ausführt. Entsprechend ist auch der Scanbereich 100 in z-Richtung erstreckt.
In den 12a und 12b ist ein Aktuator 7 zur Erzeugung von Vibrationen in einem mobilen Telekommunikationsendgerät 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht und in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Der Aktuator 7 entspricht dabei im Wesentlichen der im Zusammenhang mit der in 2 beschriebenen Ausführungsform, weswegen grundsätzlich auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist der Sensor 1 hier in den Rotor, d.h. die rotierende Masse 85, integriert. Der selbstinterferierende Laseremitter ist dabei in der Nähe der Motorwelle 73 angeordnet und die Strahlformungseinrichtung 3 in der Nähe des Umfangs der Masse 85. Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen denkbar. Durch die rotierende Bewegung der Masse 85 wird direkt eine entsprechende kreisbogenförmige Scanbewegung erzeugt. Eine indirekte Schwingungsanregung ist hierbei nicht nötig.
In 13 ist ein Sensor 1 und ein Aktuator 7 zur Erzeugung von Vibrationen in einem mobilen Telekommunikationsendgerät 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht dargestellt. Dabei ist die hier dargestellte Ausführungsform eine Alternative zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Hier ist die Masse 85 beispielhaft polygonartig gestaltet, wobei eine Kante, vorzugsweise alle Kanten, wenigstens teilweise spiegelnd vorgesehen ist. Dabei kann das Material der Kante spiegelnd vorgesehen sein, oder ein reflektierendes Material, beispielsweise eine Spiegelfolie, ist an der Kante befestigt. Der selbstinterferierende Laseremitter ist ortsfest in dem Gehäuse 12 angeordnet, ebenso wie die Strahlformungseinrichtung 3. Der Strahl wird auf den Rotor, d.h. die rotierende polygonförmige Masse 85 gelenkt, wo sie entsprechend der Rotationsbewegung abgelenkt wird, was in einer linearen Scanbewegung resultiert.
In den 14a und 14b sowie 15a und 15b ist ein Aktuator 7 zur Erzeugung von Vibrationen in einem mobilen Telekommunikationsendgerät 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht und in einer Explosionsdarstellung dargestellt. In beiden Ausführungsformen entspricht der Aktuator 7 im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Aktuator 7, weswegen auf die diesbezüglichen Ausführungsformen verwiesen wird.
In 14 weisen nun das Motorgehäuse 71 und die Masse 85 Öffnungen auf, durch die der Primärstrahl und der Sekundärstrahl hindurch treten können. Auf der Masse 85 ist hier die Strahlformungseinrichtung 3 angeordnet, während der selbstinterferierende Laseremitter ortsfest in dem Gehäuse 12 des mobilen Telekommunikationsendgerätes 6 vorgesehen ist. Durch die Bewegung der Masse 85, hier in z-Richtung, wird eine Strahlablenkung und somit eine Scanbewegung ebenfalls in z-Richtung bewirkt.
In 15 ist nun der selbstinterferierende Laseremitter auf der beweglichen Masse 85 des Aktuators 7 angeordnet.In der Öffnung des Motorgehäuses 71 und/oder in der Öffnung des Gehäuses 12 ist eine Strahlformungseinrichtung 3 vorgesehen.Durch die Bewegung des selbstinterferierenden Laseremitters relativ zu der Strahlformungseinrichtung 3, d.h. der Linse, wird die Scanbewegung des Primärstrahls erzeugt.
In 16 und 17 ist jeweils ein mobiles Telekommunikationsendgerät 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht dargestellt.
Gemäß der in 16 dargestellten Ausführungsform sind der selbstinterferierende Laseremitter und die Strahlformungseinrichtung 3 ortsfest in dem Gehäuse 12 angeordnet. Die Strahlablenkungseinrichtung 4 ist hier als schwingungsfähige Spiegelmembran, insbesondere als mikromechanische Membran, ausgeführt. Der Aktuator 7 erzeugt hier Vibrationen in y-Richtung, die entsprechend die Membran ebenfalls in Schwingungen in y-Richtung versetzen. Dadurch wird eine Änderung der Fokalebene, d.h. des Fokuspunktes des Primärstrahls herbeigeführt. Der Scanbereich erstreckt sich dementsprechend hier in Strahlausbreitungsrichtung.
In 17 dagegen ist der Sensor 1 ortsfest in dem Gehäuse 12 in der Nähe der Öffnung 13 angeordnet. Durch den Aktuator 7 wird das Gehäuse 12 in Vibrationen, hier in x-Richtung, versetzt. Da der Sensor 1 fest mit dem Gehäuse 12 verbunden ist, führt auch er diese Schwingungen aus. Hierdurch wird unmittelbar eine Scanbewegung in x-Richtung erzeugt. Optional ist hier die Strahlformungseinrichtung 3 wie dargestellt in der Öffnung 13 angeordnet. Beispielsweise ist die Öffnung 13 mit einem optisch transparenten Material verschlossen das strahlformende Eigenschaften aufweist, z.B. durch eine entsprechende Strukturierung und/oder Schleifung. So ist es beispielsweise denkbar, dass ein Kunststoffmaterial durch 3D-Druckverfahren entsprechend der Form der Öffnung 13 derart hergestellt wird, dass es wie eine Sammellinse wirkt.

Claims

Mobiles Telekommunikationsendgerät (6) mit einem Gehäuse (12), wobei das mobile Telekommunikationsendgerät (6) einen, Sensor (1) zur Messung der Luftqualität mit einer Strahlquelle (2) zur Erzeugung eines Primärstrahls, einer Strahlformungseinrichtung (3) zur Manipulation des Primärstrahls und einem Strahldetektor (5) zur Detektion eines aus dem Primärstrahl durch Reflexion an Partikeln hervorgegangenen Sekundärstrahls aufweist, wobei die Strahlquelle (2) ein selbstinterferierender Laseremitter ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformungseinrichtung (3) ein Linsenelement und/oder ein Parabolspiegelelement umfasst, und/oder dass der Sensor (1) eine Strahlablenkungseinrichtung (4) zur Ablenkung des Primärstrahls entlang eines vorbestimmten Pfades umfasst, wobei in dem Gehäuse (12) ein Aktuator (7) zur Erzeugung von Vibrationen und/oder ein Lautsprecher (8) zur Erzeugung von Schallwellen angeordnet sind, wobei die Strahlquelle (2), die Strahlformungseinrichtung (3) und/oder die Strahlablenkungseinrichtung (4) an dem Aktuator (7) und/oder dem Lautsprecher (8) angeordnet ist und/oder wobei die Strahlquelle (2), die Strahlformungseinrichtung (3) und/oder die Strahlablenkungseinrichtung (4) in den Aktuator (7) und/oder den Lautsprecher (8) integriert ist.
Mobiles Telekommunikationsendgerät (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (7) ein Linearaktuator und/oder ein Vibrationsmotor ist, wobei der Vibrationsmotor insbesondere zur Erzeugung kreisförmiger Vibrationen vorgesehen ist.
Mobiles Telekommunikationsendgerät (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahldetektor (5) eine Photodiode ist, wobei der selbstinterferierende Laseremitter die Photodiode umfasst, wobei die Photodiode insbesondere in den selbstinterferierende Laseremitter integriert ist.
Mobiles Telekommunikationsendgerät (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkungseinrichtung (4) ein beweglicher Spiegel ist, besonders bevorzugt ein Mikrospiegel, ganz besonders bevorzugt ein Polygonspiegel
Mobiles Telekommunikationsendgerät (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkungseinrichtung (4), insbesondere über Federelemente (10), derart beweglich in dem Gehäuse (12) angeordnet ist, dass die Strahlablenkungseinrichtung (4) durch den Aktuator (7) und/oder den Lautsprecher (8) zu Schwingungen anregbar ist.
Mobiles Telekommunikationsendgerät (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle (2), die Strahlformungseinrichtung (3) und/oder die Strahlablenkungseinrichtung (4) an einem passiven Schwingungselement (9) angeordnet ist, insbesondere an einem Biegebalken und/oder einer Blattfeder, wobei das passive Schwingungselement (9) derart in dem Gehäuse (12) angeordnet ist, dass es durch den Aktuator (7) und/oder den Lautsprecher (8) zu Schwingungen anregbar ist.
Mobiles Telekommunikationsendgerät (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformungseinrichtung (3) derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass die Strahlformungseinrichtung (3) durch den Aktuator (7) und/oder den Lautsprecher (8) zu Schwingungen anregbar ist.
Verfahren zur Messung der Luftqualität mit einem mobilen Telekommunikationsendgerät (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei durch die Strahlquelle (2) ein Primärstrahl erzeugt wird, wobei die Strahlquelle (2), die Strahlformungseinrichtung (3) und/oder die Strahlablenkungseinrichtung (4) durch den Aktuator (7) und/oder den Lautsprecher (8) derart in Schwingungen versetzt werden, dass der Primärstrahl eine Scanbewegung ausführt, wobei der aus dem Primärstrahl durch Reflexion an Partikeln hervorgegangene Sekundärstrahl durch den Strahldetektor (5) detektiert wird.