DE202008000203U1 - Laser-Entfernungsmesser - Google Patents

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Abstract

Laser-Entfernungsmesser, umfassend:
eine Laser-Erzeugungs-Vorrichtung,
einen Kollimator, der in Richtung des emittierenden Endes der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung positioniert ist, um einen von der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung erzeugten Laserstrahl in einen parallel gerichteten Mess-Strahl umzuwandeln,
eine Empfangs-Linse, um einen reflektierten Mess-Strahl von einem zu messenden Objekt zu empfangen und ihn auf ein Bild zu fokussieren,
einen optoelektronischen Detektor, der im Entfernungsmesser angeordnet ist, um den reflektierten Mess-Strahl zu empfangen,
ein reflektierendes Element, das über eine drehbare Achse drehbar in einem optischen Pfad des parallel ausgerichteten Mess-Strahls montiert und in der Lage ist, um die drehbare Achse in eine erste Position und eine zweite Position zu schwenken, und die drehbare Achse mit einer Antriebswelle eines Motors verbunden ist,
wobei der Laser-Entfernungsmesser ferner eine Feder enthält, von der ein Ende mit dem reflektierenden Element verbunden ist und deren anderes Ende fest im Entfernungsmesser montiert ist, und sich eine maximale Verformungs-Position der Feder...

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Entfernungsmesser und insbesondere einen Laser-Entfernungsmesser zur Messung einer Entfernung unter Verwendung von Lichtwellen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Laser-Entfernungsmesser haben die Vorteile, bequem einsetzbar und sehr genau zu sein sowie eine kurze Messungszeit zu haben, so dass sie in einer Vielzahl von Anwendungen umfangreich eingesetzt werden, wie z.B. in der Architektur, bei Erkundungen, usw.
  • Ein bekannter Laser-Entfernungsmesser enthält üblicherweise eine Laser-Erzeugungs-Vorrichtung, einen Kollimator, der am emittierenden Ende der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung positioniert ist, um einen von der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung erzeugten Laserstrahl in einen parallel gerichteten Laserstrahl umzuwandeln, eine Empfangs-Linse, die an einer Seite der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung angeordnet ist, um einen reflektierten Mess-Strahl von einem zu messenden Objekt zu empfangen und ihn auf ein Bild zu fokussieren, einen optoelektronischen Detektor, der im Entfernungsmesser angeordnet ist, um das Bild des reflektierten Mess-Strahls zu empfangen und optische Signale darin in entsprechende elektrische Signale umzuwandeln, die verarbeitet werden, um ein Entfernungs-Messergebnis zu erhalten.
  • In der Tat enthält das Entfernungsmessungs-Ergebnis, das aus den elektrischen Signalen abgeleitet wurde, die aus den optischen Signalen umgewan delt wurden, die vom optoelektronischen Detektor empfangen wurden, noch eine Entfernung, die der Mess-Strahl im Entfernungsmesser zurückgelegt hat. Und während der Entfernungsmessung wird die Genauigkeit des Messergebnisses direkt durch Drift-Fehler der elektrischen Signale beeinflusst, die in den Schaltkreisen übertragen werden, welche durch Selbsterwärmung der elektronischen Elemente des Schaltkreises und durch Einflüsse der Umgebungstemperatur verursacht werden. Daher wird im Entfernungsmesser eine interne Referenz-Entfernung bereitgestellt, die eine bekannte Länge hat, um die Messgenauigkeit zu verbessern, und ein reflektierendes Element wird im optischen Pfad des Messstrahls des Kollimators angeordnet. Wenn eine externe Entfernung gemessen wird, befindet sich das reflektierende Element in einer nicht blockierenden Position, so dass der Strahl des Kollimators nach außerhalb des Entfernungsmessers projiziert werden kann. Wenn die interne Referenz-Entfernung gemessen wird, befindet sich das reflektierende Element in einer blockierenden Position, um den Mess-Strahl des Kollimators in den Entfernungsmesser zu reflektieren, um einen internen optischen Pfad zu bilden.
  • Ein Knopf, der direkt mit dem reflektierenden Element verbunden ist, ermöglicht dem Benutzer eines herkömmlichen Laser-Entfernungsmessers, die Positionen des reflektierenden Elementes manuell zu ändern, was sehr unbequem ist. Bei einigen anderen optischen Entfernungsmessern ist ein Motor vorgesehen, um das reflektierende Element anzutreiben und zu schwenken, und eine Energieversorgung ist nötig, um den Motor kontinuierlich mit Strom zu versorgen, damit das reflektierende Element nach dem Verschwenken in die gewünschte Position in dieser gehalten werden kann, was eine Menge Leistung verbraucht und insbesondere bei Entfernungsmessern von Nachteil ist, die hauptsächlich mit Batterien betrieben werden. Zusätzlich dazu ist der Laser-Entfernungsmesser so empfindlich, dass der ständig an den Motor gelieferte Strom das Messergebnis beeinflusst und die Messgenauigkeit stark verringert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, um einen Energie sparenden Laser-Entfernungsmesser mit einem reflektierenden Element bereitzustellen, das automatisch geschwenkt werden kann.
  • Um dieses Ziel zu erreichen, liefert die vorliegende Erfindung einen Laser-Entfernungsmesser, der eine Laser-Erzeugungs-Vorrichtung, einen Kollimator, der am emittierenden Ende der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung positioniert ist, um einen von der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung erzeugten Laserstrahl in einen parallel gerichteten Mess-Strahl umzuwandeln, eine Empfangs-Linse, um einen reflektierten Mess-Strahl von einem zu messenden Objekt zu empfangen und ihn auf ein Bild zu fokussieren, einen optoelektronischen Detektor, der im Entfernungsmesser angeordnet ist, um den reflektierten Mess-Strahl zu empfangen, ein im optischen Pfad des parallel ausgerichteten Mess-Strahls über eine drehbare Achse drehbar montiertes reflektierendes Element, das um die drehbare Achse in eine erste Position und in eine zweite Position gedreht werden kann, enthält. Die drehbare Achse ist mit einer Antriebswelle eines Motors verbunden. Der Laser-Entfernungsmesser enthält ferner eine Feder, von der ein Ende mit dem reflektierenden Element verbunden ist und deren anderes Ende im Entfernungsmesser fest montiert ist, und eine maximale Verformungs-Position der Feder tritt zwischen der ersten und der zweiten Position auf.
  • Bei einer solchen Struktur tritt die maximale Verformung der Feder auf, wenn das drehbare Zentrum der drehbaren Achse und die beiden Enden der Feder in einer Linie ausgerichtet sind. Sobald der Motor die drehbare Achse antreibt, um die maximale Verformungs-Position zu überschreiten, wird das reflektierende Element sofort in eine gewünschte Position gezwungen, nur durch die Federkraft der Feder, und in der gewünschten Position gehalten. Es ist nicht erforderlich, den Motor ständig mit Strom zu versorgen, um das reflektierende Element in der gewünschten Position zu halten, wie nach dem bisherigen Stand der Technik offen gelegt. Durch Ausnutzung verschiedener Verformungszustände der Feder wird das reflektierende Element schneller und genauer in die gewünschte Position geführt, und außerdem wird Energie gespart.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit den Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht von zu einem in 1 gezeigten reflektierenden Element gehörenden Komponenten.
  • 3 ist eine schematische Ansicht, die verschiedene Positionen des in 1 gezeigten reflektierenden Elementes und der zugehörigen Komponenten zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
  • In einem in 1 gezeigten Laser-Entfernungsmesser einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein LD-(Laserdioden-)Modul 4 zum Emittieren eines parallel ausgerichteten Mess-Strahls 2 fest an einem Halter 1 montiert. Eine Laser-Erzeugungs-Vorrichtung ist in das LD-Modul 4 montiert, und ein Kollimator ist in Richtung der emittierenden Seite der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung angeordnet. Offensichtlich können die Laser-Erzeugungs-Vorrichtung und der Kollimator auch direkt auf dem Halter montiert werden. Eine Empfangs-Linse 9, die auf einer Seite des LD-Moduls 4 ange ordnet ist, ist an einer Vorderseite des Halters 1 montiert, und ein optoelektronischer Detektor 3, der sich in einem Brennpunkt der Empfangs-Linse 9 befindet, ist an einer Rückseite des Halters 1 montiert. In der bevorzugten Ausführung ist die Empfangs-Linse 9 ein Teil einer konvexen Linse, während in anderen Ausführungen die Empfangs-Linse 9 eine andere geeignete Linse sein kann. Der optoelektronische Detektor 3 kann eine Lawinen-Fotodiode oder eine PIN-Fotodiode oder andere Detektor-Elemente oder Vorrichtungen sein. Und in anderen Ausführungen kann mindestens eines von der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung und dem Kollimator auf der optischen Achse der Empfangs-Linse 9 angeordnet sein.
  • In der bevorzugten Ausführung ist ein reflektierendes Element 7 auf einem optisch durchlässigen Pfad des parallel ausgerichteten Mess-Strahls 2 montiert. Ein Zwischenstück des reflektierenden Elementes 7, das als drehbare Welle des reflektierenden Elementes dient, ist an einer Antriebswelle des Motors 8 montiert. Mit Bezug auf 2 ist ein Stift 71 an einem Ende des reflektierenden Elementes 7 ausgebildet, und ein befestigter Stift 5 befindet sich auf einer Winkelhalbierenden eines Winkels, der durch die beiden Grenzpositionen des reflektierenden Elementes 7 definiert wird. Zwei Enden einer Zugfeder 6 sind jeweils an den Stift 71 und den festen Stift 5 eingehängt.
  • Während der Entfernungsmessung kann das reflektierende Element 7, das von dem Motor 8 angetrieben wird, zwischen einer Endposition C und einer Endposition B umgeschaltet werden, wie in 3 gezeigt. Die Zugfeder 6 zeigt maximale Verformung, wenn das reflektierende Element 7 sich in der Position A befindet in der die beiden Enden der Zugfeder und das Rotations-Zentrum der drehbaren Welle in einer Linie ausgerichtet sind. Wenn das reflektierende Element 7 von dem Motor 8 angetrieben wird, um über die Position A zu kommen, dreht es sich schnell selbst in die gewünschte Position, z.B. in die Position C oder die Position B, und wird durch die Rückstellkraft der Zugfeder in der gewünschten Position gehalten. Wenn sich das reflektie rende Element 7 in der Position C befindet, ist es im Wesentlichen parallel zum parallel ausgerichteten Mess-Strahl 2, so dass er direkt aus dem Laser-Entfernungsmesser projiziert werden kann. Wenn sich das reflektierende Element 7 in der Position B befindet, blockiert es den parallel ausgerichteten Mess-Strahl 2 und reflektiert ihn auf einen reflektierenden Spiegel 11, der sich im Halter 1 befindet, so dass der parallel ausgerichtete Mess-Strahl 2 von dem reflektierenden Spiegel 11 erneut reflektiert wird, um den optoelektronischen Detektor 3 zu erreichen, was einen internen optischen Pfad bildet.
  • Wenn das reflektierende Element 7 sich in die Position B oder die Position C dreht, kann es durch die Zugfeder in dieser Position gehalten werden. Der Motor muss somit nicht ständig mit Strom versorgt werden, um das reflektierende Element 7 in dieser Position zu halten, so dass verhindert wird, dass der an den Motor gelieferte Strom die Genauigkeit der Entfernungsmessung beeinträchtigt. Wenn die Position des reflektierenden Elementes geändert werden muss, wird der Motor erneut mit Strom versorgt, so dass das reflektierende Element vom Motor angetrieben werden kann, um die Kraft der Zugfeder zu überwinden und über die maximale Verformungs-Position der Zugfeder zu kommen.
  • Auf der Grundlage desselben Prinzips, wie in der bevorzugten Ausführung vorgestellt, kann man leicht verstehen, dass in anderen Ausführungen andere Teile des reflektierenden Elementes als drehbare Achse benutzt und mit der Antriebswelle des Motors verbunden werden können. Und die drehbare Welle kann mit der Antriebswelle des Motors durch Übertragungs-Mittel sowie direkt mit ihr verbunden werden, und die Zugfeder kann durch eine Druckfeder ersetzt werden. In der vorliegenden Erfindung tritt die maximale Verformung der Zugfeder in der Position der Winkelhalbierenden des Winkels auf, der durch die Position B und die Position C definiert wird. Ein Fachmann wird leicht verstehen, dass das reflektierende Element in der Position B oder in der Position C so lange gehalten werden kann, wie die maximale Verformung der Feder an einer beliebigen Position zwischen der Position B und der Position C auftritt.
  • Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungen und Zeichnungen haben die Absicht, das Prinzip der vorliegenden Erfindung zu erläutern, aber nicht ihren Umfang zu begrenzen. Ein Fachmann kann leicht verstehen, dass viele weitere Änderungen und Abwandlungen der bevorzugten Ausführungen offensichtlich sind und durchgeführt werden können, ohne vom Geist und vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie in den folgenden Ansprüchen definiert.

Claims (7)

  1. Laser-Entfernungsmesser, umfassend: eine Laser-Erzeugungs-Vorrichtung, einen Kollimator, der in Richtung des emittierenden Endes der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung positioniert ist, um einen von der Laser-Erzeugungs-Vorrichtung erzeugten Laserstrahl in einen parallel gerichteten Mess-Strahl umzuwandeln, eine Empfangs-Linse, um einen reflektierten Mess-Strahl von einem zu messenden Objekt zu empfangen und ihn auf ein Bild zu fokussieren, einen optoelektronischen Detektor, der im Entfernungsmesser angeordnet ist, um den reflektierten Mess-Strahl zu empfangen, ein reflektierendes Element, das über eine drehbare Achse drehbar in einem optischen Pfad des parallel ausgerichteten Mess-Strahls montiert und in der Lage ist, um die drehbare Achse in eine erste Position und eine zweite Position zu schwenken, und die drehbare Achse mit einer Antriebswelle eines Motors verbunden ist, wobei der Laser-Entfernungsmesser ferner eine Feder enthält, von der ein Ende mit dem reflektierenden Element verbunden ist und deren anderes Ende fest im Entfernungsmesser montiert ist, und sich eine maximale Verformungs-Position der Feder zwischen der ersten Position und der zweiten Position befindet.
  2. Laser-Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optoelektronische Detektor sich in einem Brennpunkt der Empfangs-Linse befindet.
  3. Laser-Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Achse des reflektierenden Elementes direkt mit der Antriebswelle des Motors verbunden ist.
  4. Laser-Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Zugfeder ist.
  5. Laser-Entfernungsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die drehbare Achse des reflektierenden Elementes zwischen einer Position, in der die Feder mit dem reflektierenden Element verbunden ist, und einer Position, in der die Feder fest mit dem Entfernungsmesser verbunden ist, befindet.
  6. Laser-Entfernungsmesser nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die maximale Verformungs-Position der Feder auf einer Winkelhalbierenden eines Winkels befindet, der durch die erste Position und die zweite Position des reflektierenden Elementes definiert ist.
  7. Laser-Entfernungsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Achse des reflektierenden Elementes ein Teil des reflektierenden Elementes ist.
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