DE102012112940A1

DE102012112940A1 - Laser device for hand-held laser distance measuring device, has receiving unit including spherical or aspherical cylindrical lens for receiving reflected light of laser beam from portion of target measuring surface

Info

Publication number: DE102012112940A1
Application number: DE201210112940
Authority: DE
Inventors: Boris Riedel; Reinhold Fiess; Hartmut Spennemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26

Abstract

The laser device has a laser unit (14) that is provided for irradiating the laser beam (16) to measurement plane (18) in variable relative directions (20). A receiving unit (22) is provided for receiving the reflected light (26) of laser beam from a portion of a target measuring surface (24). The receiving unit is provided with a spherical cylindrical lens (28) or aspherical cylindrical lens and a two-dimensional image sensor.

Description

Stand der Technik State of the art

Es ist bereits eine Laservorrichtung, insbesondere für ein handgehaltenes Laserdistanzmessgerät, mit zumindest einer Lasereinheit, die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Laserstrahl in zumindest einer Messebene veränderbaren Relativrichtungen auszusenden, und mit zumindest einer Empfangseinheit, die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil des von einer zu vermessenden Fläche reflektierten Lichts des Laserstrahls zu erfassen, vorgeschlagen worden. It is already a laser device, in particular for a hand-held laser distance measuring device, with at least one laser unit, which is intended to emit at least one laser beam in at least one measurement plane variable relative directions, and with at least one receiving unit, which is intended to at least a part of a to detect surface of reflected light of the laser beam has been proposed.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einer Laservorrichtung, insbesondere für ein handgehaltenes Laserdistanzmessgerät, mit zumindest einer Lasereinheit, die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Laserstrahl in zumindest einer Messebene veränderbaren Relativrichtungen auszusenden, und mit zumindest einer Empfangseinheit, die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil des von einer zu vermessenden Fläche reflektierten Lichts des Laserstrahls zu erfassen. The invention relates to a laser device, in particular for a hand-held laser distance measuring device, with at least one laser unit which is provided to emit at least one laser beam in at least one measuring plane variable relative directions, and with at least one receiving unit, which is intended to at least part of the to detect light reflected from a surface to be measured of the laser beam.

Es wird vorgeschlagen, dass die Empfangseinheit eine Zylinderoptik mit zumindest einer sphärischen und/oder asphärischen Zylinderlinse aufweist. Unter einem „Laserdistanzmessgerät“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Messgerät verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, Distanzen zu Messpunkten und/oder bevorzugt Distanzen zwischen Messpunkten mit Hilfe zumindest eines Laserstrahls zu messen. Unter einem „Messpunkt“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Reflexion des Laserstrahls auf der zu vermessenden Fläche verstanden werden. Unter „handgehalten“ soll insbesondere verstanden werden, dass das Laserdistanzmessgerät dazu vorgesehen ist, bei einem Messvorgang von einem Bediener mit der Hand zumindest geführt, vorzugsweise getragen, zu werden. Vorzugsweise weist das Laserdistanzmessgerät ein Gewicht kleiner als 2 kg, besonders bevorzugt kleiner als 1 kg auf. Insbesondere soll unter einer „Lasereinheit“ eine Vorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, den Laserstrahl auszusenden, der in einem Öffnungswinkel, der kleiner als 2 Grad, vorteilhaft kleiner als 0,5 Grad, besonders vorteilhaft kleiner als 0,1 Grad, ist, mehr als 50 % seiner Leistung aufweist. Vorzugsweise weist die Lasereinheit einen Laser auf, dessen Laserstrahl, insbesondere kontinuierlich, hin und her geschwenkt wird, und zwar, insbesondere mit einer Frequenz größer als 2 Hz, vorzugsweise größer als 10 Hz, besonders bevorzugt größer als 20 Hz. Alternativ oder zusätzlich könnte die Lasereinheit zumindest zwei Laser aufweisen, die Laserstrahlen in verschiedene Relativrichtungen aussenden. Insbesondere soll unter einer „Relativrichtung“ eine Richtung relativ zur Laservorrichtung verstanden werden. Unter einer „Messebene“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Ebene verstanden werden, die von den Relativrichtungen des Laserstrahls aufgespannt wird. Unter einer „Zylinderoptik“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Objektiv, das zur Bündelung von Licht vorgesehen ist, verstanden werden, das zumindest eine Zylinderlinse aufweist. Bevorzugt weist die Zylinderoptik ausschließlich Zylinderlinsen auf. Unter einer „Zylinderlinse“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein transparentes, lichtbrechendes Element mit zwei lichtbrechenden Linsenflächen verstanden werden, wobei zumindest eine Linsenfläche eine zumindest im Wesentlichen eindimensionale Krümmung um eine Achse aufweist. Unter einer „eindimensionalen Krümmung“ soll in diesem Zusammenhang eine Krümmung einer zweidimensionalen Fläche verstanden werden, bei der eine zur Achse, um die die Fläche gekrümmt ist, parallele Hauptkrümmung den Wert Null aufweist, und bei der die Richtungen der weiteren Hauptkrümmung konstant sind. Die zweite Linsenfläche kann ebenfalls zumindest im Wesentlichen eine eindimensionale Krümmung aufweisen oder zumindest im Wesentlichen eben sein. Die Zylinderlinse kann als „sphärische Zylinderlinse“ ausgebildet sein, bei der gekrümmte Linsenflächen zumindest im Wesentlichen Ausschnitte aus Zylinderflächen bilden. Zu einer Verbesserung der optischen Eigenschaften kann die Zylinderlinse bevorzugt als „asphärische Zylinderlinse“ ausgebildet sein, bei der gekrümmte Linsenflächen eine von einer Zylinderfläche abweichende, zumindest im Wesentlichen eindimensionale Krümmung aufweisen. Unter „zumindest im Wesentlichen“ sollen in diesem Zusammenhang Abweichungen der Linsenfläche verstanden werden, die fertigungstechnisch bedingt sind, insbesondere Abweichungen senkrecht zur Linsenfläche kleiner als 0.5mm, bevorzugt kleiner als 0.1mm, besonders bevorzugt kleiner als 0.05mm. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Die Empfangseinheit kann bei Einsatz einer Zylinderoptik besonders gut geeignet sein, Licht zu erfassen, das aus Richtung der Messebene auf die Empfangseinheit eintrifft. Die Empfangseinheit kann besonders gut geeignet sein, Licht, das aus Richtungen auf die Empfangseinheit eintrifft, die von der Messebene abweichen, nicht oder nur in geringem Ausmaß zu erfassen. Die Laservorrichtung kann besonders unempfindlich gegenüber Fremdlicht sein. Eine Empfindlichkeit der Empfangseinheit kann besonders hoch sein. Mögliche Messdistanzen, innerhalb derer die Empfangseinheit Reflexionen des Laserstrahls erfassen kann, können besonders groß sein. Die Laservorrichtung kann besonders gut zum Vermessen von Flächen, die nur eine geringe Lichtmenge reflektieren, geeignet sein. It is proposed that the receiving unit has a cylindrical optics with at least one spherical and / or aspherical cylindrical lens. In this context, a "laser distance measuring device" is to be understood in particular to mean a measuring device which is intended to measure distances to measuring points and / or preferably distances between measuring points with the aid of at least one laser beam. In this context, a "measuring point" should be understood in particular to be a reflection of the laser beam on the surface to be measured. By "hand-held" is to be understood in particular that the laser distance measuring device is intended to at least guided in a measuring operation by an operator by hand, preferably carried. Preferably, the laser distance meter has a weight less than 2 kg, more preferably less than 1 kg. In particular, a "laser unit" is to be understood as a device which is intended to emit the laser beam which is at an opening angle of less than 2 degrees, advantageously less than 0.5 degrees, particularly advantageously less than 0.1 degrees , has more than 50% of its output. Preferably, the laser unit has a laser whose laser beam, in particular continuously, is pivoted back and forth, in particular with a frequency greater than 2 Hz, preferably greater than 10 Hz, particularly preferably greater than 20 Hz. Alternatively or additionally, the Laser unit have at least two lasers that emit laser beams in different relative directions. In particular, a "relative direction" should be understood to mean a direction relative to the laser device. In this context, a "measuring plane" is to be understood as meaning, in particular, a plane which is spanned by the relative directions of the laser beam. In this context, a "cylinder optics" is to be understood as meaning, in particular, an objective provided for bundling light, which has at least one cylindrical lens. Preferably, the cylinder optics exclusively on cylindrical lenses. In this context, a "cylindrical lens" is to be understood as meaning, in particular, a transparent, refractive element with two refractive lens surfaces, wherein at least one lens surface has an at least substantially one-dimensional curvature about an axis. In this context, a "one-dimensional curvature" should be understood to mean a curvature of a two-dimensional surface in which a main curvature parallel to the axis around which the surface is curved has the value zero and the directions of the further main curvature are constant. The second lens surface may also at least substantially have a one-dimensional curvature or at least be substantially planar. The cylindrical lens can be designed as a "spherical cylindrical lens" in which curved lens surfaces at least substantially form sections of cylindrical surfaces. In order to improve the optical properties, the cylindrical lens may preferably be embodied as an "aspheric cylindrical lens" in which curved lens surfaces have an at least substantially one-dimensional curvature deviating from a cylindrical surface. By "at least substantially" should be understood in this context deviations of the lens surface, which are due to manufacturing technology, in particular deviations perpendicular to the lens surface less than 0.5mm, preferably less than 0.1mm, more preferably less than 0.05mm. By "provided" is intended to be understood in particular specially programmed, designed and / or equipped. When using a cylindrical lens, the receiving unit can be particularly well suited to detecting light that arrives at the receiving unit from the direction of the measuring plane. The receiving unit may be particularly well suited to detect light that comes from directions on the receiving unit, which differ from the measuring plane, or only to a small extent. The laser device can be particularly insensitive to extraneous light. A sensitivity of the receiving unit can be particularly high. Possible measuring distances, within which the receiving unit can detect reflections of the laser beam, can be particularly large. The laser device may be particularly well suited for measuring areas that reflect only a small amount of light.

Weiter wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Linsenfläche der Zylinderoptik um eine zur Messebene zumindest im Wesentlichen senkrechte Achse gekrümmt ist. Die Linsenfläche kann besonders gut geeignet sein, Licht, das aus der Messebene auf die Empfangseinheit eintrifft, zu bündeln und in Richtung eines Bildsensors der Empfangseinheit zu lenken. Die Linsenfläche kann besonders geeignet sein, Licht, das in einer von der Messebene abweichenden Richtung einfällt, zu unterdrücken. Insbesondere kann ein Anteil von Licht, das von der Linsenfläche in Richtung des Bildsensors gelenkt wird, um so geringer sein, je mehr eine Einfallsrichtung des Lichts auf die Empfangseinheit von der Messebene abweicht. It is further proposed that at least one lens surface of the cylinder optic is curved about an axis which is at least substantially perpendicular to the measurement plane. The lens surface may be particularly well suited to bundle light arriving from the measurement plane on the receiving unit, and to direct in the direction of an image sensor of the receiving unit. The lens surface may be particularly suitable for suppressing light incident in a direction deviating from the measuring plane. In particular, a proportion of light, which is directed by the lens surface in the direction of the image sensor, the less, the more an incident direction of the light on the receiving unit deviates from the measurement plane.

Weiter wird vorgeschlagen, dass zumindest eine gekrümmte Linsenfläche zu zumindest einer der weiteren gekrümmten Linsenflächen gekreuzt angeordnet ist. Unter „gekreuzt angeordnet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Krümmungsrichtung der weiteren Linsenfläche zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Krümmungsrichtung der ersten Linsenfläche steht. Insbesondere können Brennlinien von gekreuzt angeordneten Zylinderlinsen, entlang der sie einfallendes Licht fokussieren, zueinander zumindest im Wesentlichen senkrecht sein. Unter „zumindest im Wesentlichen“ soll in diesem Zusammenhang bevorzugt eine insbesondere fertigungsbedingte Abweichung von weniger als 1°, b esonders bevorzugt weniger als 0.1° verstanden werden. Die Zylinderoptik mit gekre uzten Linsenflächen kann vorteilhafte, anamorphote Abbildungseigenschaften aufweisen. Die gekreuzt angeordneten Linsenflächen können das von einem Messpunkt innerhalb der Messebene ausgehende Licht auf dem Bildsensor zu einem zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Lichtpunkt fokussieren. Eine ungekreuzte Zylinderoptik fokussiert Licht entlang einer Brennlinie und bildet einen Messpunkt auf dem Bildsensor in einer Ellipse ab. Insbesondere kann Licht, welches aus Richtungen der Messebene auf die Empfangseinheit eintrifft, auf dem Bildsensor entlang einer Geraden fokussiert werden. Bevorzugt kann der Lichtpunkt, abhängig von einem Einfallswinkel des Lichts auf die Empfangseinheit, auf dem Bildsensor entlang der Geraden wandern. Aus dem Ort des Lichtpunkts kann vorteilhaft der Einfallswinkel des vom Messpunkt ausgehenden Lichts bestimmt werden. Insbesondere kann Licht, welches aus einer von der Messebene abweichenden Richtung auf die Empfangseinheit eintrifft, mit zunehmender Abweichung von der Messebene diffus über die Fläche des Bildsensors gestreut werden. Eine durch aus einer zur Messebene parallelen Richtung empfangenes Licht verursachte Lichtstärke am Bildsensor kann besonders hoch sein. Fremdlicht, welches aus von der Messebene abweichenden Richtungen eintrifft, kann mit zunehmender Abweichung von der Messebene einen besonders geringen Einfluss auf den Bildsensor haben. Nutzlicht, das von den Messpunkten ausgeht, kann auf einen besonders kleinen Teil der lichtempfindlichen Sensorfläche des Bildsensors fokussiert werden. Fremdlicht von Bereichen außerhalb der Messebene kann möglichst zumindest über die gesamte Sensorfläche verteilt werden. Ein Signal-Rauschverhältnis des Bildsensors kann besonders hoch sein. Können Teilbereiche der Sensorfläche separat ausgelesen werden, kann das Signal-Rauschverhältnis weiter erhöht werden, in dem nur Bereiche der Sensorfläche ausgelesen werden, in denen der Lichtpunkt erwartet wird. It is further proposed that at least one curved lens surface is arranged crossed to at least one of the further curved lens surfaces. In this context, "crossed arranged" is understood in particular to mean that the direction of curvature of the further lens surface is at least substantially perpendicular to the direction of curvature of the first lens surface. In particular, focal lines of crossed cylindrical lenses, along which they focus incident light, may be mutually at least substantially perpendicular. By "at least substantially" should be understood in this context preferably a particular production-related deviation of less than 1 °, b particularly preferably less than 0.1 °. The cylindrical optics with curved lens surfaces can have advantageous, anamorphic imaging properties. The crossedly arranged lens surfaces can focus the light emanating from a measuring point within the measuring plane on the image sensor to form an at least substantially circular point of light. An uncrossed cylindrical optic focuses light along a focal line and images a measuring point on the image sensor in an ellipse. In particular, light which arrives at the receiving unit from directions of the measuring plane can be focused on the image sensor along a straight line. Preferably, the light spot, depending on an angle of incidence of the light on the receiving unit, on the image sensor along the straight line wander. The angle of incidence of the light emitted by the measuring point can advantageously be determined from the location of the light spot. In particular, light which arrives at the receiving unit from a direction deviating from the measuring plane can be scattered diffusely over the surface of the image sensor with increasing deviation from the measuring plane. A light intensity caused by a light received from a direction parallel to the measurement plane can be particularly high at the image sensor. Extraneous light, which arrives from directions deviating from the measuring plane, can have a particularly small influence on the image sensor with increasing deviation from the measuring plane. Useful light emanating from the measuring points can be focused on a particularly small part of the photosensitive sensor surface of the image sensor. Ambient light from areas outside the measuring plane can be distributed as far as possible over the entire sensor area. A signal-to-noise ratio of the image sensor can be particularly high. If partial areas of the sensor area can be read out separately, the signal-to-noise ratio can be further increased by reading only areas of the sensor area in which the light spot is expected.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die von einer Lichteintrittsseite der Zylinderoptik her gesehen erste gekrümmte Linsenfläche um eine zur Messebene parallele Achse gekrümmt ist. Unter der „Lichteintrittsseite“ soll in diesem Zusammenhang das Ende der Zylinderoptik verstanden werden, an dem das zu erfassende Licht auf die Zylinderoptik auftrifft. Die erste gekrümmte Linsenfläche kann besonders geeignet sein, gemeinsam mit den weiteren Linsenflächen eine Zylinderoptik mit vorteilhaft anamorphoten Abbildungseigenschaften zu bilden. It is further proposed that the first curved lens surface viewed from a light entry side of the cylinder optic is curved about an axis parallel to the measurement plane. In this context, the term "light entrance side" is understood to mean the end of the cylinder optics at which the light to be detected impinges on the cylinder optics. The first curved lens surface may be particularly suitable, together with the other lens surfaces, to form a cylinder optic having advantageously anamorphic imaging properties.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die zwei zueinander gekreuzt angeordneten Linsenflächen an einer Zylinderlinse angeordnet sind. Bevorzugt sind die zwei zueinander gekreuzt angeordneten Linsenflächen an der von der Lichteintrittsseite aus gesehen ersten Zylinderlinse angeordnet. Die gekreuzten Linsenflächen können an einer Zylinderlinse besonders kompakt angeordnet sein. Eine Ausrichtung der gekreuzten Linsenflächen zueinander kann besonders präzise sein. Es kann vermieden werden, dass sich eine Lage der gekreuzten Linsenflächen zueinander verändern und/oder verjustieren kann. Die die beiden gekreuzten Linsenflächen aufweisende Zylinderlinse kann die Lage der gekreuzten Linsenflächen zueinander besonders präzise und langfristig sicherstellen. It is further proposed that the two lens surfaces arranged in a crossed manner are arranged on a cylindrical lens. Preferably, the two lens surfaces arranged in a crossed manner are arranged on the first cylindrical lens viewed from the light entry side. The crossed lens surfaces can be arranged particularly compact on a cylindrical lens. An alignment of the crossed lens surfaces to each other can be particularly precise. It can be avoided that a position of the crossed lens surfaces change and / or misalign each other. The cylinder lens having the two crossed lens surfaces can ensure the position of the crossed lens surfaces with each other in a particularly precise and long-term manner.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Zylinderlinsen zumindest im Wesentlichen eine gemeinsame optische Achse aufweisen. Unter einer „optischen Achse“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine senkrecht zu den Linsenflächen angeordnete Symmetrieachse der Zylinderlinsen verstanden werden. Bevorzugt ist die optische Achse senkrecht zu der Sensorfläche des Bildsensors und schneidet die Sensorfläche in ihrem Zentrum. Die Zylinderoptik kann einfallendes Licht besonders gut auf dem Bildsensor abbilden. It is further proposed that the cylindrical lenses have at least substantially a common optical axis. In this context, an "optical axis" is to be understood as meaning, in particular, an axis of symmetry of the cylinder lenses arranged perpendicular to the lens surfaces. Preferably, the optical axis is perpendicular to the sensor surface of the image sensor and intersects the sensor surface in its center. The cylinder optics can image incident light particularly well on the image sensor.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die optische Achse der Zylinderlinsen zumindest im Wesentlichen parallel zur Messebene und zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Winkelhalbierenden eines Öffnungswinkels der in der Messebene veränderbaren Relativrichtungen angeordnet ist. Unter einem „Öffnungswinkel“ der Relativrichtungen soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Winkel zwischen zwei Extremstellungen verstanden werden, zwischen denen die Lasereinheit die Laserstrahlen variieren kann. Die Zylinderoptik kann Reflexionen der Laserstrahlen in allen Relativrichtungen besonders gut erfassen. It is further proposed that the optical axis of the cylindrical lenses is arranged at least substantially parallel to the measuring plane and at least substantially parallel to an angle bisector of an opening angle of the relative directions which can be varied in the measuring plane. Under an "opening angle" of the relative directions in this context, in particular an angle between two extreme positions can be understood, between which the laser unit can vary the laser beams. The cylindrical optics can detect reflections of the laser beams in all relative directions particularly well.

Weiter wird vorgeschlagen, dass eine von der Lichteintrittsseite her gesehen erste Zylinderlinse und eine von der Lichteintrittsseite her gesehen zweite Zylinderlinse in Richtung der optischen Achse in einem Abstand angeordnet sind. Durch den Abstand kann ein Zylinderobjektiv mit vorteilhaften Abbildungseigenschaften erreicht werden. It is further proposed that a first cylindrical lens seen from the light entry side and a second cylindrical lens viewed from the light entry side are arranged at a distance in the direction of the optical axis. By the distance, a cylinder lens can be achieved with advantageous imaging properties.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Zylinderoptik in der Messebene ein Bildfeld von zumindest 60° aufweist. Unter einem „Bildfeld“ soll in diesem Zusammenhang ein Öffnungswinkel verstanden werden, aus dem auf die Zylinderoptik eintreffende Lichtstrahlen auf den Bildsensor gelenkt werden. Die Laservorrichtung kann besonders gut geeignet sein, Reflexionen von Laserstrahlen innerhalb einer besonders großen Strecke innerhalb der Messebene zu erfassen. Ein mit der Laservorrichtung ausgerüstetes Laserdistanzmessgerät kann besonders große Distanzen messen. It is further proposed that the cylinder optics have a field of view of at least 60 ° in the measurement plane. In this context, an "image field" is to be understood to mean an opening angle from which light rays arriving on the cylinder optics are directed onto the image sensor. The laser device may be particularly well suited to detect reflections of laser beams within a particularly large distance within the measurement plane. A laser distance meter equipped with the laser device can measure particularly large distances.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Zylinderoptik senkrecht zur Messebene ein Bildfeld von weniger als 5° aufweist. Aus Richtungen ob erhalb oder unterhalb der Messebene eintreffendes Fremdlicht kann besonders gut unterdrückt werden. It is also proposed that the cylinder optics have an image field of less than 5 ° perpendicular to the measurement plane. From directions whether outside or below the measurement plane incoming extraneous light can be suppressed particularly well.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Empfangseinheit einen zweidimensionalen Bildsensor aufweist. Unter einem „zweidimensionalen Bildsensor“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bildsensor verstanden werden, dessen Sensorfläche in einem Array angeordnete lichtempfindliche Pixel aufweist. Anforderungen an eine Justage- und/oder Montagegenauigkeit des Bildsensors können reduziert werden. Das reflektierte Licht des Laserstrahls kann vom Bildsensor auch dann noch erfasst werden, wenn der Bildsensor gegenüber der optischen Achse der Zylinderoptik verschoben angeordnet ist. Weiter kann das reflektierte Licht des Laserstrahls vom Bildsensor auch dann noch erfasst werden, wenn die von den Laserstrahlen aufgespannte Messebene und eine von den Hauptrichtungen der Krümmungen der Linsenflächen aufgespannte Empfangsebene Abweichungen aufweisen, insbesondere montage- und/oder justagebedingte Abweichungen. Aus einer Abweichung der Linie, entlang der der Lichtpunkt auf den Bildsensor auftrifft, von einer Solllinie kann eine Justagegüte der Laservorrichtung ermittelt werden. Der Bildsensor kann vorteilhaft von einem CMOS- oder besonders vorteilhaft von einem SPAD-Array gebildet sein. SPAD-Arrays können vorteilhaft in Teilbereichen ausgelesen werden. Das Signal-Rauschverhältnis kann weiter erhöht werden, in dem nur Teilbereiche der Sensorfläche ausgelesen werden. It is further proposed that the receiving unit has a two-dimensional image sensor. In this context, a "two-dimensional image sensor" is to be understood as meaning, in particular, an image sensor whose sensor surface has light-sensitive pixels arranged in an array. Requirements for an adjustment and / or mounting accuracy of the image sensor can be reduced. The reflected light of the laser beam can still be detected by the image sensor even if the image sensor is displaced relative to the optical axis of the cylinder optics. Furthermore, the reflected light of the laser beam can still be detected by the image sensor even if the measurement plane spanned by the laser beams and a reception plane spanned by the main directions of the curvatures of the lens surfaces have deviations, in particular variations due to assembly and / or adjustment. From a deviation of the line, along which the light spot impinges on the image sensor, from a desired line, an adjustment quality of the laser device can be determined. The image sensor can advantageously be formed by a CMOS or particularly advantageously by a SPAD array. Advantageously, SPAD arrays can be read out in subareas. The signal-to-noise ratio can be further increased by reading only partial areas of the sensor area.

Weiter wird ein Laserdistanzmessgerät mit einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung vorgeschlagen. Das Laserdistanzmessgerät kann die beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften aufweisen. Furthermore, a laser distance measuring device with a laser device according to the invention is proposed. The laser distance meter may have the described advantageous properties.

Die erfindungsgemäße Laservorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Laservorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. The laser device according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the laser device according to the invention can have a number deviating from a number of individual elements, components and units specified herein for fulfilling a mode of operation described herein.

Zeichnung drawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Laserdistanzmessgeräts mit einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung während eines Vermessungsvorgangs, 1 a schematic representation of a laser distance measuring device with a laser device according to the invention during a surveying process,

2 eine schematische Darstellung einer Zylinderoptik der Laservorrichtung in einer Draufsicht senkrecht zu einer Messebene, 2 a schematic representation of a cylinder optics of the laser device in a plan view perpendicular to a measuring plane,

3 eine schematische Darstellung der Zylinderoptik in einer Draufsicht parallel zur Messebene, 3 a schematic representation of the cylinder optics in a plan view parallel to the measuring plane,

4 eine schematische Darstellung einer Projektion eines Lichtpunkts auf einen Bildsensor und 4 a schematic representation of a projection of a light spot on an image sensor and

5 eine schematische Darstellung einer Projektion einer Lichtellipse auf den Bildsensor bei einer Verwendung einer ungekreuzten Zylinderoptik. 5 a schematic representation of a projection of a light ellipse on the image sensor in a use of an uncrossed cylinder optics.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment

1 zeigt eine schematische Darstellung eines handgeführten Laserdistanzmessgeräts 12 mit einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung 10 während eines Vermessungsvorgangs. Die Laservorrichtung 10 weist eine Lasereinheit 14 mit einem um eine senkrecht zu einer Messebene 18 drehbar angeordneten Mikrospiegel 58 und einem Laser 60 auf. Der Laser 60 sendet in einem Messbetrieb zumindest zeitweise einen Laserstrahl 16 aus, der vom Mikrospiegel 58 reflektiert wird und abhängig von der Drehstellung des Mikrospiegels 50 in einer Relativrichtung 20 in Richtung einer zu vermessenden Fläche 24 gesendet wird. Die Relativrichtung 20 kann durch Drehen des Mikrospiegels 58 vorteilhaft um 60° innerhalb d er Messebene 18 verändert werden. Der Laserstrahl 16 trifft an Messpunkten 62 auf die Fläche 24 auf und wird von dieser reflektiert. Ein von den Messpunkten 62 reflektiertes Licht 26 trifft auf eine Empfangseinheit 22 der Laservorrichtung 10 auf und wird mit Hilfe einer Zylinderoptik 28 in Form eines Lichtpunkts 64 auf eine lichtempfindliche Fläche eines von einem SPAD-Array gebildeten Bildsensors 56 projiziert. Der Ort auf dem Bildsensor 56, an dem der Lichtpunkt 64 auf diesen projiziert wird, ist abhängig von einem Winkel 66, in dem das Licht 26 auf die Zylinderoptik 28 auftrifft. 1 shows a schematic representation of a hand-held laser distance measuring device 12 with a laser device according to the invention 10 during a surveying process. The laser device 10 has a laser unit 14 with one around a perpendicular to a measurement plane 18 rotatably arranged micromirrors 58 and a laser 60 on. The laser 60 sends in a measuring mode at least temporarily a laser beam 16 from the micromirror 58 is reflected and depending on the rotational position of the micromirror 50 in a relative direction 20 in the direction of a surface to be measured 24 is sent. The relative direction 20 can by turning the micromirror 58 advantageously around 60 ° within the measuring level 18 to be changed. The laser beam 16 meets at measuring points 62 on the surface 24 on and is reflected by this. One of the measuring points 62 reflected light 26 meets a receiving unit 22 the laser device 10 on and is using a cylinder optics 28 in the form of a point of light 64 on a photosensitive surface of an image sensor formed by a SPAD array 56 projected. The location on the image sensor 56 at which the point of light 64 projected on this depends on an angle 66 in which the light 26 on the cylinder optics 28 incident.

Um eine Distanz 72 zwischen zwei Messpunkten 62, zum Beispiel eine Breite eines Fensters 68, zu vermessen, kann ein Benutzer die Laservorrichtung 10 über ein hier nicht näher dargestelltes Bedienfeld so einstellen, dass sie den Laserstrahl 16 in zwei Relativrichtungen 20 aussendet und so jeweils an Kanten 70 des Fensters 68 einen Messpunkt 62 erzeugt. Der Laser 60 wird zu diesem Zweck synchron mit einer Drehschwingung des Mikrospiegels 58 gepulst betrieben und jeweils an den beiden Endstellungen der Drehschwingung aktiviert und projiziert an diesen Orten die Messpunkte 62. Alternativ kann der Laser 60 kontinuierlich betrieben werden, so dass er eine Linie projiziert, die in den Messpunkten 62 endet, wobei in den Endstellungen der Drehschwingung die Position des Lichtpunkts 64 am Bildsensor 56 ausgelesen wird. Die Position des Lichtpunkts 64 wandert auf dem Bildsensor 56 entlang einer Linie 76 abhängig vom Winkel 66. In 4 ist dies beispielhaft für Winkel 66 von 0°, 15° und 30° dargestellt. Über eine Veränderung der Amplitude der Drehschwingung kann der Abstand zwischen den Messpunkten 62 verändert werden. Der Benutzer verändert die Amplitude der Drehschwingung so lange, bis die beiden Messpunkte 62 an den Kanten 70 des Fensters 68 reflektiert werden. Das von den Messpunkten 62 reflektierte Licht 26 trifft unter zwei Winkeln 66 auf die Zylinderoptik 28 ein und trifft an zwei unterschiedlichen Orten auf dem Bildsensor 56 auf. Eine nicht näher dargestellte Recheneinheit kann aus den Orten, in denen die Lichtpunkte 64 auf dem Bildsensor 56 auftreffen, die Winkel 66 bestimmen. Über eine Laufzeitmessung vom Aussenden des Laserstrahls 16 am Laser 60 bis zum Eintreffen des Lichts 26 am Bildsensor 56 kann die Recheneinheit auf bekannte Art die Entfernung der Messpunkte 62 von der Laservorrichtung 10 ermitteln. Bei Kenntnis der Winkel 66, in dem das reflektierte Licht 26 auf die Laservorrichtung 10 eintrifft, kann mit Hilfe des Kosinussatzes, nach dem allgemein gilt: c² = a² + b² – 2abcosγ, die Distanz 72 zwischen den Messpunkten 62 und so die Breite des Fensters 68 gemessen werden. Dabei entspricht γ dem Öffnungswinkel, unter dem das Licht 26 der beiden Messpunkte 62 auf die Zylinderoptik 28 eintrifft, a und b sind die gemessenen Distanzen der Messpunkte 62 von der Laservorrichtung 10, und c entspricht der Distanz 72. Die gemessene Distanz 72 wird dem Benutzer über ein nicht näher dargestelltes Display angezeigt. Die Laservorrichtung 10 kann neben der hier beschriebenen Art und Weise auch verschiedene weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Arten eingesetzt werden. To a distance 72 between two measuring points 62 , for example, a width of a window 68 To gauge, a user can use the laser device 10 Adjust it via a control panel, which is not shown here, in such a way that it illuminates the laser beam 16 in two relative directions 20 emits and so on each edge 70 of the window 68 a measuring point 62 generated. The laser 60 is synchronized with a torsional vibration of the micromirror for this purpose 58 operated pulsed and activated at the two end positions of the torsional vibration and projected at these locations the measuring points 62 , Alternatively, the laser can 60 be operated continuously so that it projects a line in the measuring points 62 ends, wherein in the end positions of the torsional vibration, the position of the light spot 64 on the image sensor 56 is read out. The position of the light spot 64 wanders on the image sensor 56 along a line 76 depending on the angle 66 , In 4 this is exemplary for angles 66 of 0 °, 15 ° and 30 °. About a change in the amplitude of the torsional vibration, the distance between the measuring points 62 to be changed. The user changes the amplitude of the torsional vibration until the two measuring points 62 at the edges 70 of the window 68 be reflected. That from the measuring points 62 reflected light 26 meets at two angles 66 on the cylinder optics 28 and hits two different locations on the image sensor 56 on. An unillustrated arithmetic unit may be selected from the locations in which the points of light 64 on the image sensor 56 strike, the angles 66 determine. About a transit time measurement of the emission of the laser beam 16 at the laser 60 until the arrival of the light 26 on the image sensor 56 the arithmetic unit can in known manner the distance of the measuring points 62 from the laser device 10 determine. With knowledge of the angle 66 in which the reflected light 26 on the laser device 10 With the aid of the cosine theorem, according to which the general rule is: c ² = a ² + b ² - 2abcosγ, the distance 72 between the measuring points 62 and so the width of the window 68 be measured. In this case, γ corresponds to the opening angle, below which the light 26 the two measuring points 62 on the cylinder optics 28 arrives, a and b are the measured distances of the measuring points 62 from the laser device 10 , and c equals the distance 72 , The measured distance 72 is displayed to the user via a display not shown in detail. The laser device 10 In addition to the manner described here, it is also possible to use various other species which appear appropriate to the person skilled in the art.

Die Zylinderoptik 28 der Laservorrichtung 10 weist asphärische Zylinderlinsen 30 auf (2 und 3). Die Zylinderoptik 28 weist gekrümmte Linsenflächen 38, 80 auf, die mit Ausnahme einer gekrümmten Linsenfläche 32 um eine zur Messebene 18 senkrechte Achse 34 gekrümmt sind. Die Linsenfläche 32 ist zu den weiteren Linsenflächen 38, 80 gekreuzt angeordnet. Die Linsenfläche 32 ist die von einer Lichteintrittsseite 36 her gesehen erste Linsenfläche 32 und ist um eine zur Messebene 18 parallele Achse 78 gekrümmt. Die zueinander gekreuzt angeordneten Linsenflächen 32, 38 sind an einer von der Lichteintrittsseite 36 her gesehen ersten Zylinderlinse 46 angeordnet. Die Linsenfläche 32 ist an der Zylinderlinse 46 nach außen gewölbt, und die Linsenfläche 38 ist an der Zylinderlinse 46 nach innen gewölbt. Durch die gekreuzte Anordnung der Linsenflächen 38, 80 kann erreicht werden, dass ein Messpunkt 62 in Form eines Lichtpunkts 64 (4) auf dem Bildsensor 56 projiziert wird. Eine Zylinderoptik mit ausschließlich eindimensional gekrümmten Linsenflächen, wobei alle gekrümmten Linsenflächen um parallele Achsen gekrümmt sind, würde, wie in 5 beispielhaft für Winkel 66 von 0°, 15° und 30° gezeigt, auf dem Bild sensor 56 abhängig vom Winkel 66 Lichtellipsen 74 projizieren. Diese Lichtellipsen 74 würden einen nur geringen Kontrast aufweisen, so dass das Sensorsignal nur schwer auszuwerten wäre. The cylinder optics 28 the laser device 10 has aspherical cylindrical lenses 30 on ( 2 and 3 ). The cylinder optics 28 has curved lens surfaces 38 . 80 on, with the exception of a curved lens surface 32 one at the trade fair level 18 vertical axis 34 are curved. The lens surface 32 is to the other lens surfaces 38 . 80 arranged crossed. The lens surface 32 is that of a light entrance side 36 seen first lens surface 32 and is one at the trade fair level 18 parallel axis 78 curved. The mutually crossed lens surfaces 32 . 38 are at one of the light entry side 36 her first cylinder lens 46 arranged. The lens surface 32 is on the cylinder lens 46 arched outward, and the lens surface 38 is on the cylinder lens 46 arched inwards. Due to the crossed arrangement of the lens surfaces 38 . 80 can be achieved that a measuring point 62 in the form of a point of light 64 ( 4 ) on the image sensor 56 is projected. A cylindrical optic with only one-dimensionally curved lens surfaces, wherein all curved lens surfaces are curved about parallel axes would, as in 5 exemplary for angles 66 of 0 °, 15 ° and 30 °, on the image sensor 56 depending on the angle 66 light ellipses 74 project. These light ellipses 74 would have only a low contrast, so that the sensor signal would be difficult to evaluate.

Die Zylinderlinsen 30 weisen eine gemeinsame optische Achse 40 auf, die parallel zur Messebene 18 und parallel zu einer Winkelhalbierenden 42 eines Öffnungswinkels 44 der in der Messebene 18 veränderbaren Relativrichtungen 20 angeordnet ist. Die die erste Linsenfläche 32 aufweisende, von der Lichteintrittsseite 36 her gesehen erste Zylinderlinse 46 und eine von der Lichteintrittsseite 36 her gesehen zweite Zylinderlinse 48 ist in Richtung der optischen Achse 40 in einem Abstand 50 angeordnet, der größer ist als eine Ausdehnung der ersten Zylinderlinse 46 in Richtung der optischen Achse 40. The cylindrical lenses 30 have a common optical axis 40 on, parallel to the measurement level 18 and parallel to an angle bisector 42 an opening angle 44 the one in the trade fair level 18 changeable relative directions 20 is arranged. The first lens surface 32 having, from the light entrance side 36 her first cylindrical lens 46 and one from the light entrance side 36 seen second cylindrical lens 48 is in the direction of the optical axis 40 at a distance 50 arranged, which is greater than an extension of the first cylindrical lens 46 in the direction of the optical axis 40 ,

Die beschriebene Zylinderoptik 28 weist in der Messebene 18 ein Bildfeld 52 von 60° auf. Senkrecht zur Messebene 18 weist die Zylinderoptik 28 ein Bildfeld 54 von weniger als 5° auf. Fremdlicht, das in einer um mehr al s 5° von einer von der Messebene 18 parallelen Richtung abweichenden Richtung auf die Zylinderoptik 28 eintrifft, wird nicht oder nur in einem geringen Umfang in Richtung des Bildsensors 56 gelenkt und zumindest über die lichtempfindliche Fläche des Bildsensors 56 gestreut. Dieses Fremdlicht hat daher nur einen geringen Einfluss auf ein Signal des Bildsensors 56, und der Lichtpunkt 64 weist einen hohen Kontrast auf. Licht, welches aus der Messebene 18 auf die Zylinderoptik 28 eintrifft, wird entlang der Linie 76 auf der lichtempfindlichen Fläche des Bildsensors 56 gebündelt, wobei Licht, welches von einem Punkt, wie einem der Messpunkte 62, ausgeht, auf einem Lichtpunkt 64 auf dem Bildsensor 56 gebündelt wird. Die Lichtpunkte 64 weisen eine geringe Fläche und verglichen mit ihrer Umgebung eine große Helligkeit auf. Die Recheneinheit kann anhand des Signals des Bildsensors 56 die Winkel 66 mit einer großen Sicherheit bestimmen. The described cylinder optics 28 points in the measurement level 18 a picture frame 52 from 60 ° up. Perpendicular to the trade fair level 18 has the cylinder optics 28 a picture frame 54 of less than 5 °. Ambient light, which is more than 5 ° from one of the measuring plane 18 parallel direction deviating direction on the cylinder optics 28 arrives, is not or only to a small extent in the direction of the image sensor 56 steered and at least over the photosensitive surface of the image sensor 56 scattered. This extraneous light has therefore only a small influence on a signal from the image sensor 56 , and the point of light 64 has a high contrast. Light coming from the measurement level 18 on the cylinder optics 28 Arrives will be along the line 76 on the photosensitive surface of the image sensor 56 bundled, with light coming from a point, like one of the measuring points 62 , goes out, on a point of light 64 on the image sensor 56 is bundled. The points of light 64 have a small area and a high brightness compared to their surroundings. The arithmetic unit can be based on the signal of the image sensor 56 the angles 66 with a great certainty.

Der Bildsensor 56 ist als zweidimensionaler Bildsensor 56 ausgebildet. Der Lichtpunkt 64 kann somit noch erfasst werden, wenn er auf den Bildsensor 56 aufgrund von Justage- oder Montagefehlern außerhalb der Linie 76 eintrifft. Die Recheneinheit kann durch eine Auswertung der Abweichung der Projektionsorte der Lichtpunkte 64 von der Linie 76 eine Justagegüte der Laservorrichtung 10 ermitteln. Eine unzulässige Justagegüte kann dem Benutzer vorteilhaft angezeigt werden. The image sensor 56 is as a two-dimensional image sensor 56 educated. The point of light 64 can thus still be detected when he clicks on the image sensor 56 due to adjustment or assembly errors outside the line 76 arrives. The arithmetic unit can by an evaluation of the deviation of the projection locations of the light spots 64 from the line 76 an adjustment quality of the laser device 10 determine. An impermissible adjustment quality can be advantageously displayed to the user.

Claims

Laser device, in particular for a hand-held laser distance measuring device ( 12 ), with at least one laser unit ( 14 ), which is intended to at least one laser beam ( 16 ) in at least one measurement level ( 18 ) variable relative directions ( 20 ) and at least one receiving unit ( 22 ), which is intended to cover at least part of the area to be measured ( 24 ) reflected light ( 26 ) of the laser beam ( 16 ), characterized in that the receiving unit ( 22 ) a cylinder optics ( 28 ) with at least one spherical and / or aspherical cylindrical lens ( 30 ) having.

Laser device according to claim 1, characterized in that at least one lens surface ( 38 . 80 ) of the cylinder optics ( 28 ) by one to the measuring level ( 18 ) at least substantially vertical axis ( 34 ) is curved.

Laser device according to claim 2, characterized in that at least one curved lens surface ( 32 ) to at least one of the further curved lens surfaces ( 38 . 80 ) is crossed.

Laser device according to one of the preceding claims, characterized in that from a light entry side ( 36 ) of the cylinder optics ( 28 ) seen first curved lens surface ( 32 ) by one to the measuring level ( 18 ) parallel axis ( 78 ) is curved.

Laser device at least according to claim 3, characterized in that the two mutually crossed lens surfaces ( 32 . 38 ) on a cylindrical lens ( 46 ) are arranged.

Laser device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the cylindrical lenses ( 30 ) at least substantially a common optical axis ( 40 ) exhibit.

Laser device according to claim 6, characterized in that the optical axis ( 40 ) of the cylindrical lenses ( 30 ) at least substantially parallel to the measuring plane ( 18 ) and at least substantially parallel to an angle bisector ( 42 ) of an opening angle ( 44 ) at the trade fair level ( 18 ) variable relative directions ( 20 ) is arranged.

Laser device at least according to claim 6, characterized in that one of the light entry side ( 36 ) ago seen first cylindrical lens ( 46 ) and one from the light entry side ( 36 ) seen to the first cylindrical lens ( 46 ) second cylindrical lens ( 48 ) in the direction of the optical axis ( 40 ) at a distance ( 50 ) are arranged.

Laser device according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder optics ( 28 ) in the measuring level ( 18 ) a picture field ( 52 ) of at least 60 °.

Laser device according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder optics ( 28 ) perpendicular to the measuring plane ( 18 ) a picture field ( 54 ) of less than 5 °.

Laser device according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving unit ( 22 ) a two-dimensional image sensor ( 56 ) having.

Laser distance measuring device ( 12 ) with a laser device ( 10 ) according to any one of the preceding claims.