DE102015223024A1 - Laser distance measuring device - Google Patents

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Hartmut Spennemann
Boris Riedel
Bernd Schmidtke
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Abstract

Es wird ein Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘), insbesondere ein handgehaltenes Laserentfernungsmessgerät (10‘, 10‘‘), vorgeschlagen, das von einer Vorrichtung zur Laserentfernungsmessung mit zumindest einer Sendevorrichtung (28) zum Aussenden von Laserstrahlung (30), einer Empfangsoptik (56) zum Empfangen von von einem entfernten Objekt (34) rücklaufender Laserstrahlung (30‘) sowie mit zumindest einer Detektorvorrichtung (22) zum Detektieren von empfangener Laserstrahlung (30‘) ausgeht, wobei die Laserstrahlung (30) mittels einer Projektionsvorrichtung (20) der Sendevorrichtung (28) einen Winkelbereich α (46) periodisch überstreichend ausgesendet wird, sodass eine projizierte Laserlinie (52) auf dem entfernten Objekt (34) darstellbar ist. Erfindungsgemäß weist die Empfangsoptik (56) des Laserentfernungsmessgeräts (10, 10‘, 10‘‘) eine Laserstrahlung (30‘) aus einem Winkelbereich γ (60) zur Detektion auf die Detektorvorrichtung (22) projizierende Facettenoptik (62) auf. Ferner wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Distanz auf einer Oberfläche eines entfernten Objekts (34) mittels des Laserentfernungsmessgeräts (10, 10‘, 10‘‘) vorgeschlagen.The invention relates to a laser range finding device (10, 10 ', 10 "), in particular a hand-held laser range finder (10', 10"), which is provided by a device for measuring laser distance with at least one transmitting device (28) for emitting laser radiation (30). a receiving optical system (56) for receiving laser radiation (30 ') returning from a remote object (34) and at least one detector device (22) for detecting received laser radiation (30'), the laser radiation (30) being generated by means of a projection device (20) the transmitting device (28) an angle range α (46) is transmitted periodically sweeping, so that a projected laser line (52) on the remote object (34) can be displayed. According to the invention, the receiving optics (56) of the laser distance measuring device (10, 10 ', 10' ') comprise laser radiation (30') from an angular range γ (60) for detecting facet optics (62) projecting onto the detector device (22). Further, a method for determining a distance on a surface of a remote object (34) by means of the laser range finder (10, 10 ', 10 ") is proposed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserentfernungsmessgerät, insbesondere ein handgehaltenes Laserentfernungsmessgerät, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a laser rangefinder, in particular a hand-held laser rangefinder, according to the preamble of claim 1.

Es sind bereits gattungsgemäße Laserentfernungsmessgeräte vorgeschlagen worden, bei denen Laserstrahlung mittels einer Projektionsvorrichtung einer Sendevorrichtung einen Winkelbereich periodisch überstreichend ausgesendet wird. Derartige Laserentfernungsmessgeräte sind beispielsweise in DE 10 0163 09 A1 , in DE 10 2011 005 277 A1 und DE 10 2011 089 325 A1 vorgeschlagen worden.There are already proposed generic laser distance measuring devices, in which laser radiation by means of a projection device of a transmitting device an angular range is transmitted periodically sweeping. Such laser rangefinders are for example in DE 10 0163 09 A1 , in DE 10 2011 005 277 A1 and DE 10 2011 089 325 A1 been proposed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das vorgeschlagene Laserentfernungsmessgerät, insbesondere ein handgehaltenes Laserentfernungsmessgerät, geht aus von einem Laserentfernungsmessgerät mit zumindest einer Sendevorrichtung zum Aussenden von Laserstrahlung, einer Empfangsoptik zum Empfangen von von einem entfernten Objekt rücklaufender Laserstrahlung sowie mit zumindest einer Detektorvorrichtung zum Detektieren von empfangener Laserstrahlung, wobei die Laserstrahlung mittels einer Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung einen Winkelbereich α periodisch überstreichend ausgesendet wird, sodass eine projizierte Laserlinie auf dem entfernten Objekt darstellbar ist. Erfindungsgemäß weist die Empfangsoptik eine Laserstrahlung aus einem Winkelbereich γ zur Detektion auf die Detektorvorrichtung projizierende Facettenoptik auf.The proposed laser range finder, in particular a handheld laser range finder, is based on a laser rangefinder with at least one transmitting device for emitting laser radiation, receiving optics for receiving from a remote object returning laser radiation and at least one detector device for detecting received laser radiation, wherein the laser radiation by means of a Projection device of the transmitting device is an angle range α periodically scanned out, so that a projected laser line on the remote object can be displayed. According to the invention, the receiving optics has a laser radiation from an angular range γ for detecting facet optics projecting onto the detector device.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Laserentfernungsmessgerät ein handgehaltenes Messgerät, das ohne Zuhilfenahme einer Transportvorrichtung und/oder einer Haltevorrichtung lediglich mit den Händen, bevorzugt mit einer Hand, geführt werden kann. Insbesondere ist das handgehaltene Laserentfernungsmessgerät dazu vorgesehen, bei einem Messvorgang von einem Bediener mit der Hand zumindest geführt, vorzugsweise getragen, besonders bevorzugt gehalten zu werden. Dazu beträgt die Gesamtmasse des Laserentfernungsmessgeräts insbesondere weniger als 2 kg, bevorzugt weniger als 1 kg, besonders bevorzugt weniger als 500 g. Ferner sind in einer bevorzugten Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts alle Komponenten des Messgeräts in einem die Komponenten im Wesentlichen umschließenden Gehäuse untergebracht. Insbesondere beträgt die Länge der längsten Seite dieses Gehäuses weniger als 30 cm, vorteilhaft weniger als 20 cm, besonders vorteilhaft weniger als 15 cm. In einem Anwendungsbeispiel kann das handgehaltene Laserentfernungsmessgerät beispielsweise zur Vermessung von Gegenständen oder Innenräumen bei handwerklichen Tätigkeiten verwendet werden.In one exemplary embodiment, the laser rangefinder is a hand-held measuring device that can be guided only with the hands, preferably with one hand, without the aid of a transport device and / or a holding device. In particular, the hand-held laser rangefinder is provided to be at least guided by a user by hand in a measuring operation, preferably carried, particularly preferably held. For this purpose, the total mass of the laser rangefinder is in particular less than 2 kg, preferably less than 1 kg, more preferably less than 500 g. Furthermore, in a preferred embodiment of the laser rangefinder, all the components of the measuring device are accommodated in a housing substantially enclosing the components. In particular, the length of the longest side of this housing is less than 30 cm, advantageously less than 20 cm, particularly advantageously less than 15 cm. For example, in one example of an application, the hand-held laser range finder can be used to measure objects or interiors in crafting activities.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Laserentfernungsmessgerät auch als stationäre Vorrichtung realisiert sein und/oder als stationäre Vorrichtung verwendet werden. In an alternative or additional embodiment, the laser range finding device according to the invention can also be realized as a stationary device and / or used as a stationary device.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts wird das erfindungsgemäße Laserentfernungsmessgerät in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, verwendet. In einer derart gestalteten Ausführungsform kann das integrierte Laserentfernungsmessgerät vorzugsweise zur Vermessung von Abständen während einer Navigation des Fahrzeugs und/oder im Zusammenhang mit einer Sicherheitseinrichtung des Fahrzeugs, insbesondere im Zusammenhang mit einer Bremsvorrichtung, verwendet werden.In one embodiment of the laser range finding device, the laser range finding device according to the invention is used in a vehicle, in particular in a motor vehicle. In such a designed embodiment, the integrated laser rangefinder can be used preferably for measuring distances during navigation of the vehicle and / or in connection with a safety device of the vehicle, in particular in connection with a brake device.

Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell „programmiert“, „ausgelegt“ und/oder „ausgestattet“ verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion „vorgesehen“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt oder dazu ausgelegt ist, die Funktion zu erfüllen.The term "intended" should be understood to mean in particular "programmed", "designed" and / or "equipped". By "providing" an object for a particular function, it should be understood, in particular, that the object fulfills and / or executes this particular function in at least one application and / or operating state or is designed to perform the function.

Die Sendevorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts zum Aussenden von Laserstrahlung weist zumindest eine Lichtquelle auf, vorzugsweise in Form eines Lasers, eines Halbleiterlasers oder einer Laserdiode, die insbesondere zeitlich moduliertes Licht, bevorzugt Laserstrahlung, in Richtung eines entfernten Objekts – im Folgenden auch synonym dazu: in Richtung eines Zielobjekts – aussendet. Eine zeitliche Modulation kann hierbei kontinuierlich und/oder periodisch, beispielsweise sinusartig, erfolgen. Ebenfalls können Lichtpulse in Richtung auf ein Zielobjekt ausgesendet werden. Ferner können auch Pulszüge, beispielsweise nicht periodisch wie z.B. in Form von sogenannten Pseudo-Noise-Pulsabfolgen, ausgesendet werden. Insbesondere kann die Sendevorrichtung auch eine Mehrzahl an Strahlung aussendenden Vorrichtungen einheitlicher oder uneinheitlicher Art, insbesondere eine Mehrzahl an Laserlichtquellen, umfassen. The transmitting device of the laser distance measuring device for emitting laser radiation has at least one light source, preferably in the form of a laser, a semiconductor laser or a laser diode, in particular temporally modulated light, preferably laser radiation, in the direction of a distant object - synonymous hereinafter: in the direction of a Target object - sends out. A temporal modulation can take place here continuously and / or periodically, for example sinusoidally. Likewise, light pulses can be emitted in the direction of a target object. Furthermore, pulse trains, such as non-periodic such as e.g. in the form of so-called pseudo-noise pulse sequences, are sent out. In particular, the transmitting device can also comprise a plurality of radiation-emitting devices of uniform or nonuniform nature, in particular a plurality of laser light sources.

In einer Ausführungsform kann die Laserstrahlung in einem für das menschliche Auge sichtbaren spektralen Wellenlängenbereich, d.h. insbesondere zwischen 380 nm bis 780 nm, liegen. Vorteilhaft kann ein Bediener des Laserentfernungsmessgeräts die von dem Laserentfernungsmessgerät emittierte Laserstrahlung ohne Zuhilfenahme optischer Hilfsmittel erkennen und insbesondere deren Projektion auf ein entferntes Objekt als projizierte Lasermarkierung wahrnehmen. In einer alternativen Ausführungsform kann die Laserstrahlung auch in einem für das menschliche Auge unsichtbaren spektralen Wellenlängenbereich, d.h. insbesondere unterhalb von 380 nm oder oberhalb von 780 nm, liegen. In diesem Fall ist die von dem Laserentfernungsmessgerät emittierte Laserstrahlung für den Bediener des Laserentfernungsmessgeräts lediglich unter Zuhilfenahme optischer Hilfsmittel (beispielsweise einer Infrarotkamera bei Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von Infrarot) erkennbar.In one embodiment, the laser radiation may be in a spectral wavelength range visible to the human eye, ie in particular between 380 nm and 780 nm. Advantageously, an operator of the laser rangefinder can detect the laser radiation emitted by the laser range finder without the aid of optical aids and in particular their projection onto a distant object as projected Perceive laser marking. In an alternative embodiment, the laser radiation may also lie in a spectral wavelength range which is invisible to the human eye, ie in particular below 380 nm or above 780 nm. In this case, the laser radiation emitted by the laser rangefinder is recognizable to the operator of the laser rangefinder only with the aid of optical aids (for example an infrared camera with laser radiation in the wavelength range of infrared).

Die Sendevorrichtung ist dazu vorgesehen, Laserstrahlung in unterschiedliche Richtungen, insbesondere unterschiedliche Relativrichtungen bezogen auf das Laserentfernungsmessgerät und/oder eine Referenzrichtung, auszusenden. Bevorzugt ist die Sendevorrichtung dazu vorgesehen, Laserstrahllung derart auszusenden, dass ein die Laserstrahlung repräsentierender Laserstrahl einen Winkelbereich α periodisch überstreicht. Zur Einstellung und Änderung der Ausstrahlrichtung der Laserstrahlung weist die Sendevorrichtung eine Projektionsvorrichtung auf. Die Projektionsvorrichtung ist dazu vorgesehen, die Laserstrahlung – im Folgenden synonym dazu: den Laserstrahl – in unterschiedliche Richtungen, insbesondere unterschiedliche Relativrichtungen, bezogen auf das Laserentfernungsmessgerät, beispielsweise bezogen auf ein Gehäuse des Laserentfernungsmessgeräts, umzulenken und/oder abzulenken. Dazu weist die Projektionsvorrichtung zumindest ein Laserstrahllenkmittel auf. Unter einem Laserstrahllenkmittel ist ein einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Mittel, vorzugsweise jedoch ein räumlicher Lichtmodulator (SLM), eine refraktive Optik, eine Mechanik zum Schwenken eines Lasers und/oder einer Optik der Sendevorrichtung, ein Mikrospiegelarray mit mehreren Mikrospiegeln, besonders bevorzugt jedoch ein einzelner Mikrospiegel, zu verstehen. The transmitting device is intended to emit laser radiation in different directions, in particular different relative directions with respect to the laser distance measuring device and / or a reference direction. The transmitting device is preferably provided to emit laser radiation in such a way that a laser beam representing the laser radiation periodically sweeps over an angular range α. For setting and changing the emission direction of the laser radiation, the transmitting device has a projection device. The projection device is provided for deflecting and / or diverting the laser radiation - in the following synonymously: the laser beam - in different directions, in particular different relative directions, relative to the laser range finder, for example relative to a housing of the laser range finder. For this purpose, the projection device has at least one laser beam steering means. A laser beam steering means is a device that appears appropriate to a person skilled in the art, but preferably a spatial light modulator (SLM), a refractive optical system, a mechanism for pivoting a laser and / or an optical system of the transmitting device, a micromirror array with a plurality of micromirrors, but particularly preferably a single optical system Micromirror, to understand.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts weist die Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung zumindest einen zumindest eindimensional auslenkbar gelagerten Spiegel auf, unter dessen Verwendung Laserstrahlung unter periodisch veränderbaren Relativrichtungen in dem Winkelbereich α ausgesendet werden kann oder ausgesendet wird.In one embodiment of the laser range finding device, the projection device of the transmitting device has at least one at least one dimensionally deflectable mirror mounted, under the use of which laser radiation can be emitted under periodically variable relative directions in the angular range α or is emitted.

Der zumindest eine Spiegel kann als ein Mikrospiegel realisiert sein. Ein Mikrospiegel weist insbesondere eine Spiegelfläche größer als 0.5 mm2, vorteilhaft größer als 1 mm2, besonders vorteilhaft größer als 2 mm2, auf. Vorzugsweise ist die Spiegelfläche mittels eines elektrischen Signals, insbesondere über zumindest einen elektrostatischen Aktor, zumindest in eine Richtung schwenkbar. Alternativ oder zusätzlich kann die Spiegelfläche mittels eines elektrischen Signals, insbesondere über zumindest einen elektrostatischen Aktor, in zwei Richtungen, insbesondere in zwei orthogonale Richtungen, schwenkbar sein.The at least one mirror can be realized as a micromirror. In particular, a micro mirror has a mirror surface is greater than 0.5 mm 2, advantageously greater than 1 mm 2, particularly advantageously greater than 2 mm 2 on. Preferably, the mirror surface is pivotable by means of an electrical signal, in particular via at least one electrostatic actuator, at least in one direction. Alternatively or additionally, the mirror surface can be pivotable in two directions, in particular in two orthogonal directions, by means of an electrical signal, in particular via at least one electrostatic actuator.

Das Laserstrahllenkmittel schwenkt den emittierten Laserstrahl kontinuierlich über einen insbesondere konstanten, bevorzugt vorgebbaren, Winkelbereich α. Die Projektionsvorrichtung und/oder eine Steuervorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts ist dazu vorgesehen, einen Winkel der emittierten Laserstrahlung, d.h. insbesondere einen Winkel zwischen Relativrichtungen der emittierten Laserstrahlung, zu erfassen, zu steuern und/oder vorzugsweise zu regeln. In einer Ausführungsform erlaubt die Projektionsvorrichtung, den Laserstrahl den Winkelbereich α periodisch überstreichend auszusenden, indem der Laserstrahl zwischen zwei Relativrichtungen, die den Winkelbereich α definieren und begrenzen, insbesondere kontinuierlich, hin- und hergeschwenkt wird. Unter einer „Relativrichtung“ soll eine Richtung relativ zu dem Laserentfernungsmessgerät, beispielsweise relativ zu einem Gehäuse des Laserentfernungsmessgeräts, oder relativ zu einer Referenzrichtung verstanden werden. Folglich überstreicht der Laserstrahl den Winkelbereich α periodisch, d.h. er wird periodisch ausgelenkt. Die periodische Überstreichung des Winkelbereichs α erfolgt insbesondere mit einer Frequenz größer als 20 Hz, vorzugsweise größer als 40 Hz, besonders bevorzugt größer als 60 Hz. Bei einer hohen periodischen Wiederholrate der Auslenkung des Laserstrahls wird der mittels Laserstrahl auf das Zielobjekt projizierte Laserpunkt derart zügig über das Zielobjekt bewegt, dass ein Betrachter, insbesondere der Bediener des Laserentfernungsmessgeräts, auf dem entfernten Objekt eine projizierte, insbesondere durchgezogene, bevorzugt kontinuierlich leuchtende Projektionslinie oder Laserlinie wahrnimmt, die insbesondere der zu vermessenden Strecke entspricht.The laser beam steering means continuously pivots the emitted laser beam over a particularly constant, preferably predefinable, angular range α. The projection device and / or a control device of the laser rangefinder is designed to adjust an angle of the emitted laser radiation, i. in particular an angle between relative directions of the emitted laser radiation, to detect, to control and / or preferably to regulate. In one embodiment, the projection device allows the laser beam to emit the angular range α periodically by swiveling the laser beam back and forth between two relative directions which define and limit the angular range α, in particular continuously. A "relative direction" is to be understood as meaning a direction relative to the laser range finder, for example relative to a housing of the laser range finder, or relative to a reference direction. Consequently, the laser beam periodically sweeps over the angular range α, i. he is deflected periodically. The periodic sweep of the angle range α is carried out in particular with a frequency greater than 20 Hz, preferably greater than 40 Hz, more preferably greater than 60 Hz. At a high periodic repetition rate of the deflection of the laser beam, the laser point projected onto the target object by means of a laser beam is transferred so rapidly the target object moves that a viewer, in particular the operator of the laser rangefinder, on the remote object perceives a projected, in particular solid, preferably continuously lit projection line or laser line, which corresponds in particular to the distance to be measured.

Neben der Lichtquelle und der Projektionsvorrichtung kann die Sendevorrichtung auch anderweitige, insbesondere strahlformende und/oder strahllenkende und/oder die Eigenschaften der Laserstrahlung beeinflussende optische Elemente, beispielsweise Linsen, Filter, diffraktive Elemente, Spiegel, Reflektoren, optisch transparente Scheiben oder dergleichen, aufweisen. Insbesondere können optische Elemente vorgesehen sein, die den Laserstrahl vorteilhaft fokussieren und/oder kollimieren.In addition to the light source and the projection device, the transmitting device can also have other optical elements, in particular beam-shaping and / or beam-directing and / or influencing the properties of the laser radiation, for example lenses, filters, diffractive elements, mirrors, reflectors, optically transparent panes or the like. In particular, optical elements may be provided which favorably focus and / or collimate the laser beam.

Ein von dem mittels ausgesendetem Laserstrahl beleuchteten Zielobjekt reflektierter und/oder gestreuter, d.h. rücklaufender Laserstrahl wird von dem Laserentfernungsmessgerät zumindest teilweise detektiert und zur Ermittlung einer zu messenden Entfernung verwendet. Der rücklaufende Laserstrahl wird dabei mittels einer Detektorvorrichtung zum Detektieren von empfangenem Licht, insbesondere empfangener rücklaufender Laserstrahlung, zumindest teilweise detektiert. Dabei soll unter der Detektorvorrichtung zumindest ein Detektorelement verstanden werden, das abhängig von einer auftreffenden Lichtintensität ein Detektionssignal liefert. Unter „Detektorelement“ werden strahlungsempflindliche, insbesondere lichtempfindliche Elemente wie Photodioden, beispielsweise PIN-Dioden oder Avalanche Photo Dioden (APD), aber auch (modulierte) CCD-Chips und CMOS-Pixel verstanden. In einer Ausführungsform wird das zumindest eine Detektorelement durch eine Single-Photon-Avalanche-Diode (SPAD) gebildet, in einer weiteren Ausführungsform durch eine Mehrzahl ungekoppelter oder gekoppelter SPADs, insbesondere aus einem SPAD-Array. A laser beam reflected and / or scattered by the target object illuminated by the emitted laser beam, ie returning laser beam, is at least partially detected by the laser range finder and used to determine a distance to be measured. The returning laser beam is thereby by means of a detector device for detecting received light, in particular received returning laser radiation, at least partially detected. In this case, the detector device should be understood to mean at least one detector element which supplies a detection signal as a function of an incident light intensity. The term "detector element" is understood to mean radiation-sensitive, in particular photosensitive, elements such as photodiodes, for example PIN diodes or avalanche photo diodes (APD), but also (modulated) CCD chips and CMOS pixels. In one embodiment, the at least one detector element is formed by a single-photon avalanche diode (SPAD), in a further embodiment by a plurality of uncoupled or coupled SPADs, in particular from a SPAD array.

Aus einem zwischen der ausgesendeten Laserstrahlung und der von der Oberfläche des Zielobjekts rücklaufenden Laserstrahlung durchgeführten Phasenvergleich kann unter Verwendung einer Steuervorrichtung und/oder einer Auswertevorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts eine Lichtlaufzeit ermittelt und über die Lichtgeschwindigkeit der gesuchte Abstand zwischen dem Laserentfernungsmessgerät und dem Zielobjekt in Richtung des emittierten Laserstrahls bestimmt werden. Ein typischer Messbereich des Laserentfernungsmessgeräts liegt in einem Entfernungsbereich von wenigen Zentimetern bis zu mehreren hundert Metern. Der ermittelte Entfernungsmesswert in Richtung des emittierten Laserstrahls wird anschließend von der Steuervorrichtung und/oder einer Auswertevorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts weiterverarbeitet und/oder mittels einer Ausgabevorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts, beispielsweise unter Verwendung eines Displays oder einer akustischen Ausgabevorrichtung, an einen Bediener des Laserentfernungsmessgeräts ausgegeben. Alternativ oder zusätzlich kann der Entfernungsmesswert auch zur weiteren Verarbeitung an ein weiteres Gerät, beispielsweise eine Fahrzeugsteuerung, ein externes Datenverarbeitungsgerät oder dergleichen, übermittelt werden.Using a control device and / or an evaluation device of the laser rangefinder, a light transit time can be determined from a phase comparison carried out between the emitted laser radiation and the laser radiation returning from the surface of the target object, and the sought distance between the laser range finder and the target object in the direction of the emitted laser beam via the speed of light be determined. A typical measuring range of the laser rangefinder is in a distance range of a few centimeters to several hundred meters. The determined distance measurement value in the direction of the emitted laser beam is then further processed by the control device and / or an evaluation device of the laser rangefinder and / or output by an output device of the laser rangefinder, for example using a display or an acoustic output device to an operator of the laser rangefinder. Alternatively or additionally, the distance measurement value can also be transmitted to a further device, for example a vehicle control system, an external data processing device or the like, for further processing.

Der von dem Zielobjekt insbesondere durch Reflektion und/oder Streuung rücklaufende Laserstrahl wird unter Verwendung einer Empfangsoptik empfangen. Die Empfangsoptik ist dabei dazu vorgesehen, Licht und insbesondere Laserstrahlung aus einem Winkelbereich γ zu empfangen und auf die Detektorvorrichtung, insbesondere das Detektorelement, zu projizieren, bevorzugt abzubilden. Bevorzugt ist die Empfangsoptik dazu vorgesehen, Licht und insbesondere Laserstrahlung aus mehreren, unterschiedlichen Winkelteilbereichen σ zu empfangen und auf die Detektorvorrichtung zu projizieren. Erfindungsgemäß weist die Empfangsoptik dazu eine Laserstrahlung aus einem Winkelbereich γ auf die Detektorvorrichtung projizierende Facettenoptik auf.The laser beam returning from the target object, in particular by reflection and / or scattering, is received using a receiving optical system. The receiving optical system is intended to receive light and in particular laser radiation from an angular range γ and to project it onto the detector device, in particular the detector element, preferably to image it. Preferably, the receiving optical system is provided to receive light and in particular laser radiation from a plurality of different angular sub-ranges σ and to project it onto the detector device. According to the invention, the receiving optics has laser radiation from an angular range γ on the detector device projecting facet optics.

Mittels der erfindungsgemäßen Empfangsoptik in Form der Facettenoptik lässt sich Licht und insbesondere Laserstrahlung aus einem bevorzugt weiten Winkelbereich γ auf die Detektorvorrichtung projizieren. Insbesondere Laserstrahlung, die mittels der Projektionsvorrichtung unter einem großen Aussendewinkel von dem Laserentfernungsmessgerät emittiert wird, kann durch die Facettenoptik auf die Detektorvorrichtung projiziert werden, sodass eine Entfernungsbestimmung auch in Richtungen unter großer Auslenkung der emittierten Laserstrahlung möglich ist.By means of the receiving optics according to the invention in the form of the facet optics, light and in particular laser radiation can be projected onto the detector device from a preferably wide angular range γ. In particular, laser radiation which is emitted by the laser distance measuring device at a large transmission angle by means of the projection device can be projected onto the detector device by the facet optics, so that a distance determination is also possible in directions under great deflection of the emitted laser radiation.

Ferner ist das Laserentfernungsmessgerät, insbesondere dessen Steuervorrichtung und/oder dessen Projektionsvorrichtung und/oder dessen Auswertevorrichtung und/oder dessen Detektorvorrichtung, dazu vorgesehen, Distanzen zu zumindest zwei, bevorzugt zu einer Vielzahl von verschiedenen Messpunkten, d.h. in verschiedenen Emissionsrichtungen des Laserstrahls, zeitnah zu bestimmen. Besonders bevorzugt ist das Laserentfernungsmessgerät dazu vorgesehen, auf einer Ebene – im Folgenden auch Projektionsebene genannt – in dem Winkelbereich α eine bestimmte Anzahl von Distanzen mit unterschiedlichen Relativrichtungen, insbesondere zeitnah, zu bestimmen. Vorzugsweise erfasst das Laserentfernungsmessgerät, insbesondere dessen Projektionsvorrichtung und/oder dessen Steuervorrichtung, eine Ausrichtung der Relativrichtungen, insbesondere relativ zueinander und/oder vorteilhaft relativ zu dem Laserentfernungsmessgerät oder relativ zu einer Komponente des Laserentfernungsmessgeräts. Unter „zeitnah“ soll in einem Ausführungsbeispiel insbesondere verstanden werden, dass das Laserentfernungsmessgerät, insbesondere dessen Steuervorrichtung und/oder dessen Projektionsvorrichtung und/oder dessen Auswertevorrichtung und/oder dessen Detektorvorrichtung, dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Distanzen innerhalb von 500 ms, vorteilhaft innerhalb von 100 ms, besonders vorteilhaft innerhalb von 50 ms, zu bestimmen.Furthermore, the laser range finding device, in particular its control device and / or its projection device and / or its evaluation device and / or its detector device, is provided for distances to at least two, preferably to a plurality of different measuring points, i. in different directions of emission of the laser beam to determine promptly. Particularly preferably, the laser range finding device is provided to determine a certain number of distances with different relative directions, in particular in a timely manner, on a plane (also referred to below as the projection plane) in the angular range α. Preferably, the laser range finding device, in particular its projection device and / or its control device, detects an orientation of the relative directions, in particular relative to one another and / or advantageously relative to the laser rangefinder or relative to a component of the laser rangefinder. By "timely" is to be understood in an embodiment in particular that the laser rangefinder, in particular its control device and / or its projection device and / or its evaluation and / or its detector device, is provided to at least two distances within 500 ms, advantageously within 100 ms, particularly advantageous within 50 ms to determine.

In einer Ausführungsform kann die Anzahl von Distanzen mit unterschiedlichen Relativrichtungen, in die das Laserentfernungsmessgerät Distanzen bestimmt, durch einen Benutzer vorgegeben oder wählbar sein. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform kann diese Anzahl auch geräteintern, beispielsweise durch die Steuervorrichtung und/oder die Auswertevorrichtung, vorgegeben werden. So kann die Anzahl von Distanzmessungen in unterschiedliche Relativrichtungen abhängig von dem Winkelbereich α bzw. der Länge der indirekt zu vermessenden Strecke auf dem Zielobjekt abgeschätzt und/oder berechnet und vorgegeben werden.In one embodiment, the number of distances with different relative directions into which the laser range finder determines distances may be predetermined or selectable by a user. In an alternative or additional embodiment, this number can also be specified inside the device, for example by the control device and / or the evaluation device. Thus, the number of distance measurements in different relative directions depending on the angular range α or the length of the indirectly to be measured distance on the target object can be estimated and / or calculated and specified.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Laserentfernungsmessgeräts ist mit besonders geringem konstruktiven Aufwand eine komfortable, indirekte Vermessung einer Strecke zwischen zwei nur mit dem Laserstrahl erreichbaren Punkten auf dem Zielobjekt möglich, ohne dass das Laserentfernungsmessgerät an einem der Punkte angelegt werden muss. Bevorzugt wird die indirekt zu bestimmende Strecke unter Anwendung trigonometrischer Funktionen aus mehreren Entfernungsmessungen in verschiedenen Relativrichtungen zwischen dem Laserentfernungsmessgerät und dem Zielobjekt sowie den zwischen den Relativrichtungen eingeschlossenen Winkeln ermittelt. Eine solche Strecke kann dabei besonders vorteilhaft auf Knopfdruck innerhalb von einem kurzen Zeitraum, insbesondere weniger als einer Sekunde, gemessen werden. Der Bediener kann sich zum Messen der Strecke vorteilhaft an einer von der Strecke beabstandeten Position aufhalten. Gleichzeitig ist eine Markierung der zu messenden Strecke in Form der projizierten Laserlinie möglich.Due to the inventive design of the laser rangefinder is particularly convenient design a comfortable, indirect measurement of a distance between two achievable only with the laser beam points on the target object possible without the laser rangefinder must be created at one of the points. Preferably, the distance to be determined indirectly is determined using trigonometric functions from a plurality of distance measurements in different relative directions between the laser distance measuring device and the target object and the angles enclosed between the relative directions. Such a route can be measured particularly advantageously at the push of a button within a short period of time, in particular less than one second. The operator may advantageously be at a distance from the track to measure the distance. At the same time a marking of the route to be measured in the form of the projected laser line is possible.

Zusätzlich zu einer Ermittlung der Länge einer von dem Laserentfernungsmessgerät beabstandeten Strecke ist das Laserentfernungsmessgerät ferner dazu vorgesehen, mit dem Laserstrahl eine direkte Distanz zwischen dem Laserentfernungsmessgerät und dem Zielobjekt zu bestimmen und auszugeben.In addition to determining the length of a distance spaced from the laser range finder, the laser range finder is further provided to determine and output a direct distance between the laser range finder and the target object with the laser beam.

Unter einer „Facettenoptik“ ist insbesondere eine Empfangsoptik zu verstehen, die den Winkelbereich γ – das sogenannte Gesichtsfeld der Empfangsoptik – in Winkelteilbereiche σ – und somit in Teil-Gesichtsfelder – aufteilt. Dabei wird jeder Winkelteilbereich σ auf die Detektorvorrichtung, insbesondere deren Detektorelement, projiziert, bevorzugt abgebildet. Vorzugsweise werden die Winkelteilbereiche σ mit je einer Facette der Facettenoptik auf die Detektorvorrichtung projiziert, bevorzugt abgebildet. Vorteilhaft kann auf diese Weise mittels der Facettenoptik als Empfangsoptik von einem entfernten Objekt rücklaufende, d.h. insbesondere reflektierte und/oder gestreute, Laserstrahlung aus einem bevorzugt großen Winkelbereich γ auf die Detektorvorrichtung, insbesondere das Detektorelement, projiziert, bevorzugt abgebildet werden.A "facet optics" is to be understood in particular as a receiving optics which divides the angular range γ - the so-called visual field of the receiving optics - into angular subareas σ - and thus into partial fields of view. In this case, each angular section σ is projected onto the detector device, in particular its detector element, preferably imaged. Preferably, the angle subareas σ are each projected onto the detector device with one facet of the facet optic, preferably imaged. Advantageously, in this way by means of the faceted optics as receiving optics from a remote object returning, i. In particular, reflected and / or scattered laser radiation from a preferably large angular range γ onto the detector device, in particular the detector element, can be projected, preferably imaged.

Vorteilhaft lassen sich mithilfe der Facettenoptik klassische, lichtstarke und entsprechend aufwendige Weitwinkeloptiken ersetzen. Derartige Weitwinkeloptiken müssen – ausgehend von der Anforderung, dass das Detektorelement aus Kosten- und Konstruktionsgründen möglichst klein sein soll (beispielsweise 10 mm Länge) – eine kleine Brennweite von beispielsweise f = 10 mm besitzen. Darüber hinaus erfordert die Anforderung, möglichst viel Strahlungsleistung von jedem Laserpunkt auf dem Zielobjekt auf die Detektorvorrichtung zu projizieren, eine kleine Blendenzahl f/#, die in genanntem Beispiel bei ca. f/# = 0.9 liegt. Die Facettenoptik ermöglicht es, diese Nachteile klassischer, lichtstarker Weitwinkeloptiken, die auf Grund ihrer Blendenzahlen nahe 1 besonders komplex und aufwendig sowohl in der Herstellung als auch in der Justage sind, zu umgehen. Insbesondere lässt sich unter Verwendung der Facettenoptik die Anzahl an Linsen und an stark gekrümmten Oberflächen in der Empfangsoptik des Laserentfernungsmessgeräts stark reduzieren. Durch Aufteilung des Winkelbereichs γ in Winkelteilbereiche σ, die mittels der Facettenoptik jeweils insbesondere gleichzeitig auf die Detektorvorrichtung, insbesondere deren Detektorelement, projiziert werden können, können die konstruktionsbedingten Anforderungen an die Empfangsoptik bei vorgegebenem Winkelbereich γ sowie vorgegebener Detektorgröße signifikant entschärft werden. Bevorzugt wird bei der Facettenoptik jeder der Winkelteilbereiche σ durch eine der der Anzahl der Winkelteilbereiche σ entsprechenden Facetten auf die Detektorvorrichtung projiziert, bevorzugt abgebildet. Einer besonders kurzen Brennweite – wie sie bei Weitwinkeloptiken nötig wäre – kann somit entgegengewirkt werden, bei gleichzeitiger Entspannung der kritischen Blendenzahl f/#.Advantageously, faceted optics can be used to replace classic, high-intensity and correspondingly expensive wide-angle optics. Such Weitwinkeloptiken must - starting from the requirement that the detector element for cost and design reasons should be as small as possible (for example, 10 mm in length) - have a small focal length of, for example f = 10 mm. Moreover, the requirement to project as much radiant power from each laser spot on the target object onto the detector device requires a small f-number f / #, which in the example given is approximately f / # = 0.9. The facet optics make it possible to circumvent these disadvantages of classical, high-intensity wide-angle optics, which are particularly complex and expensive both in terms of production and adjustment due to their f-number close to 1. In particular, using the facet optics, the number of lenses and strongly curved surfaces in the receiving optics of the laser range finder can be greatly reduced. By dividing the angular range γ into angular sub-ranges σ, which can be projected in particular simultaneously on the detector device, in particular its detector element, by means of the facet optics, the design-related requirements for the receiving optics can be significantly mitigated for a given angular range γ and predetermined detector size. In the case of the facet optics, each of the angle subareas σ is preferably projected onto the detector device by one of the facets corresponding to the number of angular subareas σ, preferably imaged. A particularly short focal length - as would be necessary with wide-angle optics - can thus be counteracted while simultaneously relaxing the critical f-number f / #.

Da das Laserentfernungsmessgerät über den Winkelbereich α scannend arbeitet, d.h. die Laserstrahlung mittels der Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung den Winkelbereich α periodisch überstreichend ausgesendet wird, wird zu jedem Zeitpunkt immer nur ein Laserpunkt des Gesichtsfeldes der Empfangsoptik, d.h. in dem Winkelbereich γ, beleuchtet. Dadurch kann vorteilhaft eine eindeutige Zuordnung zwischen Bildpunkt auf der Detektorvorrichtung und Laserpunkt auf dem Zielobjekt – beispielsweise bestimmt durch einen Auslenkwinkel der Projektionsvorrichtung – ermöglicht werden. Since the laser range finder operates to scan over the angular range α, i. the laser radiation by means of the projection device of the transmitting device, the angular range α is emitted periodically sweeping, only one laser point of the field of view of the receiving optics, i. in the angular range γ, illuminated. As a result, an unambiguous association between the pixel on the detector device and the laser spot on the target object-for example, determined by a deflection angle of the projection device-can advantageously be made possible.

Insbesondere erlaubt die Facettenoptik, rücklaufende Laserstrahlung des zeitlich über den Winkelbereich α scannend auf das Zielobjekt ausgesendeten Laserstrahls aus dem gesamten Winkelbereich γ zu empfangen.In particular, the facet optics permit returning laser radiation from the entire angular range γ to be received in a timely manner over the angular range α in a scanning manner on the target object.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts besteht die Facettenoptik aus einer Mehrzahl von n Facetten in Form von fokussierenden optischen Linsen, wobei die n Facetten den Winkelbereich γ in der Anzahl n der Facetten entsprechende Winkelteilbereiche σ aufteilt und jede der n Facetten den zugehörigen Winkelteilbereich σ auf die Detektorvorrichtung projiziert.In one embodiment of the laser range finding device, the facet optics consists of a plurality of n facets in the form of focusing optical lenses, the n facets dividing the angular range γ into the number n of angular facets corresponding to the facets, and each of the n facets dividing the associated angular portion σ onto the detector device projected.

Somit wird das gesamte Gesichtsfeld der Empfangsoptik, d.h. der Winkelbereich γ, in n Winkelteilbereiche σ aufgeteilt, wobei jeder Winkelteilbereich σ auf die Detektorvorrichtung, insbesondere deren Detektorelement, projiziert, bevorzugt abgebildet wird. Die Projektion bzw. die Abbildung der entsprechenden Winkelteilbereiche σ erfolgt dabei über fokussierende optische Linsen, sodass rücklaufende Laserstrahlung bevorzugt bei großen Entfernungen fokussiert auf das zumindest eine Detektorelement der Detektorvorrichtung abgebildet wird.Thus, the entire field of view of the receiving optics, ie the angular range γ, is divided into n angular sub-ranges σ, each angular sub-range σ being preferably projected onto the detector device, in particular its detector element. The projection or the image of the corresponding angular subareas σ takes place via focusing optical lenses, so that returning laser radiation is preferred at long distances focused on the at least one detector element of the detector device is imaged.

Durch Aufteilung des Gesichtsfelds bzw. des Winkelbereichs γ in n Teil-Gesichtsfelder bzw. Winkelteilbereiche σ lässt sich die Brennweite der Empfangsoptik um den Faktor n vergrößern, bei gleichzeitiger Entspannung der kritischen Blendenzahl f/# um den Faktor n.By dividing the field of view or the angle range γ into n partial fields of view or angular sections σ, the focal length of the receiving optics can be increased by the factor n while the critical f-number f / # is relaxed by the factor n.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts besteht die Facettenoptik aus einer Mehrzahl sphärischer oder asphärischer optischer Linsen.In one embodiment of the laser range finder, the facet optic consists of a plurality of spherical or aspherical optical lenses.

Sphärische Linsen stellen bauartbedingt besonders einfache Linsen dar, bei denen optisch aktive Flächen sphärisch, d.h. als Oberflächenausschnitte einer Kugel, geformt sind. Vorteilhaft kann die Verwendung sphärischer Linsen zur Reduzierung der Herstellungskosten beitragen. Ferner können insbesondere fokussierende Sammellinsen als sphärische Linsen mit zwei konvexen Flächen oder mit einer konvexen und einer ebenen Fläche wirtschaftlich besonders einfach und somit kostengünstig hergestellt werden.Spherical lenses, by design, are particularly simple lenses in which optically active surfaces are spherical, i. are shaped as surface cutouts of a sphere. Advantageously, the use of spherical lenses can help reduce manufacturing costs. Furthermore, in particular focusing converging lenses can be produced as spherical lenses with two convex surfaces or with a convex and a flat surface economically particularly simple and thus cost.

Ähnlich wie sphärische Linsen sind asphärische Linsen rotationssymmetrisch, allerdings im Schnitt nicht kreisförmig. Aus diesem Grund können asphärische Linsen gegenüber sphärischen Linsen vorteilhafte Abbildungseigenschaften aufweisen, da insbesondere prinzipbedingte Abbildungsfehler wie Aberration, Astigmatismus oder dergleichen, nur stark reduziert auftreten. Similar to spherical lenses, aspherical lenses are rotationally symmetric, but not circular in section. For this reason, aspherical lenses can have advantageous imaging properties compared to spherical lenses, since in particular principle-related aberrations such as aberration, astigmatism or the like occur only greatly reduced.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Facettenoptik auch aus einer Mehrzahl von Gradientenlinsen bestehen, in denen sich der Brechungsindex räumlich ändert.In an alternative embodiment, the facet optics may also consist of a plurality of gradient lenses, in which the refractive index changes spatially.

Insbesondere können die Facetten der Facettenoptik jeweils identisch ausgeführt sein oder alternativ zur Verbesserung der Projektionseigenschaften der Facettenoptik jeweils unterschiedlich ausgeführt sein.In particular, the facets of the facet optics can each be embodied identically or alternatively be designed differently in each case to improve the projection properties of the facet optics.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts weist die Facettenoptik zwischen benachbarten Facetten erste Mittel auf, die einem optischen Übersprechen von Licht zwischen den Facetten entgegenwirken.In one embodiment of the laser range finder, the facet optics between adjacent facets have first means that counteract optical crosstalk of light between the facets.

Derartige erste Mittel können beispielsweise zwischen den optischen Linsen der Facettenoptik vorgesehene Filter, Reflektoren, Absorber oder dergleichen darstellen. Die ersten Mittel erlauben, ein optisches Übersprechen von Licht zwischen benachbarten Facetten zu reduzieren, insbesondere gänzlich zu vermeiden. Such first means may, for example, be filters provided between the optical lenses of the facet optics, reflectors, absorbers or the like. The first means make it possible to reduce, in particular completely avoid, optical crosstalk of light between neighboring facets.

Unter einem „Absorber“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Element verstanden werden, das zumindest teilweise zu einer Aufnahme und/oder Transformation von Energie vorgesehen ist. Vorzugsweise soll darunter insbesondere ein Element verstanden werden, das zu einer Absorption von Strahlung, vorzugsweise von elektromagnetischer Strahlung und besonders bevorzugt von sichtbarem Licht vorgesehen ist. Bevorzugt soll darunter insbesondere ein Element mit einem Absorptionsgrad von zumindest 0,6, vorzugsweise von zumindest 0,8 und besonders bevorzugt von zumindest 0,9 bei sichtbarem Licht verstanden werden. In this context, an "absorber" should be understood to mean, in particular, an element which is at least partially provided for receiving and / or transforming energy. This is preferably understood to mean, in particular, an element which is provided for absorption of radiation, preferably of electromagnetic radiation and particularly preferably of visible light. Preferably, this is to be understood as meaning, in particular, an element having an absorptivity of at least 0.6, preferably of at least 0.8 and particularly preferably of at least 0.9 in the case of visible light.

In einer Ausführungsform sind die ersten Mittel, insbesondere die Filter, die Reflektoren und/oder die Absorber, jeweils in Form einer Trennschicht gebildet. Die Trennschicht erstreckt sich vorzugsweise vollständig zwischen je benachbarten Facetten der Facettenoptik. In one embodiment, the first means, in particular the filters, the reflectors and / or the absorbers, are each formed in the form of a separating layer. The separating layer preferably extends completely between each adjacent facets of the facet optical system.

Auf diese Weise kann eine optische Trennung zwischen den Linsen einzelner Facetten der Facettenoptik erfolgen. Derart lassen sich Überschneidungen und/oder Überlagerungen von Empfangssignalen, insbesondere Überschneidungen und/oder Überlagerungen von Laserstrahlung und Hintergrundlicht, aus mittels unterschiedlicher Facetten projizierten unterschiedlichen Winkelteilbereichen σ vermeiden.In this way, an optical separation between the lenses of individual facets of the facet optics can take place. In this way, overlaps and / or superimpositions of received signals, in particular overlaps and / or superimpositions of laser radiation and background light, can be avoided by means of different facets of different angular sub-ranges σ projected.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts weist die Empfangsoptik zweite Mittel auf, die erlauben, Winkelteilbereiche Ω, insbesondere die Winkelteilbereiche σ, über die n Facetten sequentiell auf die Detektorvorrichtung zu projizieren.In one embodiment of the laser range finding device, the receiving optical system has second means which allow angular subareas Ω, in particular the angular subareas σ, to be sequentially projected onto the detector device via the n facets.

Dabei können die zweiten Mittel als ein mechanischer Verschluss oder Shutter ausgeführt sein, der ein zumindest teilweise lichtdichtes, mechanisch bewegliches Element bildet und sich im Empfangspfad des Laserentfernungsmessgeräts vor der Detektorvorrichtung, insbesondere vor dem Detektorelement, befindet. In this case, the second means may be designed as a mechanical shutter or shutter which forms an at least partially light-tight, mechanically movable element and is in the receiving path of the laser rangefinder in front of the detector device, in particular in front of the detector element.

Die zweiten Mittel können prinzipiell an unterschiedlicher Stelle im Empfangspfad vorgesehen sein, beispielsweise in Richtung des Empfangspfads gesehen entweder vor oder hinter der Empfangsoptik, insbesondere vor oder hinter der Facettenoptik. In einem Ausführungsbeispiel sind die zweiten Mittel, insbesondere der Verschluss, in Richtung des Empfangspfads gesehen unmittelbar hinter der Empfangsoptik, d.h. zwischen Empfangsoptik und Detektorelement, vorgesehen.The second means may in principle be provided at different locations in the reception path, for example in the direction of the reception path, either in front of or behind the reception optics, in particular in front of or behind the facet optics. In one embodiment, the second means, in particular the shutter, seen in the direction of the reception path immediately behind the receiving optics, i. between receiving optics and detector element provided.

In einer beispielhaften Ausführungsform können die zweiten Mittel in Form eines Schlitzverschlusses, insbesondere eines Lamellen-Schlitzverschlusses, eines Kugelschalen-Verschlusses, eines Rollen-Verschlusses, eines Jalousie-Verschlusses, eines Guillotine-Verschlusses oder in Form eines anderen, einem Fachmann sinnvoll erscheinenden Verschlusses und/oder Lichtmodulators ausgeführt sein, der dafür vorgesehen ist, wählbare Bereiche der Empfangsoptik zumindest im Wesentlichen lichtdicht abzudecken. Durch lichtdichtes Abdecken wählbarer Bereiche der Empfangsoptik können vorzugsweise definierte, wählbare und für Licht durchlässige Bereiche der Empfangsoptik erzeugt werden. Die für Licht durchlässigen Bereiche der Empfangsoptik sind derart „aktivierbar“. Diese definierten, wählbaren und für Licht durchlässigen Bereiche der Empfangsoptik erlauben ferner, wählbare Winkelteilbereiche Ω, bevorzugt die Winkelteilbereiche σ einzelner Facetten, auf die Detektorvorrichtung zu projizieren.In an exemplary embodiment, the second means in the form of a slit closure, in particular a slat-type slit closure, a spherical shell closure, a Roller shutter, a shutter shutter, a guillotine closure or in the form of another, a professional appear appropriate closure and / or light modulator designed to cover at least substantially light-tight selectable areas of the receiving optics. By means of light-tight coverage of selectable regions of the receiving optics, it is possible to generate defined, selectable and light-transmissive regions of the receiving optics. The light-permeable areas of the receiving optics are "activatable" in this way. These defined, selectable and light-transmissive regions of the receiving optics also allow selectable angular sub-ranges Ω, preferably the angular sub-ranges σ of individual facets, to be projected onto the detector device.

Der Verschluss kann derart stellbar sein, bevorzugt elektronisch stellbar sein, dass zumindest während eines Betriebszustands des Laserentfernungsmessgeräts die in ihrer Winkel-Ausdehnung definierten, wählbaren und für Licht durchlässigen Bereiche der Empfangsoptik – d.h. die Winkelteilbereiche Ω, bevorzugt die Winkelteilbereiche σ der Empfangsoptik – hinsichtlich ihrer Position verändert, insbesondere relativ zur Empfangsoptik verschoben werden können. Die Verschiebung kann dabei entweder in diskreten Schritten oder in einer kontinuierlichen Bewegung erfolgen. Auf diese Weise lässt sich in einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts ein lichtdurchlässiger Bereich, insbesondere der Winkelteilbereich Ω, bevorzugt der Winkelteilbereich σ, über bzw. relativ zu der Empfangsoptik bewegen bzw. scannen. Ferner lassen sich einzelne und/oder mehrere benachbarte Facetten mit Winkelteilbereichen σ aktivieren, während alle anderen Winkelteilbereiche lichtdicht abgedeckt werden. The closure may be adjustable, preferably electronically adjustable, such that, at least during an operating state of the laser range finding device, the regions of the receiving optics which are defined in terms of their angular extent and which are selectable and permeable to light - i.e. the angular sub-regions Ω, preferably the angular sub-regions σ of the receiving optics-changed with regard to their position, in particular can be displaced relative to the receiving optical system. The displacement can take place either in discrete steps or in a continuous movement. In this way, in one embodiment of the laser range finding device, a light-transmissive region, in particular the angular sub-region Ω, preferably the angular sub-region σ, can be moved or scanned above or relative to the receiving optical system. Furthermore, individual and / or several adjacent facets can be activated with angular sections σ, while all other angular sections are covered in a light-tight manner.

Die Winkelteilbereiche Ω bezeichnen an dieser Stelle im Allgemeinen Winkelteilbereiche beliebiger Ausdehnung mit Ω < α, sodass beispielsweise eine einzelne, mehrere oder auch nur Teilbereiche einer oder mehrerer Facetten – die wiederum jeweils einen Winkelteilbereiche σ definieren – lichtdicht abgedeckt werden können. Bevorzugt stellt der Winkelteilbereiche Ω genau den Winkelteilbereiche σ einer Facette dar, sodass der Verschluss oder Shutter erlaubt, Lichteinfall durch einzelne Facetten oder auch mehrere Facetten selektiv zu ermöglichen („aktivieren“), während andere Facetten lichtdicht abgedeckt werden und somit Lichteinfall durch diese abgedeckten Facetten blockiert wird. Auf diese Weise erlaubt der stellbare Verschluss in Folge eines sequentiellen Abdeckens einzelner Bereiche bzw. einzelner Facetten, Winkelteilbereiche Ω bzw. insbesondere die durch die n Facetten definierten Winkelteilbereiche σ, mittels der n Facetten sequentiell auf die Detektorvorrichtung zu projizieren.The angle subareas Ω at this point generally designate angle subareas of arbitrary extent with Ω <α, so that, for example, a single, several or even subareas of one or more facets - which in turn each define an angular subareas σ - can be covered in a light-tight manner. Preferably, the angle portions Ω exactly the angular portions of a facet σ represents, so that the shutter or shutter allows light entry through individual facets or more facets selectively enable ("activate"), while other facets are covered in a light-tight manner and thus light through these covered facets is blocked. In this way, as a result of a sequential covering of individual areas or individual facets, the adjustable shutter allows angular subareas Ω or in particular the angular subareas σ defined by the n facets to be sequentially projected onto the detector device by means of the n facets.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts sind die zweiten Mittel als ein zumindest teilweise lichtdichtes, mechanisch bewegliches Element gebildet, das einen doppelten Vorhang oder einen Schlitz aufweist. Die Öffnung des Vorhangs bzw. der Schlitz kann im Wesentlichen senkrecht zum Empfangspfad durch den Empfangspfad bewegt werden, sodass vom Detektorelement aus betrachtet ein Winkelteilbereich Ω, insbesondere ein Winkelteilbereich σ, für den Durchtritt von Licht frei bleibt. Der übrige, durch den Verschluss bedeckte Teil des Winkelbereichs γ der Empfangsoptik wird vorteilhaft lichtdicht abgedeckt. Wird die Öffnung des Vorhangs bzw. der Schlitz bewegt, so lassen sich die Winkelteilbereiche Ω, insbesondere die Winkelteilbereiche σ, mittels der n Facetten sequentiell auf die Detektorvorrichtung projizieren.In one embodiment of the laser range finder, the second means are formed as an at least partially light-tight, mechanically movable element having a double curtain or a slit. The opening of the curtain or the slot can be moved substantially perpendicular to the receiving path through the receiving path, so that viewed from the detector element, an angular range Ω, in particular an angular range σ, remains free for the passage of light. The remaining, covered by the shutter part of the angular range γ of the receiving optics is advantageously covered light-tight. If the opening of the curtain or the slot is moved, the angular subareas Ω, in particular the angular subareas σ, can be sequentially projected onto the detector device by means of the n facets.

Vorteilhaft lässt sich durch lichtdichtes Verdecken zumindest von Teilbereichen der Facettenoptik eine Verbesserung der radiometrischen Leistung der Empfangsoptik erzielen, indem die Transmission der für die Abbildung eines Winkelteilbereichs Ω nicht relevanten Facetten bzw. Facettenbereiche bzw. Facettenteilbereiche reduziert wird. It is advantageously possible to achieve an improvement in the radiometric performance of the receiving optics by at least partial areas of the facetted optics being light-tightly concealed by reducing the transmission of the facets or facet areas or facet subareas that are not relevant for the imaging of an angular subarea Ω.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform können die zweiten Mittel auch als ein LC-Display realisiert sein, welches in oder nahe an der Aperturblendenebene der Empfangsoptik vorgesehen ist.In an alternative or additional embodiment, the second means may also be realized as an LC display which is provided in or close to the aperture stop plane of the receiving optics.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts ist die Relativrichtung, unter der Laserstrahlung mittels der Projektionsvorrichtung aussendbar ist, mit dem Winkelteilbereich Ω, insbesondere dem Winkelteilbereich σ, aus dem einfallende elektromagnetische Strahlung auf die Detektorvorrichtung projiziert wird, gekoppelt.In one embodiment of the laser range finding device, the relative direction under which laser radiation can be emitted by means of the projection device is coupled to the angle subarea Ω, in particular the angle subarea σ, from which incident electromagnetic radiation is projected onto the detector device.

Unter „aussendbar“ ist insbesondere zu verstehen, dass Laserstrahlung mittels der Projektionsvorrichtung während des Betriebs des Laserentfernungsmessgeräts, insbesondere während einer Entfernungsmessung, tatsächlich ausgesendet wird.By "ausendbar" is meant in particular that laser radiation by means of the projection device during the operation of the laser rangefinder, in particular during a distance measurement, actually emitted.

Vorteilhaft kann durch Kopplung der Richtung, unter der Laserstrahlung mittels der Projektionsvorrichtung ausgesendet wird, mit dem Winkelteilbereiche Ω, bevorzugt mit dem Winkelteilbereich σ, aus dem einfallende elektromagnetische Strahlung auf die Detektorvorrichtung projiziert wird, eine Transmission während einer Messung nicht verwendeter und/oder nicht benötigter Winkelteilbereiche Ω, bevorzugt nicht benötigter Facetten, der Facettenoptik reduziert werden. Insbesondere durch ein aktiv gesteuertes, vorzugsweise scannendes zweites Mittel wie ein Verschluss, Shutter, LC-Display oder dergleichen, kann der unmittelbar mit der Größe der Eintrittspupille, insbesondere mit der Anzahl an Facetten, linear zunehmenden Detektion von Hintergrundstrahlung, insbesondere Hintergrundlicht, entgegengewirkt werden.Advantageously, by coupling the direction under which laser radiation is emitted by means of the projection device with the angular sub-ranges Ω, preferably with the angular sub-range σ, from which incident electromagnetic radiation is projected onto the detector device, a transmission during a measurement of unused and / or unneeded Angle portions Ω, preferably unnecessary facets, the facet optics are reduced. In particular, by an actively controlled, preferably scanning second means such as a shutter, shutter, LC display or the like, which directly with the size of the entrance pupil, in particular with the number of Facets, linearly increasing detection of background radiation, in particular background light, to be counteracted.

Der Anteil der Hintergrundstrahlung, insbesondere der Anteil von Hintergrundlicht, der bei einem Messvorgang zusammen mit rücklaufender Laserstrahlung auf die Detektorvorrichtung projiziert wird, kann somit signifikant reduziert werden. Somit lässt sich dadurch das Signal-Rausch-Verhältnis bei der Entfernungsmessung deutlich verbessern, insbesondere deutlich erhöhen. Ferner kann derart eine Dauer einer durchgeführten Messung reduziert und eine Qualität der Messung erhöht werden.The proportion of the background radiation, in particular the proportion of background light, which is projected onto the detector device together with returning laser radiation during a measuring operation, can thus be reduced significantly. Thus, the signal-to-noise ratio in the distance measurement can be significantly improved, in particular significantly increase. Furthermore, such a duration of a measurement performed can be reduced and a quality of the measurement can be increased.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts weist die Empfangsoptik dritte Mittel auf, insbesondere einen Spektralfilter, die erlauben, aus dem Winkelbereich γ einfallende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu filtern.In one embodiment of the laser range finding device, the receiving optical system has third means, in particular a spectral filter, which allow at least partially to filter electromagnetic radiation incident from the angular range γ.

In einer Ausführungsform sind die dritten Mittel als ein Spektralfilter ausgeführt, der einfallende elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, nach definierten Kriterien selektiert oder filtert. Vorteilhaft kann auf diese Weise einfallende Strahlung, die zunächst aus zurückgestreuter oder reflektierter Laserstrahlung und anderen Strahlungsbeiträgen, insbesondere Hintergrundlicht oder dergleichen, besteht, zumindest teilweise auf die interessierende Laserstrahlung reduziert werden. Bevorzugt lassen sich beispielsweise Filter zur selektiven Filterung nach Wellenlänge, Polarisationszustand oder der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Strahlung verwenden. In one embodiment, the third means are designed as a spectral filter which selects or filters incident electromagnetic radiation, in particular light, according to defined criteria. Advantageously, radiation incident in this way, which initially consists of backscattered or reflected laser radiation and other radiation contributions, in particular background light or the like, can be at least partially reduced to the laser radiation of interest. For example, filters for selective filtering by wavelength, polarization state or the direction of incidence of the electromagnetic radiation can preferably be used.

Beispielsweise eigenen sich spektrale Bandpassfilter oder Farbfilter, um die durch die Empfangsoptik einfallende elektromagnetische Strahlung hinsichtlich ihrer Wellenlänge zu filtern und somit lediglich die gewünschte Laserstrahlung ungehindert auf die Detektorvorrichtung, insbesondere das Detektorelement, passieren zu lassen. Spectral bandpass filters or color filters, for example, are suitable for filtering the wavelength of the electromagnetic radiation incident through the receiving optics and thus for allowing only the desired laser radiation to pass unhindered onto the detector device, in particular the detector element.

In einer Ausführungsform sind die dritten Mittel unmittelbar auf zumindest einer Oberfläche der Empfangsoptik, insbesondere auf zumindest einer Oberfläche jeder der Facetten, aufgebracht.In one embodiment, the third means are applied directly on at least one surface of the receiving optics, in particular on at least one surface of each of the facets.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts beträgt ein maximaler Winkelbereich αmax, in dem die Laserstrahlung mittels der Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung den Winkelbereich α periodisch überstreichend ausgesendet wird, zumindest 30 Grad, bevorzugt zumindest 60 Grad, besonders bevorzugt zumindest 90 Grad.In one embodiment of the laser range finding device, a maximum angle range α max , in which the laser radiation is transmitted by means of the projection device of the transmitting device periodically sweeping the angular range α, at least 30 degrees, preferably at least 60 degrees, more preferably at least 90 degrees.

Die Projektionsvorrichtung ist dementsprechend dazu ausgelegt, den Laserstrahl in einem maximalen Winkelbereich αmax von zumindest 30 Grad, bevorzugt von zumindest 60 Grad, besonders bevorzugt von zumindest 90 Grad auszulenken. Die Auslenkung des Laserstrahls kann innerhalb dieses Winkelbereichs zumindest in diskreten Schritten von insbesondere weniger als 1 Grad, bevorzugt von weniger als 0.1 Grad, erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt die Auslenkung des Laserstrahls in dem entsprechenden Winkelbereich kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich, d.h. insbesondere mit Schritten von weniger als 0.01 Grad.The projection device is adapted accordingly to deflect the laser beam in a maximum angular range α max of at least 30 degrees, preferably of at least 60 degrees, more preferably of at least 90 degrees. The deflection of the laser beam can take place within this angular range, at least in discrete steps of, in particular, less than 1 degree, preferably less than 0.1 degrees. Particularly preferably, the deflection of the laser beam in the corresponding angular range takes place continuously or quasi-continuously, ie in particular with steps of less than 0.01 degrees.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der maximale Winkelbereich αmax den technisch möglichen Winkelbereich zur Auslenkung der Laserstrahlung vorgibt, d.h. den Winkelbereich, in dem die Laserstrahlung den Winkelbereich α periodisch überstreichend ausgesendet werden kann. Der maximale Winkelbereich αmax ist daher nicht zu verwechseln mit dem prinzipiell beliebigen Winkelbereich α, in dem die tatsächliche, periodische Auslenkung (Scannen) des Laserstrahls erfolgt. Insbesondere kann somit der Laserstrahl beliebige Winkelbereiche α (α ≤ αmax) innerhalb des maximalen Winkelbereichs αmax periodisch überstreichend ausgesendet werden, beispielsweise einen Winkelbereich von 5 Grad, von 13 Grad, von 26 Grad oder dergleichen bis hin zu αmax.It should be noted at this point that the maximum angular range α max predetermines the technically possible angular range for deflecting the laser radiation, ie the angular range in which the laser radiation can be emitted periodically by sweeping the angular range α. The maximum angle range α max is therefore not to be confused with the basically arbitrary angular range α, in which the actual, periodic deflection (scanning) of the laser beam takes place. In particular, the laser beam can thus be emitted periodically sweeping over any angle ranges α (α ≦ α max ) within the maximum angular range α max , for example an angular range of 5 degrees, 13 degrees, 26 degrees or the like up to α max .

Somit kann auf diese Weise der emittierte Laserstrahl über einen großen Winkelbereich α ausgelenkt, insbesondere gescannt werden.Thus, in this way, the emitted laser beam can be deflected over a large angular range α, in particular scanned.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts ist der Winkelbereich γ größer oder gleich dem maximalen Winkelbereich αmax. Derart lässt sich der gesamte, von der Laserstrahlung mittels der Projektionsvorrichtung periodisch überstrichene Winkelbereich α mit α ≤ αmax mittels der Empfangsvorrichtung, insbesondere mittels der Facettenoptik, auf die Detektorvorrichtung projizieren. Der Winkelbereich γ der Empfangsoptik überlappt bevorzugt mit dem gesamten Winkelbereich αmax der Projektionsvorrichtung, sodass rücklaufende Laserstrahlung eines jeden, in eine beliebige Richtung des Winkelbereichs α innerhalb des maximalen Winkelbereichs αmax emittierten Laserstrahls, von der Empfangsoptik erfasst und zur Detektion auf die Detektorvorrichtung, insbesondere das Detektorelement, projizierbar ist.In one embodiment of the laser range finding device, the angular range γ is greater than or equal to the maximum angular range α max . In this way, the entire angular range α periodically swept by the laser radiation by means of the projection device can be projected onto the detector device with α ≦ α max by means of the receiving device, in particular by means of the facet optical system. The angular range γ of the receiving optics preferably overlaps with the entire angular range α max of the projection device, so that returning laser radiation of each laser beam emitted in any direction of the angular range α within the maximum angular range α max is detected by the receiving optics and for detection on the detector device, in particular the detector element is projectable.

In einer beispielhaften Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts besteht die Facettenoptik aus fünf Facetten in Form von fokussierenden optischen Linsen, insbesondere in Form von Laserstrahlung fokussierenden optischen Linsen, wobei die fünf Facetten einen Winkelbereich γ von zumindest 60° in fünf Winkelteilbereiche σ zu 12° aufteilen und jede der fünf Facetten den zugehörigen Winkelteilbereich σ von 12° auf die Detektorvorrichtung projiziert und/oder abbildet.In an exemplary embodiment of the laser range finding device, the facet optics consists of five facets in the form of focusing optical lenses, in particular in the form of laser lenses focusing optical lenses, the five facets an angular range γ of at least 60 ° in five angular portions σ divided into 12 ° and each of five facets projected and / or imaged the associated angle portion σ of 12 ° on the detector device.

Ein Winkelbereich γ von zumindest 60° stellt einen für die Realisierung des Laserentfernungsmessgeräts bevorzugten, anwendungsnahen Winkelbereich dar. Die Unterteilung des Winkelbereichs γ von zumindest 60° in fünf Winkelteilbereiche σ zu je 12° stellt ferner eine bevorzugte Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts dar, bei der die an die Empfangsoptik gestellten technischen Anforderungen – große Eintrittspupille pro Facette, Brennweite der Facettenoptik und dergleichen – sowie die hinsichtlich deren Fertigung zu berücksichtigen wirtschaftlichen Randbedingungen – Anzahl stark gekrümmter Oberflächen, Ausgestaltung der einzelnen Facettenlinsen und dergleichen – gegeneinander abgewogen sind. An angular range γ of at least 60 ° represents an application-oriented angular range which is preferred for the realization of the laser rangefinder. The subdivision of the angular range γ of at least 60 ° into five angular sub-ranges σ of 12 ° each further represents a preferred embodiment of the laser rangefinder in which the the receiving optics asked technical requirements - large entrance pupil per facet, focal length of the facet optics and the like - and with regard to their production to consider economic boundary conditions - number of strongly curved surfaces, design of the individual facet lenses and the like - are weighed against each other.

Es sei aber angemerkt, dass die Facettenoptik alternativ auch aus einer davon abweichenden Anzahl an Facetten mit unterschiedlichen Winkelteilbereichen σ und einem unterschiedlichen Winkelbereich γ ausgeführt sein kann.It should be noted, however, that the facet optics can alternatively also be embodied from a different number of facets with different angular subareas σ and a different angular range γ.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts ist die Facettenoptik einstückig realisiert, insbesondere als ein einstückiges Spritzgussbauteil oder ein Spritzprägebauteil realisiert.In one embodiment of the laser range finding device, the facet optics are realized in one piece, in particular realized as a one-piece injection-molded component or an injection-molded component.

Unter „einstückig“ ist insbesondere zu verstehen, dass die Facettenoptik als ein einzelnes, bevorzugt stoffschlüssiges Bauteil gefertigt ist, sodass es bevorzugt nicht aus mehreren einzelnen aneinander gefügten Facetten besteht und die einzelnen Facetten der Facettenoptik nicht voneinander gelöst werden können, ohne dabei zerstört zu werden.By "in one piece" is to be understood in particular that the faceted optics is made as a single, preferably cohesive component, so that it preferably does not consist of several individual facets joined together and the individual facets of the facet optics can not be detached from one another without being destroyed ,

In einer Ausführungsform ist die Facettenoptik als ein Spritzgussbauteil in einem Spritzgießverfahren hergestellt. Als ein Spritzgussbauteil wird die Facettenoptik unter Verwendung eines Spritzgießwerkzeugs, insbesondere einer Spritzgießform, gefertigt, in die ein geeignetes Material eingespritzt und anschließend ausgehärtet wird. Insbesondere eignen sich zur Herstellung der Facettenoptik mittels eines Spritzgießverfahrens transparente Gläser oder Kunststoffmaterialien wie beispielsweise Polykarbonate, Polymethylmethacrylate oder Cyclo-Olefin-(Co)Polymere. Derart kann die Facettenoptik besonders einfach und wirtschaftlich kostengünstig gefertigt werden. Vorteilhafterweise kann ein nachträgliches Schleifen der Facettenoptik zur Einhaltung von Qualitätsanforderungen weitgehend vermieden werden.In one embodiment, the facet optic is manufactured as an injection molding component in an injection molding process. As an injection-molded component, the faceted optics is produced using an injection mold, in particular an injection mold, into which a suitable material is injected and then cured. In particular, transparent glasses or plastic materials such as, for example, polycarbonates, polymethyl methacrylates or cyclo-olefin (co) polymers are suitable for producing the faceted optics by means of an injection molding process. In this way, the faceted optics can be manufactured in a particularly simple and cost-effective manner. Advantageously, a subsequent grinding of the facet optics to comply with quality requirements can be largely avoided.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts weist die Detektorvorrichtung zumindest eine SPAD auf, bevorzugt ein SPAD-Array auf.In one embodiment of the laser range finding device, the detector device has at least one SPAD, preferably a SPAD array.

Eine Single-Photon-Avalanche-Diode, kurz SPAD, kann, sofern sie im sog. Geiger-Mode betrieben wird, die Eigenschaft aufweisen, dass sie nicht wie herkömmliche analog arbeitende lichtempfindliche Elemente ein von der auftreffenden Strahlung linear abhängiges Detektionssignal liefert, sondern mit jedem auftreffenden Photon ein einzelnes Signal erzeugt wird. Die SPAD weist ein paralysierbares Ansprechverhalten auf, sodass sie nach dem Auftreffen eines Photons für eine gewisse Totzeit, die im Bereich von beispielsweise 1 bis 100 ns liegen kann, nicht erneut aktivierbar ist. Die Zählrate, mit der eine SPAD auftreffende Photonen zählen kann, ist somit durch die Totzeit begrenzt. Bevorzugt weist die Detektorvorrichtung, insbesondere das Detektorelement, daher vorteilhaft anstatt einer einzigen großflächigen SPAD eine Vielzahl kleinerer SPADs in Form eines SPAD-Arrays auf. Vorzugsweise kann jeweils eine Mehrzahl von SPADs des SPAD-Arrays zu einem Pixel des Detektorelements zusammengefasst sein, wobei Detektionssignale von in einem einzelnen Pixel enthaltenen SPADs mit Hilfe eines Kombinierers, insbesondere eines ODER-Gatters oder in Form eines Busses, kombiniert werden. Auf diese Weise kann die von einem Pixel maximal erreichbare Photonenzählrate erhöht werden bzw. die Totzeit des Pixels zwischen einzelnen Detektionsereignissen verkürzt werden. Ferner kann zwischen einer SPAD und einem Kombinierer oder Bus ein Pulsverkürzer angeordnet sein, um ein von der SPAD generiertes digitales Signal zeitlich zu verkürzen und dadurch eine verkürzte Gesamttotzeit und eine erhöhte Photonenzählrate des Systems zu ermöglichen.A single-photon avalanche diode, SPAD for short, can, insofar as it is operated in the so-called Geiger mode, have the property that it does not deliver a detection signal linearly dependent on the incident radiation, as with conventional analog light-sensitive elements, but with a single signal is generated for each incident photon. The SPAD has a paralyzable response, so that it can not be reactivated after a photon has hit it for a certain dead time, which can range from, for example, 1 to 100 ns. The count rate with which a SPAD can count incident photons is thus limited by the dead time. The detector device, in particular the detector element, therefore advantageously has a multiplicity of smaller SPADs in the form of a SPAD array instead of a single large-area SPAD. Preferably, in each case a plurality of SPADs of the SPAD array can be combined to form a pixel of the detector element, wherein detection signals of SPADs contained in a single pixel are combined by means of a combiner, in particular an OR gate or in the form of a bus. In this way, the maximum achievable by a pixel photon counting rate can be increased or the dead time of the pixel between individual detection events are shortened. Further, a pulse shortener may be disposed between a SPAD and a combiner or bus to temporally shorten a digital signal generated by the SPAD, thereby enabling a shortened overall dead time and an increased photon counting rate of the system.

Auf Grund des digitalen Ausgangs der Detektorschaltung, insbesondere umfassend Kombinierer, ODER-Gatter oder dergleichen, kann vorteilhaft eine besonders schnelle und einfache Bereitstellung des Detektionssignals realisiert werden. Im Vergleich zu analogen lichtempfindlichen Elementen, beispielsweise Avalanche Photodioden (APDs), kann eine Detektions- und Signalbereitstellungsgeschwindigkeit erhöht werden.Due to the digital output of the detector circuit, in particular comprising combiners, OR gates or the like, advantageously a particularly fast and simple provision of the detection signal can be realized. Compared to analog photosensitive elements, such as avalanche photodiodes (APDs), a detection and signal delivery speed can be increased.

Da jede Facette der Empfangsoptik den auf das Zielobjekt projizierten Laserpunkt über einen Winkelteilbereich σ auf das Detektorelement abbildet, wandert der auf das Detektorelement projizierte Lichtpunkt des rücklaufenden Laserstrahls in Abhängigkeit von der Richtung, in die die Laserstrahlung emittiert wird, über das Detektorelement. Die Verwendung eines SPAD-Arrays erlaubt dabei vorteilhaft sicherzustellen, dass mittels der Facetten empfangene Laserstrahlung stets auf die Detektorvorrichtung, insbesondere auf das Detektorelement, projiziert wird. Insbesondere kann das SPAD-Array dafür eine in zumindest eine Richtung längliche (elongierte) Ausdehnung mit einer Vielzahl von SPADs aufweisen. Bevorzugt ist das SPAD-Array dabei derart ausgerichtet, dass diese längliche Ausdehnung des SPAD-Arrays in der Projektionsebene liegt.Since each facet of the receiving optics images the laser point projected onto the target object over an angular segment σ onto the detector element, the point of light of the returning laser beam projected onto the detector element migrates over the detector element as a function of the direction in which the laser radiation is emitted. The use of a SPAD array advantageously makes it possible to ensure that laser radiation received by means of the facets is always projected onto the detector device, in particular onto the detector element. In particular, the SPAD array may have an elongated (elongated) extent with a multiplicity of SPADs in at least one direction. In this case, the SPAD array is preferably oriented in such a way that this elongated extent of the SPAD array lies in the projection plane.

Es sei angemerkt, dass jedem optischen Aussendewinkel der Laserstrahlung eine entsprechend der Anzahl der Facetten mehrdeutige Position des abgebildeten Lichtpunkts auf dem Detektorelement zuordenbar ist. Bevorzugt kann die Mehrdeutigkeit durch eine eindeutige Zuordnung zwischen Abbild auf der Detektorvorrichtung und Laserpunkt auf dem Zielobjekt – d.h. zwischen Lichtpunkt auf der Detektorvorrichtung und dem optischen Aussendewinkel der emittierten Laserstrahlung – aufgelöst werden. It should be noted that an optical position corresponding to the number of facets ambiguous position of the imaged light spot on the detector element can be assigned to each optical transmission angle of the laser radiation. Preferably, the ambiguity can be resolved by an unambiguous association between the image on the detector device and the laser spot on the target object, ie between the light spot on the detector device and the optical transmission angle of the emitted laser radiation.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts projizieren die fokussierenden optischen Linsen der Facettenoptik Laserstrahlung derart auf das SPAD-Array der Detektorvorrichtung, dass zumindest 2 × 2 SPADs des SPAD-Arrays beleuchtet werden. Insbesondere werden zumindest 2 × 2 SPADs des SPAD-Arrays unter optimalen Abbildungsbedingungen beleuchtet.In one embodiment of the laser range finder, the facet optic focusing optical lenses project laser radiation onto the SPAD array of the detector device such that at least 2 × 2 SPADs of the SPAD array are illuminated. In particular, at least 2 × 2 SPADs of the SPAD array are illuminated under optimal imaging conditions.

Somit wird konstruktionsbedingt sichergestellt, dass ein projizierter oder abgebildeter Lichtpunkt des rücklaufenden Laserstrahls zumindest nicht kleiner ist als eine SPAD des SPAD-Arrays. Derart kann ausgeschlossen werden, dass sich Detektionslücken oder blinde Flecken im erfassbaren Gesichtsfeld bzw. Winkelbereich γ ergeben, die auftreten würden, wenn der Laserpunkt zwischen benachbarte aktive Flächen, insbesondere lichtempfindliche Flächen, der SPADs fällt. Insbesondere ist die Beleuchtung einer Mehrzahl von SPADs, insbesondere von zumindest 2 × 2 SPADs des SPAD-Arrays, wichtig, wenn die verwendeten SPADs des SPAD-Arrays einen niedrigen Füllfaktor, d.h. ein geringes Verhältnis aus lichtempfindlichen zu lichtunempfindlichen Flächen, aufweisen.Thus, it is ensured by design that a projected or imaged light spot of the returning laser beam is at least not smaller than a SPAD of the SPAD array. In this way, it can be ruled out that detection gaps or blind spots in the detectable field of view or angle range γ that would occur when the laser spot falls between adjacent active areas, in particular photosensitive areas, of the SPADs, are eliminated. In particular, illumination of a plurality of SPADs, particularly at least 2 × 2 SPADs of the SPAD array, is important if the SPADs of the SPAD array used have a low fill factor, i. a low ratio of light-sensitive to light-insensitive surfaces, have.

Das Erfordernis einer Beleuchtung von zumindest 2 × 2 SPADs des SPAD-Arrays kann in einer Ausführungsform über die Justage der fokussierenden optischen Linsen der Facettenoptik oder über das optische Design der Facettenoptik erreicht werden.The requirement for illumination of at least 2 × 2 SPADs of the SPAD array can be achieved in one embodiment by adjusting the focusing optical lenses of the facet optics or by the optical design of the facet optics.

Abschließend sei erwähnt, dass die vorhergehenden Ausführungen in analoger, dem Fachmann naheliegender Weise auch auf einen zweidimensionalen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts übertragbar sind. In einem derartigen Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl mittels einer alternativ ausgestalteten Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung einen Raumwinkelbereich A periodisch überstreichend ausgesendet. Die Empfangsoptik weist ferner eine zweidimensional ausgestaltete Facettenoptik auf, mittels der aus dem Raumwinkelbereich Г rücklaufendes Laserlicht zur Detektion auf die Detektorvorrichtung projiziert, bevorzugt abgebildet wird. Die einzelnen Facetten unterteilen den Raumwinkelbereich Г dabei in Raumwinkelteilbereiche Σ.Finally, it should be mentioned that the preceding remarks in an analogous manner obvious to the person skilled in the art can also be applied to a two-dimensional application of the laser range finding device according to the invention. In such an embodiment, the laser beam is transmitted by means of an alternatively configured projection device of the transmitting device a solid angle range A periodically sweeping. The receiving optical system furthermore has a two-dimensionally configured facet optical system, by means of which laser light returning from the solid angle range γ is projected onto the detector device for detection, preferably being imaged. The individual facets divide the solid angle range Г into solid angle partial ranges Σ.

Ferner wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer Distanz auf einer Oberfläche eines entfernten Objekts mittels des erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts vorgeschlagen, bei dem

  • • Laserstrahlung mittels einer Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung einen Winkelbereich α periodisch überstreichend auf ein entferntes Objekt hin ausgesendet wird,
  • • von dem entfernten Objekt rücklaufende Laserstrahlung mittels einer Facettenoptik auf zumindest eine Detektorvorrichtung projiziert wird,
  • • wobei Entfernungen in verschiedene Relativrichtungen zwischen dem Laserentfernungsmessgerät und dem entfernten Objekt sowie Winkel zwischen den Relativrichtungen ermittelt werden und unter Verwendung trigonometrischer Funktionen aus zumindest zwei in unterschiedliche Relativrichtungen ermittelten Entfernungen sowie dem zwischen diesen zumindest zwei Relativrichtungen eingeschlossenen Winkel die Distanz auf der Oberfläche des entfernten Objekts berechnet wird.
Furthermore, an inventive method for determining a distance on a surface of a remote object by means of the laser range finding device according to the invention is proposed, in which
  • Laser radiation is transmitted by means of a projection device of the transmitting device an angle range α periodically sweeping towards a distant object,
  • • laser radiation returning from the remote object is projected onto at least one detector device by means of facet optics,
  • Wherein distances in different relative directions between the laser range finder and the remote object and angles between the relative directions are determined and using trigonometric functions from at least two distances determined in different relative directions and the included between these at least two relative directions the distance on the surface of the remote object is calculated.

In einer Ausführungsform kann die Laserstrahlung in einem für das menschliche Auge sichtbaren spektralen Wellenlängenbereich, d.h. insbesondere zwischen 380 nm bis 780 nm, liegen. Vorteilhaft kann ein Bediener des Laserentfernungsmessgeräts die von dem Laserentfernungsmessgerät emittierte Laserstrahlung ohne Zuhilfenahme optischer Hilfsmittel erkennen und insbesondere deren Projektion auf ein entferntes Objekt als projizierte Lasermarkierung wahrnehmen. In einer alternativen Ausführungsform kann die Laserstrahlung auch in einem für das menschliche Auge unsichtbaren spektralen Wellenlängenbereich, d.h. insbesondere unterhalb von 380 nm oder oberhalb von 780 nm, liegen. In diesem Fall ist die von dem Laserentfernungsmessgerät emittierte Laserstrahlung für den Bediener des Laserentfernungsmessgeräts lediglich unter Zuhilfenahme optischer Hilfsmittel (beispielsweise einer Infrarotkamera bei Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von Infrarot) erkennbar.In one embodiment, the laser radiation may be in a spectral wavelength range visible to the human eye, i. in particular between 380 nm to 780 nm. Advantageously, an operator of the laser distance measuring device can recognize the laser radiation emitted by the laser distance measuring device without the aid of optical aids and, in particular, perceive its projection onto a distant object as projected laser marking. In an alternative embodiment, the laser radiation may also be present in a spectral wavelength range invisible to the human eye, i. especially below 380 nm or above 780 nm. In this case, the laser radiation emitted by the laser rangefinder is recognizable to the operator of the laser rangefinder only with the aid of optical aids (for example an infrared camera with laser radiation in the wavelength range of infrared).

In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung einer Distanz wird die Laserstrahlung den Winkelbereich α derart periodisch überstreichend ausgesendet, dass auf dem entfernten Objekt eine projizierte Laserlinie dargestellt wird.In one embodiment of the method for determining a distance, the laser radiation is emitted periodically sweeping the angle range α such that a projected laser line is displayed on the remote object.

Vorzugsweise wird die Laserstrahlung mittels eines Laserstrahllenkmittels kontinuierlich über einen insbesondere konstanten, bevorzugt vorgebbaren, Winkelbereich α, ausgesendet. Die periodische Überstreichung des Winkelbereichs α erfolgt insbesondere mit einer Frequenz größer als 20 Hz, vorzugsweise größer als 40 Hz, besonders bevorzugt größer als 60 Hz. Bei einer hohen periodischen Wiederholrate der Auslenkung des Laserstrahls wird der mittels Laserstrahl auf das Zielobjekt projizierte Laserpunkt derart zügig über das Zielobjekt bewegt, dass ein Betrachter, insbesondere der Bediener des Laserentfernungsmessgeräts, auf dem entfernten Objekt eine projizierte, insbesondere durchgezogene, bevorzugt kontinuierlich leuchtende Projektionslinie oder Laserlinie wahrnimmt, die insbesondere der zu vermessenden Strecke entspricht.Preferably, the laser radiation is transmitted by means of a laser beam steering means continuously over a particular constant, preferably predeterminable, angular range α. The periodic sweep of the angular range α is carried out in particular with a frequency greater than 20 Hz, preferably greater than 40 Hz, more preferably greater than 60 Hz. At a high periodic repetition rate of the deflection of the laser beam of the means Laser beam projected onto the target object laser point so quickly moved over the target object that a viewer, in particular the operator of the laser rangefinder on the remote object a projected, especially solid, preferably continuously lit projection line or laser line perceives that corresponds in particular to the track to be measured.

In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung einer Distanz wird eine Länge einer Strecke auf dem entfernten Objekt, die periodisch von der Laserstrahlung überstrichen wird, insbesondere die Länge der projizierten Laserlinie ermittelt. Insbesondere wird die Länge der Strecke unter Verwendung trigonometrischer Funktionen aus zumindest zwei in unterschiedliche Relativrichtungen ermittelten Entfernungen sowie dem zwischen diesen zumindest zwei Relativrichtungen eingeschlossenen Winkel berechnet.In one embodiment of the method for determining a distance, a length of a distance on the remote object which is swept periodically by the laser radiation, in particular the length of the projected laser line, is determined. In particular, the length of the route is calculated using trigonometric functions from at least two distances determined in different relative directions as well as the angle enclosed between these at least two relative directions.

In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung einer Distanz wird die Projektionsvorrichtung in einem Betriebszustand des Laserentfernungsmessgeräts derart gesteuert und/oder geregelt, dass die Strecke auf dem entfernten Objekt, die periodisch von der Laserstrahlung überstrichen wird, insbesondere die projizierte Laserlinie, eine vorgebbare Länge einnimmt.In one embodiment of the method for determining a distance, the projection device is controlled and / or regulated in an operating state of the laser rangefinder such that the distance on the remote object, which is swept periodically by the laser radiation, in particular the projected laser line, assumes a predeterminable length.

Auf diese Weise kann ein Bediener des Laserentfernungsmessgeräts besonders komfortabel Strecken auf einem entfernten Gegenstand darstellen und insbesondere hinsichtlich einer Länge überprüfen. Beispielsweise kann der Bediener sehr schnell überprüfen, ob ein Schrank mit einer gegebenen Breite in eine vorhandene Nische passt. Unter einem „Betriebszustand“ soll hier ein von einem Bediener beeinflussbarer Zustand, zumindest der Steuervorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts, verstanden werden, in dem die Steuervorrichtung von einem Bediener wählbare Regelroutinen, Steuerroutinen und/oder Berechnungsroutinen ausführt. In this way, an operator of the laser rangefinder can be particularly comfortable represent distances on a remote object and check in particular with regard to a length. For example, the operator can quickly check if a cabinet of a given width fits into an existing niche. An "operating state" is to be understood here as an operator-influenceable state, at least of the control device of the laser range finding device, in which the control device executes operator-selectable control routines, control routines and / or calculation routines.

Die Steuervorrichtung regelt die Länge der projizierten Linie, indem die Entfernung der Endpunkte, zwischen denen der ausgesendete Laserstrahl periodisch hin- und herbewegt wird, zunächst ermittelt und mit dem, insbesondere von dem Bediener, vorgegebenen Längenwert verglichen wird. Anschließend verändert die Steuervorrichtung den Winkel zwischen den zwei Relativrichtungen, die die Länge der projizierten Linie definieren bzw. begrenzen, derart, dass die Endpunkte in der vorgegebenen Entfernung voneinander beabstandet angeordnet sind. The control device regulates the length of the projected line by first determining the distance of the end points between which the emitted laser beam is reciprocated and comparing it with the length value predetermined by the operator in particular. Subsequently, the control device alters the angle between the two relative directions which define the length of the projected line, such that the end points are spaced apart from each other by the predetermined distance.

Zur benutzerfreundlichen Eingabe eines Längenwerts und/oder eines Winkels zwischen den zwei Relativrichtungen, die den Winkelbereich α definieren und begrenzen, kann das Laserentfernungsmessgerät eine Eingabeeinheit aufweisen, mittels der ein Winkel und/oder ein Längenwert einstellbar und/oder eingebbar ist.For user-friendly input of a length value and / or an angle between the two relative directions which define and limit the angle range α, the laser rangefinder can have an input unit by means of which an angle and / or a length value can be set and / or entered.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnungen, 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. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente. The invention is explained in more detail in the following description with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. The drawings, 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. Like reference numerals in the figures indicate like elements.

1 Perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts in Form eines handgehaltenen 1D-Linien-Laserentfernungsmessgeräts 1 Perspective view of an embodiment of the laser rangefinder according to the invention in the form of a hand-held 1D-line laser rangefinder

2 Schematische Schnittansicht des handgehaltenen 1D-Linien-Laser-entfernungsmessgeräts aus 1 2 Schematic sectional view of the hand-held 1D line laser rangefinder 1

3 Schematische Aufsicht auf das handgehaltene 1D-Linien-Laserentfernungsmessgerät aus 1, das sich in einem exemplarischen, zu vermessenden Umfeld befindet 3 Schematic view of the handheld 1D line laser rangefinder 1 that is in an exemplary environment to be measured

4 Schematische Darstellung von Strahlengängen in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts (a) in Seiten-Aufsicht und (b) in Front-Aufsicht 4 Schematic representation of beam paths in an embodiment of the laser range finding device (a) according to the invention in side elevation and (b) in front elevation

5 Darstellung von Koordinaten (a) des projizierten Lichtpunkts auf dem Detektorelement und (b) des Laserpunkts auf der Oberfläche des Zielobjekts aufgetragen über dem Aussendewinkel des emittierten Laserstrahls 5 Representation of coordinates (a) of the projected light spot on the detector element and (b) of the laser spot on the surface of the target object plotted against the emission angle of the emitted laser beam

6a, b Schematische Darstellung von Strahlengängen in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts mit einem Verschluss in Seiten-Aufsicht 6a , b Schematic representation of beam paths in an embodiment of the laser rangefinder according to the invention with a shutter in side-view

7 Perspektivische Ansicht einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts in Form eines handgehaltenen Laserentfernungsmessgeräts 7 Perspective view of an alternative embodiment of the laser rangefinder according to the invention in the form of a hand-held laser rangefinder

8 Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Distanz auf einer Oberfläche eines entfernten Objekts. 8th Embodiment of a method according to the invention for determining a distance on a surface of a remote object.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Laserentfernungsmessgeräts 10 in Form eines handgehaltenen 1D-Linien-Laserentfernungsmessgeräts 10‘, wie es beispielsweise bei Tätigkeiten im handwerklichen Bereich, beispielsweise bei der Vermessung von Gegenständen oder Innenräumen, einsetzbar ist. Ein derartiger Einsatz im Rahmen einer exemplarischen Messkonstellation ist in schematischer Aufsicht in 3 dargestellt, in der das handgehaltene Laserentfernungsmessgerät 10 in einem zu vermessenden Umfeld eingesetzt wird. Die zum Betrieb wesentlichen Komponenten des Laserentfernungsmessgeräts 10 sind in einer Schnittdarstellung des Laserentfernungsmessgeräts 10 in 2 schematisch dargestellt. 1 shows a perspective view of an embodiment of a laser rangefinder 10 in the form of a hand-held 1D Line laser distance measuring device 10 ' as it is, for example, in activities in the craft sector, for example, in the measurement of objects or interiors, can be used. Such an application in the context of an exemplary measurement constellation is in a schematic plan in FIG 3 shown in the hand-held laser rangefinder 10 is used in an environment to be measured. The essential components of the laser rangefinder for operation 10 are in a sectional view of the laser rangefinder 10 in 2 shown schematically.

Die im Folgenden anhand der Figuren beschriebenen Grundsätze des handgehaltenen 1D-Linien-Laserentfernungsmessgeräts 10‘ sind im Rahmen anderer Ausführungsbeispiele auch auf andere Ausführungen eines erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts 10 übertragbar, die ähnliche oder andere Aufgabe erfüllen können. Insbesondere sind die Grundsätze auch auf stationäre und integrierbare Laserentfernungsmessgeräte 10 übertragbar, beispielsweise auf in Kraftfahrzeuge integrierte Laserentfernungsmessgeräte 10, die der Vermessung von Abständen während einer Navigation des Kraftfahrzeugs und/oder im Zusammenhang mit einer Sicherheitseinrichtung des Kraftfahrzeugs verwendet werden.The principles of the hand-held 1D line laser range finder described below with reference to the figures 10 ' are in the context of other embodiments also to other embodiments of a laser rangefinder according to the invention 10 transferable, which can perform similar or other tasks. In particular, the principles are also applicable to stationary and integrable laser rangefinders 10 transferable, for example to laser distance measuring devices integrated in motor vehicles 10 which are used to measure distances during a navigation of the motor vehicle and / or in connection with a safety device of the motor vehicle.

Das Laserentfernungsmessgerät 10 weist wie in 1 dargestellt ein Gehäuse 12, ein Display 14 sowie Betätigungselemente 16, 16‘ zum Ein- und Ausschalten des Laserentfernungsmessgeräts 10 und zum Starten bzw. Konfigurieren eines Messvorgangs auf. Ferner weist das Laserentfernungsmessgerät 10 zu dessen Energieversorgung eine nicht näher dargestellte Energieversorgungsvorrichtung, insbesondere eine Batterie oder einen Akkumulator, bevorzugt einen Lithium-Ionen-Akkumulator, auf. Das Gehäuse 12 nimmt die für den Betrieb des Laserentfernungsmessgeräts 10 relevanten und/oder sinnvollen Komponenten des Laserentfernungsmessgeräts 10 auf. Bevorzugt umschließt das Gehäuse 12 diese Komponenten und schützt sie somit gegen Eindringen von Verunreinigungen, Feuchtigkeit sowie vor mechanischer Einwirkung in Folge von Stößen oder dergleichen.The laser rangefinder 10 points as in 1 represented a housing 12 , a display 14 as well as actuators 16 . 16 ' to turn the laser rangefinder on and off 10 and to start or configure a measurement process. Furthermore, the laser rangefinder has 10 to the energy supply to a power supply device, not shown, in particular a battery or a rechargeable battery, preferably a lithium-ion battery, on. The housing 12 takes the for the operation of the laser rangefinder 10 relevant and / or useful components of the laser rangefinder 10 on. Preferably encloses the housing 12 These components and thus protects them against the ingress of contaminants, moisture and mechanical action as a result of shocks or the like.

Das Laserentfernungsmessgerät 10 wird unter Verwendung einer Steuervorrichtung 18 zur Ansteuerung der funktionalen Komponenten des Laserentfernungsmessgeräts 10 betrieben. Die Steuervorrichtung 18 ist dazu mit diesen Komponenten signaltechnisch verbunden. Unter der Steuervorrichtung 18 soll insbesondere eine Vorrichtung mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden, die Mittel zur Kommunikation mit den anderen Komponenten des Laserentfernungsmessgeräts 10, beispielsweise Mittel zur Steuerung und/oder Regelung einer Projektionsvorrichtung 20 und/oder Mittel zur Datenverarbeitung und/oder weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Mittel aufweist. Die Steuervorrichtung 18 stellt Betriebsfunktionsparameter des Laserentfernungsmessgeräts 10 in Abhängigkeit von zumindest einer Bedienerereingabe und/oder einem Auswerteergebnis einer Messung ein. Unter der Steuerelektronik der Steuervorrichtung 18 ist beispielsweise eine Prozessoreinheit in Verbindung mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm zu verstehen, das während des Steuervorgangs ausgeführt wird. Insbesondere sind die elektronischen Bauteile der Steuervorrichtung 18 auf einer Platine (Leiterplatte) angeordnet und bevorzugt in Form eines Mikrokontrollers ausgeführt. Die Steuervorrichtung 18 erlaubt, das Laserentfernungsmessgerät 10 zu steuern und dessen Betrieb zu ermöglichen. Die Steuervorrichtung 18 kommuniziert dazu mit den anderen funktionalen Komponenten des Laserentfernungsmessgeräts 10, insbesondere zumindest einer Projektionsvorrichtung 20, einer Detektorvorrichtung 22, einer Datenschnittstelle 24, insbesondere dem Display 14 und den Betätigungselementen 16, 16‘, sowie einer Shutter-Steuerung 26‘ und weiteren, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Komponenten.The laser rangefinder 10 is using a control device 18 for controlling the functional components of the laser rangefinder 10 operated. The control device 18 is connected to these components by signal technology. Under the control device 18 should be understood in particular a device with at least one control electronics, the means for communication with the other components of the laser rangefinder 10 For example, means for controlling and / or regulating a projection device 20 and / or means for data processing and / or further, to those skilled appears reasonable means. The control device 18 Provides operational function parameters of the laser rangefinder 10 as a function of at least one operator input and / or an evaluation result of a measurement. Under the control electronics of the control device 18 For example, a processor unit is to be understood in connection with a memory unit and with an operating program stored in the memory unit, which is executed during the control process. In particular, the electronic components of the control device 18 arranged on a circuit board (printed circuit board) and preferably in the form of a microcontroller. The control device 18 allowed, the laser rangefinder 10 to control and to enable its operation. The control device 18 communicates with the other functional components of the laser rangefinder 10 , in particular at least one projection device 20 , a detector device 22 , a data interface 24 , especially the display 14 and the actuators 16 . 16 ' , as well as a shutter control 26 ' and other components which appear appropriate to the person skilled in the art.

Das handgehaltene Laserentfernungsmessgerät 10 ist dazu vorgesehen, lediglich mit den Händen, bevorzugt mit einer Hand, von einem Bediener geführt zu werden. Dazu beträgt dessen Gesamtmasse weniger als 500 g und die Abmessung dessen längster Seite beträgt weniger als 15 cm. The hand-held laser rangefinder 10 is intended to be guided by an operator only with the hands, preferably with one hand. For this purpose, the total mass is less than 500 g and the dimension of the longest side is less than 15 cm.

Das Laserentfernungsmessgerät 10 weist eine in 2 näher dargestellte Sendevorrichtung 28 zur Erzeugung und Aussendung zeitlich modulierter Laserstrahlung 30 auf. Die Sendevorrichtung 28 umfasst dabei eine Laserdiode 32 zur Erzeugung zeitlich modulierter, insbesondere kontinuierlich und/oder periodisch modulierter, Laserstrahlung 30 im sichtbaren Spektralbereich (beispielsweise 630 nm). Zur Messung des Abstands des Laserentfernungsmessgeräts 10 zu einem Zielobjekt 34 (vgl. insbesondere 3) wird im Betrieb des Laserentfernungsmessgeräts 10 im Wesentlichen kollimierte Laserstrahlung 30 über eine Sendeoptik 36 der Sendevorrichtung 28 in Richtung des Zielobjekts 34 gesendet. Die Sendeoptik 36 besteht in der in 2 dargestellten Ausführungsform des handgehaltenen Laserentfernungsmessgeräts 10 aus Linsen 36b, 36c, einem Strahlkollimator 36d sowie einem in das Gehäuse 12 des Laserentfernungsmessgeräts 10 integrierten Austrittsfenster 36a. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Sendeoptik 36 auch anderweitige strahlformende und/oder strahllenkende und/oder die Eigenschaften der Laserstrahlung 30 beeinflussende optische Elemente, beispielsweise Linsen, Filter, diffraktive Elemente, Spiegel, Reflektoren, optisch transparente Scheiben oder dergleichen, aufweisen. The laser rangefinder 10 has an in 2 transmitting device shown in detail 28 for generating and emitting time-modulated laser radiation 30 on. The sending device 28 includes a laser diode 32 for generating time-modulated, in particular continuously and / or periodically modulated, laser radiation 30 in the visible spectral range (for example 630 nm). To measure the distance of the laser rangefinder 10 to a target object 34 (see in particular 3 ) is in operation of the laser rangefinder 10 essentially collimated laser radiation 30 via a transmission optics 36 the transmitting device 28 in the direction of the target object 34 Posted. The transmission optics 36 exists in the in 2 illustrated embodiment of the hand-held laser rangefinder 10 from lenses 36b . 36c , a beam collimator 36d as well as one in the housing 12 of the laser rangefinder 10 integrated exit window 36a , In an alternative embodiment, the transmission optics 36 also other beam-shaping and / or beam-directing and / or the properties of the laser radiation 30 influencing optical elements, for example lenses, filters, diffractive elements, mirrors, reflectors, optically transparent discs or the like.

Die Sendevorrichtung 28 des Laserentfernungsmessgeräts 10 weist eine Projektionsvorrichtung 20 auf, mittels der Laserstrahlung 30 unter Verwendung eines Laserstrahllenkmittels 38 in unterschiedliche Richtungen – synonym dazu im Folgenden: in unterschiedliche Relativrichtungen 84a, 84b, 84c – mit verschiedenen Aussendewinkeln 40 bezogen auf das Laserentfernungsmessgerät 10 oder eine Referenzrichtung 42, von dem Laserentfernungsmessgerät 10 emittiert werden kann (vgl. insbesondere auch 3). Das Laserstrahllenkmittel 38 ist in dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Mikrospiegel 38’ realisiert. Der Mikrospiegel 38’ weist eine Spiegelfläche von ca. 1 mm2 auf und ist in eindimensionaler Richtung auslenkbar gelagert, wie in der 2, 4a, 6a und 6b jeweils durch einen kleinen bidirektionalen Pfeil neben dem Mikrospiegel 38’ angedeutet ist.The sending device 28 of the laser rangefinder 10 has a projection device 20 on, by means of laser radiation 30 using a laser beam steering means 38 in different directions - synonymous in the following: in different relative directions 84a . 84b . 84c - with different outside angles 40 relative to the laser rangefinder 10 or a reference direction 42 , from the laser rangefinder 10 can be emitted (see in particular also 3 ). The laser beam steering means 38 is in the in the 2 illustrated embodiment as a micromirror 38 ' realized. The micromirror 38 ' has a mirror surface of about 1 mm 2 and is deflectably mounted in one-dimensional direction, as in the 2 . 4a . 6a and 6b each by a small bidirectional arrow next to the micromirror 38 ' is indicated.

Der Mikrospiegel 38’ ist mit einem Aktor 44 verbunden, hier einem elektrostatischen Aktor, der unter Verwendung einer Steuereinheit 20’ der Projektionsvorrichtung 20 angesteuert wird, sodass der Mikrospiegel 38’ in eindimensionaler Richtung definiert und insbesondere kontinuierlich über einen Winkelbereich von zumindest 30° geschwenkt bzw. ausgelenkt werden kann. Unter kontinuierlich schwenken ist insbesondere ein Schwenken mit Schritten von weniger als 0.005 Grad zu verstehen. Derart kann mittels der Steuereinheit 20’ der Projektionsvorrichtung 20 der Aussendewinkel 40, unter dem die Laserstrahlung 30 aus dem Gehäuse 12 des Laserentfernungsmessgeräts 10 emittiert wird, in insbesondere eindimensionaler Richtung vorgegeben und eingestellt, insbesondere gesteuert und/oder geregelt werden. Da der Mikrospiegel 38’ in eindimensionaler Richtung verschwenkbar ist, spannt die in verschiedenen Relativrichtungen 84a, 84b, 84c emittierte Laserstrahlung 30 eine Projektionsebene („Laser-Fächer“) auf.The micromirror 38 ' is with an actor 44 connected, here an electrostatic actuator, using a control unit 20 ' the projection device 20 is controlled, so the micromirror 38 ' defined in one-dimensional direction and in particular can be continuously pivoted or deflected over an angular range of at least 30 °. In particular, panning is to be understood as panning with steps of less than 0.005 degrees. Such can be done by means of the control unit 20 ' the projection device 20 the transmission angle 40 under which the laser radiation 30 out of the case 12 of the laser rangefinder 10 is emitted, in particular one-dimensional direction predetermined and adjusted, in particular controlled and / or regulated. Because the micromirror 38 ' is pivotable in one-dimensional direction, which spans in different relative directions 84a . 84b . 84c emitted laser radiation 30 a projection plane ("laser fan") on.

Die Steuereinheit 20’ der Projektionsvorrichtung 20 erlaubt, den Winkel, unter dem die Laserstrahlung 30 bezogen auf das Laserentfernungsmessgerät 10 oder eine Referenzrichtung 42 emittiert wird, einzustellen. Dazu weist die Steuereinheit 20’ einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung, eine Informationsausgabe, einen Prozessor sowie in einem Speicher der Steuereinheit 20’ gespeicherte Betriebsprogramme und/oder Regelroutinen und/oder Steuerroutinen und/oder Berechnungsroutinen auf. Insbesondere soll unter dem Begriff „einstellen“ verstanden werden, dass die Steuereinheit 20’ zumindest eine Kenngröße ausgibt, die dazu vorgesehen ist, den Aktor 44 des Laserstrahllenkmittels 38 zur Verstellung der Relativrichtung 84a, 84b, 84c zu steuern und/oder zu regeln.The control unit 20 ' the projection device 20 allows the angle under which the laser radiation 30 relative to the laser rangefinder 10 or a reference direction 42 is emitted. For this purpose, the control unit 20 ' an information input, an information processing, an information output, a processor and in a memory of the control unit 20 ' stored operating programs and / or control routines and / or control routines and / or calculation routines. In particular, the term "adjust" should be understood to mean that the control unit 20 ' at least outputs a parameter that is intended to the actuator 44 the laser beam steering means 38 for adjusting the relative direction 84a . 84b . 84c to control and / or to regulate.

Mittels der in 2, 4, 6a und 6b dargestellten Projektionsvorrichtung 20 wird in zumindest einem Betriebsmodus des Laserentfernungsmessgeräts 10 in Folge geeigneter Ansteuerung des Aktors 44 durch die Steuereinheit 20’ der Mikrospiegel 38’ derart kontinuierlich, insbesondere periodisch geschwenkt, dass die Laserstrahlung 30 zwischen zwei Relativrichtungen 84a, 84b, 84c, die einen Winkelbereich α (vgl. 4a, Bezugszeichen 46) definieren und begrenzen, kontinuierlich hin- und hergeschwenkt wird. Wie in der 3 dargestellt ist, kann durch kontinuierliches, periodisches Schwenken des Mikrospiegels 38‘ in einem Auslenkungsbereich des Spiegels von bis zu ±15 Grad die emittierte Laserstrahlung 30 – ebenfalls kontinuierlich – über einen Winkelbereich α (Bezugszeichen 46) von bis zu 60 Grad geschwenkt werden, insbesondere periodisch geschwenkt werden. Die emittierte Laserstrahlung 30 liegt dabei in der sogenannten Projektionsebene. Insbesondere wird die Projektionsebene durch diejenigen beiden Laserstrahlen (in Relativrichtungen 84a, 84b in 3) der Laserstrahlung 30 definiert, die unter positiver und negativer Vollauslenkung des Mikrospiegels 38‘ emittiert werden. By means of in 2 . 4 . 6a and 6b shown projection device 20 becomes in at least one operating mode of the laser range finder 10 as a result of suitable activation of the actuator 44 through the control unit 20 ' the micromirror 38 ' so continuously, in particular periodically pivoted that the laser radiation 30 between two relative directions 84a . 84b . 84c which has an angular range α (cf. 4a , Reference number 46 ), and is continuously swung back and forth. Like in the 3 can be represented by continuous, periodic pivoting of the micromirror 38 ' in a deflection range of the mirror of up to ± 15 degrees, the emitted laser radiation 30 - Also continuously - over an angular range α (reference numeral 46 ) are pivoted by up to 60 degrees, in particular be pivoted periodically. The emitted laser radiation 30 lies in the so-called projection level. In particular, the projection plane is defined by those two laser beams (in relative directions 84a . 84b in 3 ) of the laser radiation 30 defined under positive and negative full excursion of the micromirror 38 ' be emitted.

Wird die Laserstrahlung 30, wie in 3 dargestellt, auf ein Zielobjekt 34 projiziert, wandert in Folge des kontinuierlichen Schwenkens des Mikrospiegels 38‘ ein mittels der Laserstrahlung 30 auf das Zielobjekt 34 projizierter Laserpunkt 48 kontinuierlich über die Oberfläche des Zielobjekts 34. Dies ist in der 3 mit einem bidirektionalen Pfeil 50 repräsentiert, der das periodische Hin- und Herschwenken des Laserpunktes 48 symbolisiert. Somit überstreicht die emittierte Laserstrahlung 30 den Winkelbereich α (46) periodisch, insbesondere in einer periodischen und/oder zyklischen Hin- und Herbewegung. Die periodische Überstreichung des Winkelbereichs α (46) erfolgt mit einer Frequenz größer als 20 Hz. Dabei wird der mittels Laserstrahlung 30 auf das Zielobjekt 34 projizierte Laserpunkt 48 derart zügig über das Zielobjekt 34 bewegt, dass ein Betrachter auf dem Zielobjekt 34 eine projizierte, durchgezogene und kontinuierlich leuchtende Projektionslinie oder Laserlinie 52 wahrnimmt. Mit anderen Worten wird die Laserstrahlung 30 in zumindest einem Betriebsmodus des Laserentfernungsmessgeräts 10 zeitlich scannend auf ein Zielobjekt 34 hin emittiert, sodass auf dem Zielobjekt 34 eine eindimensionale Laserlinie 52 projiziert und somit für einen Bediener des Laserentfernungsmessgeräts 10 sichtbar wird.Will the laser radiation 30 , as in 3 shown on a target object 34 projected, migrates as a result of the continuous pivoting of the micromirror 38 ' one by means of the laser radiation 30 on the target object 34 projected laser spot 48 continuously over the surface of the target object 34 , This is in the 3 with a bidirectional arrow 50 represents the periodic swinging of the laser spot 48 symbolizes. Thus, the emitted laser radiation passes over 30 the angular range α ( 46 ) periodically, in particular in a periodic and / or cyclical reciprocation. The periodic sweep of the angular range α ( 46 ) takes place with a frequency greater than 20 Hz. In doing so, the laser radiation 30 on the target object 34 projected laser spot 48 so swiftly over the target object 34 that moves a viewer on the target object 34 a projected, solid and continuously lit projection line or laser line 52 perceives. In other words, the laser radiation 30 in at least one mode of operation of the laser range finder 10 time-scanned for a target object 34 emitted so that on the target object 34 a one-dimensional laser line 52 projected and thus for an operator of the laser rangefinder 10 becomes visible.

Ferner ist die Steuereinheit 20’ der Projektionsvorrichtung 20 dazu vorgesehen, das Laserstrahllenkmittel 38, insbesondere den Aktor 44, in einem Betriebsmodus des Laserentfernungsmessgeräts 10 derart zu regeln, dass die projizierte Laserlinie 52 eine vorgegebene Länge einnimmt. Auf diese Weise kann ein Bediener des Laserentfernungsmessgeräts 10 besonders komfortabel Strecken auf dem Zielobjekt 34 darstellen und überprüfen. Beispielsweise kann der Bediener sehr schnell überprüfen, ob ein Schrank mit einer gegebenen Breite in eine vorhandene Nische passt. Insbesondere sind ein Aufspannwinkel und/oder eine Länge der Laserlinie 52 mittels der Betätigungselemente 16, insbesondere mittels einer für die Eingabe von Winkeln vorgesehenen Eingabeeinheit 16‘, durch den Bediener vorgebbar.Further, the control unit 20 ' the projection device 20 provided, the laser beam steering means 38 , in particular the actuator 44 in an operating mode of the laser range finder 10 to regulate such that the projected laser line 52 takes a given length. In this way, an operator of the laser rangefinder 10 particularly comfortable routes on the target 34 show and check. For example, the operator can quickly check if a cabinet of a given width fits into an existing niche. In particular, a clamping angle and / or a length of the laser line 52 by means of the actuators 16 in particular by means of an input unit provided for inputting angles 16 ' , specifiable by the operator.

Unter einem Betriebsmodus soll ein von einem Bediener beeinflussbarer Betriebszustand, zumindest ein Betriebszustand der Steuervorrichtung 18, verstanden werden, in dem die Steuervorrichtung 18 von einem Bediener wählbare Regelroutinen, Steuerroutinen und/oder Berechnungsroutinen ausführt. Die Steuervorrichtung 18 ist dazu vorgesehen, verschiedene Betriebsmodi auszuführen.Under an operating mode, an operating state that can be influenced by an operator is intended to be at least one operating state of the control device 18 to be understood, in which the control device 18 executes operator-selectable control routines, control routines and / or calculation routines. The control device 18 is intended to perform various modes of operation.

Unter Regeln soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Steuervorrichtung 18 eine Entfernung der beiden Endpunkte 54a, 54b der Laserlinie 52 zueinander bestimmt, die ermittelte Entfernung mit der von dem Bediener vorgegebenen Entfernung vergleicht (in 3: 2.00 m) und dann den Winkel zwischen den die Endpunkte 54a, 54b der Laserlinie 52 definierenden Relativrichtungen 84a, 84b derart verändert, dass die Endpunkte 54a, 54b in der vorgegebenen Entfernung voneinander beabstandet angeordnet sind. Eine Bestimmung der Entfernung der beiden Endpunkte 54a, 54b der Laserlinie 52, und damit der Länge der Laserlinie 52, wird bevorzugt indirekt unter Anwendung trigonometrischer Funktionen aus mehreren Entfernungsmessungen in verschiedenen Relativrichtungen 84a, 84b, 84c zwischen dem Laserentfernungsmessgerät 10 und dem Zielobjekt 34 sowie den zwischen den Relativrichtungen 84a, 84b, 84c eingeschlossenen Winkeln ermittelt (vgl. insbesondere 3). In this context, rules should in particular be understood to mean that the control device 18 a distance between the two endpoints 54a . 54b the laser line 52 determined to each other, which compares the determined distance with the distance given by the operator (in 3 : 2.00 m) and then the angle between the endpoints 54a . 54b the laser line 52 defining relative directions 84a . 84b changed so much that the endpoints 54a . 54b are spaced apart at the predetermined distance. A determination of the distance of the two endpoints 54a . 54b the laser line 52 , and thus the length of the laser line 52 , is preferably indirectly using trigonometric functions from multiple range measurements in different relative directions 84a . 84b . 84c between the laser rangefinder 10 and the target object 34 as well as between the relative directions 84a . 84b . 84c enclosed angles determined (see in particular 3 ).

Die von einer Oberfläche des Zielobjekts 34 reflektierte und/oder zurückgestreute Laserstrahlung 30‘ (an dieser Stelle nicht näher dargestellt; vgl. 5c) wird über eine Empfangsoptik 56 des Laserentfernungsmessgeräts 10 auf ein Detektorelement 22’ einer Detektorvorrichtung 22 abgebildet und dort detektiert. Die Detektorvorrichtung 22 samt Detektorelement 22’ ist in 2 dargestellt. Die Detektorvorrichtung 22 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel – und insbesondere auch in den in den 4, 6a, 6b dargestellten Ausführungsbeispielen – ein SPAD-Array 58 als Detektorelement 22‘ (vgl. insbesondere 5c). Das SPAD-Array 58 weist eine in Richtung der Projektionsebene längliche (elongierte) Gestalt auf. Beispielsweise betragen die Maße des SPAD-Arrays 58 in der Projektionsebene 10 mm und senkrecht zu dieser 1 mm. Das SPAD-Array 58 liefert abhängig von einer auftreffenden Lichtintensität, insbesondere Laserstrahlungsintensität, ein ortsaufgelöstes Detektionssignal. Dazu besteht das SPAD-Array 58 aus einer Vielzahl ungekoppelter oder gekoppelter, insbesondere koppelbarer, SPADs 58‘. In einem Ausführungsbeispiel weist das SPAD-Array 58 500 × 50 lichtempfindliche SPADs 58‘ auf. Die Detektorvorrichtung 22 ist signaltechnisch mit der Steuervorrichtung 18 des Laserentfernungsmessgeräts 10 zur Weiterleitung von Detektionssignalen verbunden.The from a surface of the target object 34 reflected and / or backscattered laser radiation 30 ' (not shown here in detail; 5c ) is via a receiving optics 56 of the laser rangefinder 10 on a detector element 22 ' a detector device 22 imaged and detected there. The detector device 22 including detector element 22 ' is in 2 shown. The detector device 22 includes in this embodiment - and in particular in the in the 4 . 6a . 6b illustrated embodiments - a SPAD array 58 as a detector element 22 ' (see in particular 5c ). The SPAD array 58 has an elongated shape in the direction of the projection plane. For example, the dimensions of the SPAD array are 58 in the projection plane 10 mm and perpendicular to this 1 mm. The SPAD array 58 delivers depending on an incident light intensity, in particular laser radiation intensity, a spatially resolved detection signal. This is the SPAD array 58 from a multiplicity of uncoupled or coupled, in particular couplable, SPADs 58 ' , In one embodiment, the SPAD array 58 500x50 photosensitive SPADs 58 ' on. The detector device 22 is signal technology with the control device 18 of the laser rangefinder 10 connected to the forwarding of detection signals.

Aus einem zwischen der ausgesendeten Laserstrahlung 30 und der von der Oberfläche des Zielobjekts 34 rücklaufenden, d.h. reflektierten und/oder zurückgestreuten Laserstrahlung 30‘ durchgeführten Phasenvergleich kann mittels der Steuervorrichtung 18 des Laserentfernungsmessgeräts 10, insbesondere einer Auswerteeinheit der Steuervorrichtung 18, eine Lichtlaufzeit ermittelt und über die Lichtgeschwindigkeit der Abstand zwischen dem Laserentfernungsmessgerät 10 und dem Auftreffpunkt auf dem Zielobjekt 34 bestimmt werden. Der bestimmte Abstand entspricht dabei dem Abstand des Laserentfernungsmessgeräts 10 vom Zielobjekt 34 in Richtung der zu diesem Zeitpunkt auf das Zielobjekt 34 emittierten Laserstrahlung 30. Aus den Detektionssignalen von der Steuervorrichtung 18 ermittelte Entfernungsmesswerte in Richtung der emittierten Laserstrahlung 30 werden anschließend von der Steuervorrichtung 18 des Laserentfernungsmessgeräts 10 weiterverarbeitet und/oder mittels einer Datenschnittstelle 24 des Laserentfernungsmessgeräts 10 an einen Bediener des Laserentfernungsmessgeräts 10 ausgegeben. Insbesondere kann eine Ausgabe unter Verwendung des Displays 14 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Entfernungsmesswert auch zur weiteren Verarbeitung unter Verwendung der Datenschnittstelle 24 an ein weiteres Gerät, beispielsweise ein mobiles Datenverarbeitungsgerät wie ein Smartphone, ein Tablet, ein PC, ein Computer oder dergleichen, übermittelt werden.From one between the emitted laser radiation 30 and that of the surface of the target object 34 returning, ie reflected and / or backscattered laser radiation 30 ' performed phase comparison can by means of the control device 18 of the laser rangefinder 10 , in particular an evaluation unit of the control device 18 , Determines a light transit time and the speed of light, the distance between the laser rangefinder 10 and the impact point on the target object 34 be determined. The specific distance corresponds to the distance of the laser rangefinder 10 from the target object 34 in the direction of the target object at that time 34 emitted laser radiation 30 , From the detection signals from the control device 18 determined distance measurement values in the direction of the emitted laser radiation 30 are subsequently from the control device 18 of the laser rangefinder 10 further processed and / or by means of a data interface 24 of the laser rangefinder 10 to an operator of the laser rangefinder 10 output. In particular, an output can be made using the display 14 respectively. Alternatively or additionally, the distance measurement value can also be used for further processing using the data interface 24 to another device, such as a mobile data processing device such as a smartphone, a tablet, a PC, a computer or the like, are transmitted.

Wie in den 13 bereits angedeutet und in den 4, 6a und 6b näher dargestellt ist, weist das Laserentfernungsmessgerät 10 erfindungsgemäß eine Empfangsoptik 56 auf, die zumindest eine Laserstrahlung 30‘ aus einem Winkelbereich γ (60) zur Detektion auf die Detektorvorrichtung 22 projizierende Facettenoptik 62 umfasst. Dabei umfasst der Winkelbereich γ (60) der Empfangsoptik 56 den Winkelbereich α (46), in den Laserstrahlung 30 mittels der Projektionsvorrichtung 20 emittiert wird oder emittiert werden kann. Mit anderen Worten, der Winkelbereich γ (60) umfasst den Winkelbereich αmax (selbst nicht näher dargestellt), der den technisch maximal mit Laserstrahlung 30 überstreichbaren Winkelbereich α (46) von hier 60 Grad darstellt. Wie im Zusammenhang mit 5a noch erläutert wird, weist die Facettenoptik 62 in beispielhafter Ausführungsform einen Winkelbereich γ (60) von 60 Grad auf, aus dem rücklaufende Laserstrahlung 30‘ auf die Detektorvorrichtung 22 projiziert werden kann. Die Facettenoptik 62 besteht dazu aus fünf Facetten 64a, 64b, 64c, 64d, 64e (im Folgenden auch: 64a–e) in Form von fokussierenden, insbesondere sphärischen oder asphärischen, optischen Linsen. Jede Facette 64a–e bildet einen Winkelteilbereich σ (Bezugszeichen 66a–e) von 12° auf die Detektorvorrichtung 22 ab. Die Facettenoptik 62 ist wirtschaftlich einfach und kostengünstig als ein einstückiges Spritzgussbauteil in einem Spritzgießverfahren hergestellt. Als Material der Facettenoptik 62 wird bevorzugt ein transparentes Glas oder Kunststoffmaterial, beispielsweise Polymethylmethacrylat, verwendet. Die Facettenoptik 62 stellt ein einzelnes Bauteil dar, dessen Facetten 64a–e nicht voneinander gelöst werden können, ohne die Facettenoptik 62 zu zerstören.As in the 1 - 3 already indicated and in the 4 . 6a and 6b shown in more detail, has the laser rangefinder 10 According to the invention, a receiving optics 56 on, the at least one laser radiation 30 ' from an angular range γ ( 60 ) for detection on the detector device 22 projecting faceted optics 62 includes. In this case, the angular range γ ( 60 ) of the receiving optics 56 the angular range α ( 46 ), in the laser radiation 30 by means of the projection device 20 is emitted or can be emitted. In other words, the angular range γ ( 60 ) includes the angular range α max (not shown in detail), the maximum technically with laser radiation 30 paintable angle range α ( 46 ) from here 60 degrees. As related to 5a will be explained, the faceted optics 62 In an exemplary embodiment, an angular range γ ( 60 ) of 60 degrees, from the returning laser radiation 30 ' on the detector device 22 can be projected. The faceted look 62 consists of five facets 64a . 64b . 64c . 64d . 64e (hereinafter also: 64a -one Shape of focusing, in particular spherical or aspherical, optical lenses. Every facet 64a E forms an angular range σ (reference numeral 66a -E) of 12 ° on the detector device 22 from. The faceted look 62 is economically simple and inexpensive to manufacture as a one-piece injection-molded component in an injection molding process. As a material of faceted optics 62 For example, a transparent glass or plastic material, for example polymethyl methacrylate, is preferably used. The faceted look 62 represents a single component whose facets 64a -E can not be solved without the facet optics 62 to destroy.

Es sei angemerkt, dass die genannten Zahlenwerte betreffend die Facettenoptik 62 wie 60 Grad, 12 Grad und dergleichen in diesem Ausführungsbeispiel lediglich exemplarisch gewählte, bevorzugte Werte dieses Ausführungsbeispiels darstellen. Abweichende, einem Fachmann sinnvoll erscheinende Werte für den Winkelbereich γ (60) und den maximal überstreichbaren Winkelbereich αmax sind denkbar. Ferner sei angemerkt, dass die Sende- und die Empfangsoptik des in den 13 dargestellten Ausführungsbeispiels des Laserentfernungsmessgeräts 10 in der Projektionsebene nebeneinander liegen, während bei dem in den 4 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Sende- und Empfangsoptik senkrecht zu der Projektionsebene nebeneinanderliegend angeordnet sind.It should be noted that the numerical values mentioned concerning facet optics 62 such as 60 degrees, 12 degrees, and the like in this embodiment are merely exemplary selected preferred values of this embodiment. Deviating values for the angular range γ (which appear reasonable to a person skilled in the art) 60 ) and the maximum swept angle range α max are conceivable. It should also be noted that the transmitting and the receiving optics of the in the 1 - 3 illustrated embodiment of the laser rangefinder 10 lie next to each other in the projection plane, while in the 4 and 6 illustrated embodiment, the transmitting and receiving optics are arranged side by side perpendicular to the projection plane.

Die Facettenoptik 62 weist zwischen benachbarten Facetten 64a–e jeweils erste Mittel 68 in Form eines Absorbers 68‘ und/oder Filters 68‘‘ auf, die einem optischen Übersprechen von Licht zwischen den Facetten 64a–e entgegenwirken. Die Absorber 68‘ und/oder Filter 68‘‘ sind jeweils als eine sich vollständig zwischen je benachbarten Facetten 64a–e der Empfangsoptik 56 erstreckende Trennschicht ausgeführt (vgl. insbesondere 4a und 4b). Ferner weist die Facettenoptik 62 auf deren Oberfläche nicht näher dargestellte dritte Mittel 70 in Form eines Spektralfarbfilters 70‘ auf, die erlauben, aus dem Winkelbereich γ (60) einfallende elektromagnetische Strahlung hinsichtlich ihrer Wellenlänge zumindest teilweise zu filtern. Unter Verwendung der ersten und dritten Mittel wird störende Hintergrundstrahlung, die nachteilige Auswirkung auf die Genauigkeit von Messergebnissen hat, vorteilhaft reduziert. The faceted look 62 points between adjacent facets 64a -E each first means 68 in the form of an absorber 68 ' and / or filters 68 '' on, which is an optical crosstalk of light between the facets 64a -E counteract. The absorber 68 ' and / or filters 68 '' are each as one completely between each adjacent facets 64a -E the receiving optics 56 extending separating layer carried out (see, in particular 4a and 4b ). Furthermore, the faceted optics 62 on the surface not shown third means 70 in the form of a spectral color filter 70 ' on, which allow, from the angular range γ ( 60 ) to at least partially filter incident electromagnetic radiation with respect to its wavelength. Using the first and third means, spurious background radiation, which has a detrimental effect on the accuracy of measurement results, is advantageously reduced.

In 4a und 4b sind die wesentlichen optischen Komponenten des Laserentfernungsmessgeräts 10 – Projektionsvorrichtung 20 mit Mikrospiegel 38‘, Detektorelement 22’ und Facettenoptik 62 – schematisch in einer Seitenansicht (die betrachtete xz-Ebene entspricht der Projektionsebene) bzw. einer Front-Ansicht (xy-Ebene) dargestellt. Laserstrahlung 30 wird zunächst mithilfe von Linsen 36b, 36c und einem Kollimator 36d zu einem fokussierten Laserstrahlungsbündel oder Laserstrahl geformt. Diese derart geformte Laserstrahlung 30 wird durch den Mikrospiegel 38’ ausgelenkt und zu einem gegebenen Zeitpunkt unter einem definierten Winkel bezogen auf eine Referenzrichtung 42 aus dem Laserentfernungsmessgerät 10 emittiert. Die von einer jeden Facette 64a–e der Facettenoptik 62 auf das Detektorelement 22’ abgebildeten Winkelteilbereiche σ (66a–e) sind im Rahmen geometrischer Optik durch gestrichelte Linien dargestellt, die die jeweiligen Winkelteilbereiche σ (66a–e) definieren. Die Summe der Winkelteilbereiche σ (66a–e) spannt den Winkelbereich γ (60) auf.In 4a and 4b are the essential optical components of the laser rangefinder 10 - Projection device 20 with micromirror 38 ' , Detector element 22 ' and faceted optics 62 - Shown schematically in a side view (the considered xz plane corresponds to the projection plane) or a front view (xy plane). laser radiation 30 is first using lenses 36b . 36c and a collimator 36d formed into a focused laser beam or laser beam. This shaped laser radiation 30 is through the micromirror 38 ' deflected and at a given time at a defined angle relative to a reference direction 42 from the laser rangefinder 10 emitted. The from every facet 64a -E the faceted optics 62 on the detector element 22 ' Imaged angular sections σ ( 66a -E) are represented by dashed lines in the context of geometric optics, the respective angular sub-regions σ ( 66a -E). The sum of the angular sub-ranges σ ( 66a -E) biases the angular range γ ( 60 ) on.

Wie in 4b in der Front-Ansicht dargestellt, sind die optischen Komponenten des Laserentfernungsmessgeräts 10, insbesondere der Sende- und der Empfangspfad, in y-Richtung um eine Versatzdistanz 74 beabstandet. Derart sind Sende- und Empfangspfad unabhängig voneinander, sodass die emittierte Laserstrahlung 30 optisch von der empfangenen Laserstrahlung 30‘ entkoppelt ist. Ferner lassen sich derart Parallaxeneffekte vermeiden, die eine Auswertung der empfangenen Messsignale erschweren können.As in 4b shown in the front view, are the optical components of the laser rangefinder 10 , in particular the transmission and the reception path, in the y-direction by an offset distance 74 spaced. In this way, the transmission and reception paths are independent of each other, so that the emitted laser radiation 30 optically from the received laser radiation 30 ' is decoupled. Furthermore, such parallax effects can be avoided, which can make evaluation of the received measurement signals more difficult.

In dem Betriebsmodus, in dem das Laserentfernungsmessgerät 10 scannend arbeitet, d.h. die Laserstrahlung 30 mittels der Projektionsvorrichtung 20 der Sendevorrichtung 28 den Winkelbereich α (Bezugszeichen 46) periodisch überstreichend ausgesendet wird (vgl. 3), wird zu jedem Zeitpunkt stets nur ein Laserpunkt 48 des Gesichtsfeldes der Empfangsoptik 56 aus dem Winkelbereich γ (60) beleuchtet. Dabei befindet sich der Laserpunkt 48 typischerweise im Winkelteilbereich σ (66a–e) einer, insbesondere einer einzigen, Facette 64a–e. In der in 4a dargestellten Konstellation befindet sich der Laserpunkt 48 (sofern auf ein Zielobjekt 34 projiziert) in dem Winkelteilbereich σ der vierten Facette von links (Facette 64d) und wird von dieser auf das Detektorelement 22’ abgebildet.In the operating mode in which the laser range finder 10 scanning, ie the laser radiation 30 by means of the projection device 20 the transmitting device 28 the angular range α (reference numeral 46 ) is periodically scanned (cf. 3 ), always only one laser point at any one time 48 the visual field of the receiving optics 56 from the angular range γ ( 60 ) illuminated. This is the laser point 48 typically in the angular range σ ( 66a -E) one, in particular a single, facet 64a e. In the in 4a shown constellation is the laser point 48 (if on a target object 34 projected) in the angular section area σ of the fourth facet from the left (facet 64d ) and from this to the detector element 22 ' displayed.

Die grafische Darstellung der 5b stellt die Abhängigkeit der Position 76 des auf das Zielobjekt 34 projizierten Laserpunkts 48 der emittierten Laserstrahlung 30 vom Aussendewinkel 40 des emittierten Laserstrahls 30 (optischer Aussendewinkel) in Projektionsebene – und somit indirekt vom Schwenkwinkel des Mikrospiegels 38‘ (mechanischer Auslenkwinkel) – dar. Der mechanische Schwenkwinkel ist dabei durch den halben Wert des optischen Aussendewinkels 40 gegeben. Die Ordinate der Grafik in 5b ist in beliebigen Einheiten gegeben.The graphic representation of the 5b Represents the dependency of the position 76 of the target object 34 projected laser spot 48 the emitted laser radiation 30 from the outside angle 40 of the emitted laser beam 30 (Optical transmission angle) in the projection plane - and thus indirectly from the tilt angle of the micromirror 38 ' (mechanical deflection angle) - dar. The mechanical tilt angle is thereby half the value of the optical emission angle 40 given. The ordinate of the graphic in 5b is given in arbitrary units.

5a zeigt in analoger Weise die Position 78a–e der jeweils mittels der fünf Facetten 64a–e auf das Detektorelement 22’ abgebildeten Lichtpunkte 80 in Abhängigkeit vom Aussendewinkel 40 des emittierten Laserstrahls 30 (optischer Aussendewinkel) in Projektionsebene – und somit auch wieder indirekt vom Schwenkwinkel des Mikrospiegels 38‘ (mechanischer Auslenkwinkel) – dar. Dabei bildet jede Facette 64a–e den auf das Zielobjekt 34 projizierten Laserpunkt 48 über einen Winkelteilbereich σ (66a–e) von zumindest 12 Grad auf das Detektorelement 22’ ab. Der gesamte, auf das Detektorelement 22’ abgebildete Winkelbereich γ (60) ist als Summe der Winkelteilbereiche σ (66a–e) mit 60 Grad gegeben. Jedem optischen Aussendewinkel 40 der Laserstrahlung 30 kann eine Position 78a–e des abgebildeten Lichtpunkts 80 auf dem Detektorelement 22’ eindeutig zugeordnet werden. 5a shows in an analogous way the position 78a -E each by means of the five facets 64a -E on the detector element 22 ' pictured points of light 80 depending on the transmission angle 40 of the emitted laser beam 30 (Optical transmission angle) in the projection plane - and thus again indirectly from the tilt angle of the micromirror 38 ' (mechanical deflection angle) - dar. Here, every facet forms 64a -E the on the target object 34 projected laser spot 48 over an angular range σ ( 66a -E) of at least 12 degrees on the detector element 22 ' from. The whole, on the detector element 22 ' Imaged angular range γ ( 60 ) is the sum of the angular sections σ ( 66a -E) at 60 degrees. Each optical transmission angle 40 the laser radiation 30 can a position 78a -E of the pictured point of light 80 on the detector element 22 ' be clearly assigned.

Vorteilhaft kann eine eindeutige Zuordnung zwischen Abbild auf der Detektorvorrichtung 22 und Laserpunkt 48 auf dem Zielobjekt 34 – d.h. zwischen Lichtpunkt 80 auf der Detektorvorrichtung 22 und dem optischen Aussendewinkel 40 der emittierten Laserstrahlung 30 – ermöglicht werden. Advantageously, a unique association between image on the detector device 22 and laser point 48 on the target object 34 - ie between the point of light 80 on the detector device 22 and the optical transmission angle 40 the emitted laser radiation 30 - be enabled.

Die Facettenoptik 62 des Laserentfernungsmessgeräts 10 ist hinsichtlich ihrer Brennweite derart konzipiert, dass die fokussierenden optischen Facetten 64a–e empfangene Laserstrahlung 30‘ derart auf das SPAD-Array 58 der Detektorvorrichtung 22 projizieren, dass zumindest 2 × 2 SPADs 58‘ des SPAD-Arrays 58 beleuchtet werden. Dies ist schematisch in 5c anhand eines Ausschnitts des SPAD-Arrays 58 mit einer Mehrzahl von SPADs 58‘ dargestellt, wobei zumindest 2 × 2 SPADs 58‘ des SPAD-Arrays 58 von dem Lichtpunkt 80 einfallender Laserstrahlung 30‘ beleuchtet werden. Die Anordnung der vier beleuchteten SPADs 58‘ in 2 × 2-Anordnung ist in 5c mit Bezugszeichen 88 gekennzeichnet.The faceted look 62 of the laser rangefinder 10 is designed with regard to its focal length such that the focusing optical facets 64a -E received laser radiation 30 ' so on the SPAD array 58 the detector device 22 project that at least 2 × 2 SPADs 58 ' of the SPAD array 58 be illuminated. This is schematically in 5c based on a section of the SPAD array 58 with a plurality of SPADs 58 ' shown, wherein at least 2 × 2 SPADs 58 ' of the SPAD array 58 from the point of light 80 incident laser radiation 30 ' be illuminated. The arrangement of the four illuminated SPADs 58 ' in 2 × 2 arrangement is in 5c with reference number 88 characterized.

Unter Verwendung des Laserentfernungsmessgeräts 10 ist es dem Bediener möglich, Distanzen zu mehreren verschiedenen Messpunkten, d.h. in verschiedenen Relativrichtungen 84a, 84b, 84c der Laserstrahlung 30, zeitnah zu bestimmen. In diesem Ausführungsbeispiel erlaubt das Laserentfernungsmessgerät 10, innerhalb von einer Sekunde eine Vielzahl von Entfernungsmessungen in dem periodisch überstrichenen Winkelbereich α (46) durchzuführen. Die Anzahl der durchzuführenden Entfernungsmessungen kann über ein Menü unter Verwendung der Betätigungselemente 16 durch einen Bediener eingestellt werden. Zusätzlich kann die Anzahl der durchzuführenden Entfernungsmessungen sowie deren Relativrichtungen 84a, 84b, 84c, d.h. deren zugehöriger Winkel, unter dem die Messung durchgeführt wird, automatisch durch die Steuervorrichtung 18 des Laserentfernungsmessgeräts 10 ermittelt und somit geräteintern vorgegeben werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Laserentfernungsmessgeräts 10 ist eine komfortable, indirekte Vermessung einer Strecke zwischen zwei nur mit Laserstrahlen erreichbaren, unzugänglichen Punkten auf dem Zielobjekt 34 möglich, ohne dass das Laserentfernungsmessgerät 10 an einem der Punkte angelegt werden muss. Die indirekt zu bestimmende Strecke wird unter Anwendung trigonometrischer Funktionen aus mehreren Entfernungsmessungen in verschiedenen Relativrichtungen 84a, 84b, 84c zwischen dem Laserentfernungsmessgerät 10 und dem Zielobjekt 34 sowie den zwischen den Relativrichtungen 84a, 84b, 84c eingeschlossenen Winkeln von der Steuervorrichtung 18 des Laserentfernungsmessgeräts 10 ermittelt. Die Vermessung und/oder Projektion einer solchen Strecke wird dabei mit einem Knopfdruck innerhalb von einem kurzen Zeitraum, insbesondere weniger als einer Sekunde, gemessen. Der Bediener kann sich während des Messvorgangs vorteilhaft an einer von der Strecke beabstandeten Position aufhalten. Gleichzeitig ist eine Markierung der zu messenden Strecke in Form der projizierten Laserlinie 52 möglich.Using the laser rangefinder 10 It is possible for the operator, distances to several different measuring points, ie in different relative directions 84a . 84b . 84c the laser radiation 30 to determine promptly. In this embodiment, the laser rangefinder allows 10 within a second a plurality of distance measurements in the periodically swept angular range α ( 46 ). The number of distance measurements to be made can be made via a menu using the actuators 16 be set by an operator. In addition, the number of distance measurements to be performed and their relative directions 84a . 84b . 84c , ie its associated angle under which the measurement is performed, automatically by the control device 18 of the laser rangefinder 10 determined and thus be specified internally. Due to the inventive design of the laser rangefinder 10 is a comfortable, indirect measurement of a distance between two inaccessible points on the target object that can only be reached with laser beams 34 possible without the laser rangefinder 10 must be created at one of the points. The route to be determined indirectly becomes, using trigonometric functions, several distance measurements in different relative directions 84a . 84b . 84c between the laser rangefinder 10 and the target object 34 as well as between the relative directions 84a . 84b . 84c included angles from the controller 18 of the laser rangefinder 10 determined. The measurement and / or projection of such a distance is measured with a push of a button within a short period of time, in particular less than one second. The operator may advantageously stay in a spaced-apart position during the measuring process. At the same time, a marking of the distance to be measured in the form of the projected laser line 52 possible.

Wie in 6a und 6b dargestellt ist, weist die Empfangsoptik 56 in diesem Ausführungsbeispiel auch zweite Mittel 82 in Form eines Shutters 26 auf, der ein lichtdichtes, mechanisch bewegliches Element bildet und sich im Empfangspfad des Laserentfernungsmessgeräts 10 zwischen der Facettenoptik 62 und der Detektorvorrichtung 22 befindet (in 2 schematisch als Kasten dargestellt). Der Shutter 26 ist als ein mittels einer Shutter-Steuerung 26‘ elektrisch stellbarer Schlitzverschluss realisiert und dazu vorgesehen, jeweils eine einzelne, wählbare Facette 64a–e nicht abzudecken, während alle weiteren Facetten 64a–e der Facettenoptik 62 lichtdicht abgedeckt werden. Das Sichtfenster ist in 6a und 6b mit Bezugszeichen 86 dargestellt. Auf diese Weise wird lediglich Laserstrahlung 30‘ aus wählbaren Winkelteilbereichen Ω, die in diesem Ausführungsbeispiel identisch sind mit wählbaren Winkelteilbereichen σ (66a–e) einer Facette 64a–e (in 6a Facette 64d; in 6b Facette 64c), einzeln auf die Detektorvorrichtung 22 abgebildet. Elektromagnetische Strahlung, die durch die weiteren Facetten 64a–e in den Empfangspfad eintreten würde, wird durch den Shutter 26 blockiert.As in 6a and 6b is shown, the receiving optics 56 in this embodiment also second means 82 in the form of a shutter 26 on, which forms a light-tight, mechanically movable element and in the receiving path of the laser rangefinder 10 between the faceted optics 62 and the detector device 22 located (in 2 shown schematically as a box). The shutter 26 is as one by means of a shutter control 26 ' electrically adjustable focal plane shutter realized and provided, each a single, selectable facet 64a -E do not cover, while all other facets 64a -E the faceted optics 62 be covered light-tight. The viewing window is in 6a and 6b with reference number 86 shown. In this way, only laser radiation 30 ' from selectable angular sub-ranges Ω, which in this exemplary embodiment are identical to selectable angular sub-ranges σ ( 66a -E) of a facet 64a -one 6a facet 64d ; in 6b facet 64c ), individually on the detector device 22 displayed. Electromagnetic radiation passing through the other facets 64a -E would enter the receive path is through the shutter 26 blocked.

Die Wahl einer lichtdurchlässigen Facette 64a–e erfolgt in einer besonders einfachen Ausführungsform des zweiten Mittels 82 durch Veränderung der Position des Shutters 26, insbesondere relativ zur Empfangsoptik 56. Die Verschiebung erfolgt dabei in diskreten Schritten, die jeweils einem Winkelteilbereich σ (66a–e) entsprechen. Dies wird durch einen Vergleich der 6b mit der 6a deutlich. Wird die Öffnung des Shutters 26 bewegt, so lassen sich die Winkelteilbereiche σ (66a–e) (im Allgemeinen die Winkelteilbereiche Ω) mittels der n Facetten 64a–e sequentiell auf die Detektorvorrichtung 22 projizieren (hier in der Reihenfolge von rechts nach links: Winkelteilbereich 66d, dann Winkelteilbereich 66c).The choice of a translucent facet 64a E takes place in a particularly simple embodiment of the second means 82 by changing the position of the shutter 26 , in particular relative to the receiving optics 56 , The shift takes place in discrete steps, each of which has an angle subrange σ ( 66a -E). This is done by comparing the 6b with the 6a clear. Will the opening of the shutter 26 moves, the angular subareas σ ( 66a -E) (generally the angular subdomains Ω) by means of the n facets 64a -E sequentially on the detector device 22 project (here in the order from right to left: angular section 66d , then angle section 66c ).

Die Wahl der abbildenden Facette 64a–e, d.h. des zugehörigen Winkelteilbereichs σ (66a–e), ist mit der Richtung, unter der Laserstrahlung 30 mittels der Projektionsvorrichtung 20 ausgesendet wird, gekoppelt. Somit wird Lichttransmission aus Winkelteilbereichen σ (66a–e), aus denen keine rücklaufende Laserstrahlung 30‘ empfangen wird, während einer Messung ausgeblendet. In 6a sind beispielsweise die Winkelteilbereiche 66a, b, c und 66e ausgeblendet, während Winkelteilbereich 66d lichtdurchlässig ist. Folglich wird der Anteil von Hintergrundlicht, das bei einem Messvorgang zusammen mit zurückgestreuter oder reflektierter Laserstrahlung 30‘ auf die Detektorvorrichtung 22 projiziert wird, signifikant reduziert und somit die Dauer einer durchgeführten Messung reduziert und deren Qualität erhöht.The choice of the imaging facet 64a -E, ie the associated angular subrange σ ( 66a -E), is with the direction, under the laser radiation 30 by means of the projection device 20 is sent out, coupled. Thus, light transmission from angular sub-ranges σ ( 66a -E), from which no returning laser radiation 30 ' is received during a measurement hidden. In 6a are, for example, the angle sections 66a , b, c and 66e hidden while angular section area 66d is translucent. As a result, the amount of backlight that is used in a measurement process together with backscattered or reflected laser radiation 30 ' on the detector device 22 is projected, significantly reduced and thus reduces the duration of a measurement performed and increases their quality.

7 zeigt abschließend in perspektivischer Ansicht eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts 10 in Form eines handgehaltenen 2D-Laserentfernungsmessgeräts 10‘‘, das eine zweidimensionale Facettenoptik 90 aufweist, die Laserstrahlung 30‘ aus zwei Dimensionen abbilden kann. Die erfindungswesentlichen Komponenten unterscheiden sich lediglich dahingehend, dass die Projektionsvorrichtung und die Empfangsoptik 56 dazu vorgesehen sind, Laserstrahlung 30 in hinsichtlich zwei Dimensionen unterschiedliche Relativrichtungen auszusenden bzw. rücklaufende Laserstrahlung 30‘ aus zwei Dimensionen zu empfangen. Die Laserstrahlung 30 wird mittels einer alternativ ausgestalteten Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung einen Raumwinkelbereich A periodisch überstreichend ausgesendet. Mittels der zweidimensional ausgestalteten Facettenoptik 90 wird aus einem Raumwinkelbereich Г rücklaufendes Laserlicht zur Detektion auf eine Detektorvorrichtung abgebildet. Die einzelnen Facetten unterteilen den Raumwinkelbereich Г dabei in Raumwinkelteilbereiche Σ. 7 finally shows in perspective view an alternative embodiment of a laser range finding device according to the invention 10 in the form of a hand held 2D laser rangefinder 10 '' that has a two-dimensional faceted look 90 has, the laser radiation 30 ' can map from two dimensions. The essential components of the invention differ only in that the projection device and the receiving optics 56 are intended to laser radiation 30 emit in two dimensions different relative directions or return laser radiation 30 ' to receive from two dimensions. The laser radiation 30 is transmitted by means of an alternatively configured projection device of the transmitting device, a solid angle range A periodically sweeping. By means of the two-dimensional facet optics 90 is reflected from a solid angle range Г returning laser light for detection on a detector device. The individual facets divide the solid angle range Г into solid angle partial ranges Σ.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts 10 weist dieses eine nicht näher dargestellte Lageerfassungseinheit auf, die dazu vorgesehen ist, eine Ausrichtung des Laserentfernungsmessgeräts 10 und/oder der Projektionsvorrichtung 20 im Raum zu erfassen. Unter Verwendung der von der Lageerfassungseinheit ermittelten Daten in Verbindung mit einer feinmotorigen Stellvorrichtung kann das Laserentfernungsmessgerät 10 und/oder die Projektionsvorrichtung 20 während eines Messvorgangs besonders präzise und stabil ausgerichtet werden, sodass vorteilhaft ein Zittern der Hand des Bedieners gedämpft und/oder weitere Informationen zur Streckenbestimmung und/oder Ausrichtung bestimmt werden können. Unter einer Lageerfassungseinheit soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zumindest dazu vorgesehen ist, eine Aussichtung wenigstens des Laserentfernungsmessgeräts 10 und/oder der Projektionsvorrichtung 20 zumindest relativ zu der Schwerkraft zu erfassen. Vorzugsweise ist die Lageerfassungseinheit auch dazu vorgesehen, eine Beschleunigung in eine Raumrichtung und/oder eine Drehung um eine Achse zu ermitteln, die beispielsweise zur Ermittlung einer horizontalen Strecke parallel zu der Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist. Beispielsweise könnte dem Bediener eine senkrechte und/oder eine waagrechte Anordnung einer Messebene der Projektionsvorrichtung 20 ausgegeben werden.In an alternative or additional embodiment of the laser rangefinder 10 this has a non-illustrated position detection unit, which is intended to an orientation of the laser rangefinder 10 and / or the projection device 20 in the room. Using the data determined by the position detection unit in conjunction with a fine motor actuator, the laser range finder 10 and / or the projection device 20 be aligned particularly precise and stable during a measurement process, so advantageously a dithering of the hand of the operator can be damped and / or further information for distance determination and / or orientation can be determined. A position detection unit should in particular be understood to mean a unit which is at least provided with a view of at least the laser distance measuring device 10 and / or the projection device 20 at least relative to gravity. Preferably, the position detection unit is also provided to determine an acceleration in a spatial direction and / or a rotation about an axis, which is aligned for example for determining a horizontal distance parallel to the direction of gravity. For example, the operator could have a vertical and / or horizontal arrangement of a measuring plane of the projection device 20 be issued.

In 8 ist ein Verfahrensdiagramm dargestellt, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Distanz auf einer Oberfläche des Zielobjekts 34 mittels des Laserentfernungsmessgeräts 10 veranschaulicht. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt 100 Laserstrahlung 30 mittels der Projektionsvorrichtung 20 der Sendevorrichtung 28 einen Winkelbereich α (46) periodisch überstreichend auf das Zielobjekt 34 hin ausgesendet. Insbesondere sendet das Laserentfernungsmessgerät 10 bei Ausführung des Verfahrensschritts 100 die Laserstrahlung 30 den Winkelbereich α (46) derart schnell periodisch überstreichend aus, dass auf dem entfernten Objekt 34 eine projizierte Laserlinie 52 dargestellt wird.In 8th a process diagram is shown, which is an embodiment of the method according to the invention for determining a distance on a surface of the target object 34 by means of the laser rangefinder 10 illustrated. It is in a first step 100 laser radiation 30 by means of the projection device 20 the transmitting device 28 an angular range α ( 46 ) periodically sweeping over to the target object 34 sent out. In particular, the laser rangefinder transmits 10 upon execution of the process step 100 the laser radiation 30 the angular range α ( 46 ) periodically sweeping out so quickly that on the remote object 34 a projected laser line 52 is pictured.

Von dem Zielobjekt 34 rücklaufende Laserstrahlung 30‘ wird in einem zweiten Verfahrensschritt 102 mittels der Facettenoptik 62 auf die Detektorvorrichtung 22 projiziert. From the target object 34 returning laser radiation 30 ' is in a second process step 102 by means of the faceted optics 62 on the detector device 22 projected.

In einem dritten Verfahrensschritt 104 wird eine Entfernung in diejenige Relativrichtung 84a, 84b, 84c ermittelt, in die zu diesem Zeitpunkt Laserstrahlung 30 von dem Laserentfernungsmessgerät 10 ausgesendet wird. Ebenfalls wird in diesem Verfahrensschritt 104 der zugehörige Aussendewinkel 40 der Relativrichtung 84a, 84b, 84c, beispielsweise über den Auslenkwinkel der Projektionsvorrichtung 20, ermittelt. In a third process step 104 becomes a distance in that relative direction 84a . 84b . 84c determined in which at this time laser radiation 30 from the laser rangefinder 10 is sent out. Also in this process step 104 the associated transmission angle 40 the relative direction 84a . 84b . 84c , For example, about the deflection angle of the projection device 20 , determined.

In einem Verfahrensschritt 106 wird die Länge der Strecke auf dem entfernten Objekt 34, die periodisch von der Laserstrahlung 30 überstrichen wird, insbesondere die Länge der projizierten Laserlinie 52, unter Verwendung trigonometrischer Funktionen aus zumindest zwei in unterschiedliche Relativrichtungen 84a, 84b, 84c ermittelten Entfernungen sowie dem zwischen diesen zumindest zwei Relativrichtungen 84a, 84b, 84c eingeschlossenen Winkel (beispielsweise ermittelbar als Differenz der Aussendewinkel 40) ermittelt.In one process step 106 will be the length of the route on the distant object 34 that periodically from the laser radiation 30 is swept, in particular the length of the projected laser line 52 , using trigonometric functions of at least two in different relative directions 84a . 84b . 84c determined distances and between these at least two relative directions 84a . 84b . 84c included angle (for example, determined as the difference of the transmission angle 40 ).

Ferner kann in einem weiteren optionalen Verfahrensschritt 108 die Strecke auf dem Zielobjekt 34, die periodisch von der Laserstrahlung 30 überstrichen wird, insbesondere die projizierte Laserlinie 52, auf eine vorgebbare Länge geregelt oder gesteuert werden.Furthermore, in a further optional method step 108 the track on the target object 34 that periodically from the laser radiation 30 is swept over, in particular the projected laser line 52 , controlled or controlled to a specified length.

Der Ablauf des Verfahrens wiederholt sich, wie in 8 durch einen Pfeil dargestellt ist. The procedure is repeated as in 8th is shown by an arrow.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (18)

Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘), insbesondere handgehaltenes Laserentfernungsmessgerät (10‘, 10‘‘), mit zumindest einer Sendevorrichtung (28) zum Aussenden von Laserstrahlung (30), einer Empfangsoptik (56) zum Empfangen von von einem entfernten Objekt (34) rücklaufender Laserstrahlung (30‘) sowie mit zumindest einer Detektorvorrichtung (22) zum Detektieren von empfangener Laserstrahlung (30‘), wobei die Laserstrahlung (30) mittels einer Projektionsvorrichtung (20) der Sendevorrichtung (28) einen Winkelbereich α (46) periodisch überstreichend ausgesendet wird, sodass eine projizierte Laserlinie (52) auf dem entfernten Objekt (34) darstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik (56) eine Laserstrahlung (30‘) aus einem Winkelbereich γ (60) zur Detektion auf die Detektorvorrichtung (22) projizierende Facettenoptik (62) aufweist.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ), in particular handheld laser rangefinder ( 10 ' . 10 '' ), with at least one transmitting device ( 28 ) for emitting laser radiation ( 30 ), a receiving optics ( 56 ) for receiving from a remote object ( 34 ) returning laser radiation ( 30 ' ) as well as with at least one detector device ( 22 ) for detecting received laser radiation ( 30 ' ), whereby the laser radiation ( 30 ) by means of a projection device ( 20 ) of the transmitting device ( 28 ) an angular range α ( 46 ) is periodically scanned so that a projected laser line ( 52 ) on the remote object ( 34 ), characterized in that the receiving optics ( 56 ) a laser radiation ( 30 ' ) from an angular range γ ( 60 ) for detection on the detector device ( 22 ) projecting facet optics ( 62 ) having. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Facettenoptik (62) aus einer Mehrzahl von n Facetten (64a, 64b, 64c, 64d, 64e) in Form von fokussierenden optischen Linsen besteht, wobei die n Facetten (64a, 64b, 64c, 64d, 64e) den Winkelbereich γ (60) in der Anzahl n der Facetten (64a, 64b, 64c, 64d, 64e) entsprechende Winkelteilbereiche σ (66a–e) aufteilt und jede der n Facetten (64a, 64b, 64c, 64d, 64e) den zugehörigen Winkelteilbereich σ (66a–e) auf die Detektorvorrichtung (22) projiziert.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to claim 1, characterized in that the facet optics ( 62 ) of a plurality of n facets ( 64a . 64b . 64c . 64d . 64e ) in the form of focusing optical lenses, the n facets ( 64a . 64b . 64c . 64d . 64e ) the angular range γ ( 60 ) in the number n of facets ( 64a . 64b . 64c . 64d . 64e ) corresponding angular sections σ ( 66a -E) and each of the n facets ( 64a . 64b . 64c . 64d . 64e ) the associated angular range σ ( 66a -E) on the detector device ( 22 ) projected. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–2, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Facettenoptik (62) aus einer Mehrzahl sphärischer oder asphärischer optischer Linsen besteht.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to one of claims 1-2, in particular according to claim 2, characterized in that the faceted optics ( 62 ) consists of a plurality of spherical or aspheric optical lenses. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Facettenoptik (62) zwischen benachbarten Facetten (64a, 64b, 64c, 64d, 64e) erste Mittel (68, 68‘, 68‘‘) aufweist, die einem optischen Übersprechen von Licht zwischen Facetten (64a, 64b, 64c, 64d, 64e) entgegenwirken. Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to any one of claims 1-3, characterized in that the faceted optics ( 62 ) between neighboring facets ( 64a . 64b . 64c . 64d . 64e ) first means ( 68 . 68 ' . 68 '' ), which is an optical crosstalk of light between facets ( 64a . 64b . 64c . 64d . 64e ) counteract. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik (56) zweite Mittel (82, 26) aufweist, die erlauben, die Winkelteilbereiche σ (66a–e) über die n Facetten (64a, 64b, 64c, 64d, 64e) sequentiell auf die Detektorvorrichtung (22) zu projizieren.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to one of claims 1-4, characterized in that the receiving optics ( 56 ) second means ( 82 . 26 ), which allow the angular subareas σ ( 66a -E) over the n facets ( 64a . 64b . 64c . 64d . 64e ) sequentially on the detector device ( 22 ) to project. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik (56) dritte Mittel (70) aufweist, insbesondere einen Spektralfilter (70‘) aufweist, die erlauben, aus dem Winkelbereich γ (60) einfallende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu filtern.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to any one of claims 1-5, characterized in that the receiving optics ( 56 ) third means ( 70 ), in particular a spectral filter ( 70 ' ), which allow, from the angular range γ ( 60 ) to at least partially filter incident electromagnetic radiation. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Winkelbereich αmax (48‘), in dem die Laserstrahlung (30) mittels der Projektionsvorrichtung (20) der Sendevorrichtung (28) den Winkelbereich α (46) periodisch überstreichend aussendbar ist, zumindest 30 Grad beträgt, bevorzugt zumindest 60 Grad beträgt, besonders bevorzugt zumindest 90 Grad beträgt.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to any one of claims 1-6, characterized in that a maximum angular range α max ( 48 ' ), in which the laser radiation ( 30 ) by means of the projection device ( 20 ) of the transmitting device ( 28 ) the angular range α ( 46 ) is periodically swept, is at least 30 degrees, preferably at least 60 Degree is, more preferably at least 90 degrees. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich γ (60) größer oder gleich dem Winkelbereich αmax (48‘) ist.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to claim 7, characterized in that the angular range γ ( 60 ) greater than or equal to the angular range α max ( 48 ' ). Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Facettenoptik (62) einstückig realisiert ist, insbesondere als ein einstückiges Spritzgussbauteil oder Spritzprägebauteil realisiert ist.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to any one of claims 1-8, characterized in that the facet optics ( 62 ) is realized in one piece, in particular as a one-piece injection-molded component or injection-molded component is realized. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorvorrichtung (22) zumindest eine SPAD (58‘) aufweist, insbesondere ein SPAD-Array (58) aufweist.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to any one of claims 1-9, characterized in that the detector device ( 22 ) at least one SPAD ( 58 ' ), in particular a SPAD array ( 58 ) having. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierenden optischen Linsen der Facettenoptik (62) Laserstrahlung (30‘) derart auf ein SPAD-Array (58) der Detektorvorrichtung (22) projiziert, dass zumindest 2 × 2 SPADs (58‘) des SPAD-Arrays (58) beleuchtet werden. Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to claim 10, characterized in that the focusing optical lenses of the facet optics ( 62 ) Laser radiation ( 30 ' ) on a SPAD array ( 58 ) of the detector device ( 22 ) projects that at least 2 × 2 SPADs ( 58 ' ) of the SPAD array ( 58 ). Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsvorrichtung (20) der Sendevorrichtung (28) zumindest einen zumindest eindimensional auslenkbar gelagerten Spiegel (38‘) aufweist, unter dessen Verwendung Laserstrahlung (30) unter periodisch veränderbaren Relativrichtungen (84a, 84b, 84c) in dem Winkelbereich α (46) ausgesendet wird.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to any one of claims 1-11, characterized in that the projection device ( 20 ) of the transmitting device ( 28 ) at least one at least one-dimensionally deflectable mirror ( 38 ' ), with the use of laser radiation ( 30 ) under periodically variable relative directions ( 84a . 84b . 84c ) in the angular range α ( 46 ) is sent out. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–12, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativrichtung (84a, 84b, 84c), unter der Laserstrahlung (30) mittels der Projektionsvorrichtung (20) ausgesendet wird, mit dem Winkelteilbereich σ (66a–e), aus dem einfallende elektromagnetische Strahlung auf die Detektorvorrichtung (22) projiziert wird, gekoppelt ist.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to one of claims 1-12, in particular according to claim 5, characterized in that the relative direction ( 84a . 84b . 84c ), under the laser radiation ( 30 ) by means of the projection device ( 20 ) is emitted, with the angular range σ ( 66a -E), from the incident electromagnetic radiation on the detector device ( 22 ) is coupled. Laserentfernungsmessgerät (10, 10‘, 10‘‘) nach zumindest einem vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug.Laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to at least one of the preceding claims for use in a vehicle, in particular for use in a motor vehicle. Verfahren zur Bestimmung einer Distanz auf einer Oberfläche eines entfernten Objekts (34) mittels eines Laserentfernungsmessgeräts (10, 10‘, 10‘‘), insbesondere eines Laserentfernungsmessgeräts (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der Ansprüche 1–14, bei dem • Laserstrahlung (30) mittels einer Projektionsvorrichtung (20) einer Sendevorrichtung (28) einen Winkelbereich α (46) periodisch überstreichend auf das entfernte Objekt (34) hin ausgesendet wird, • von dem entfernten Objekt (34) rücklaufende Laserstrahlung (30‘) mittels einer Facettenoptik auf zumindest eine Detektorvorrichtung (22) projiziert wird, • wobei Entfernungen in verschiedene Relativrichtungen (84a, 84b, 84c) zwischen dem Laserentfernungsmessgerät (10) und dem entfernten Objekt (34) sowie Winkel zwischen den Relativrichtungen (84a, 84b, 84c) ermittelt werden und unter Verwendung trigonometrischer Funktionen aus zumindest zwei in unterschiedliche Relativrichtungen (84a, 84b, 84c) ermittelten Entfernungen sowie dem zwischen diesen zumindest zwei Relativrichtungen (84a, 84b, 84c) eingeschlossenen Winkel die Distanz auf der Oberfläche des entfernten Objekts (34) berechnet wird. Method for determining a distance on a surface of a remote object ( 34 ) by means of a laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ), in particular a laser rangefinder ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to one of claims 1-14, in which 30 ) by means of a projection device ( 20 ) a transmitting device ( 28 ) an angular range α ( 46 ) periodically sweeping over to the removed object ( 34 ), • from the remote object ( 34 ) returning laser radiation ( 30 ' ) by means of a faceted optical system on at least one detector device ( 22 ), where distances in different relative directions ( 84a . 84b . 84c ) between the laser rangefinder ( 10 ) and the remote object ( 34 ) and angles between the relative directions ( 84a . 84b . 84c ) and using trigonometric functions of at least two in different relative directions ( 84a . 84b . 84c ) determined distances and between these at least two relative directions ( 84a . 84b . 84c ) included angle the distance on the surface of the removed object ( 34 ) is calculated. Verfahren zur Bestimmung einer Distanz nach Anspruch 15, wobei die Laserstrahlung (30) den Winkelbereich α (46) derart periodisch überstreichend ausgesendet wird, dass auf dem entfernten Objekt (34) eine projizierte Laserlinie (52) dargestellt wird.Method for determining a distance according to claim 15, wherein the laser radiation ( 30 ) the angular range α ( 46 ) is emitted so periodically sweeping that on the remote object ( 34 ) a projected laser line ( 52 ) is pictured. Verfahren zur Bestimmung einer Distanz nach einem der Ansprüche 15–16, wobei eine Länge einer Strecke auf dem entfernten Objekt (34), die periodisch von der Laserstrahlung (30) überstrichen wird, insbesondere die Länge der projizierten Laserlinie (52), ermittelt wird.A method for determining a distance according to any one of claims 15-16, wherein a length of a distance on the remote object ( 34 ), which are periodically interrupted by the laser radiation ( 30 ), in particular the length of the projected laser line ( 52 ), is determined. Verfahren zur Bestimmung einer Distanz nach einem der Ansprüche 15–17, wobei die Projektionsvorrichtung (20) in einem Betriebszustand des Laserentfernungsmessgeräts (10, 10‘, 10‘‘) derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass eine Strecke auf dem entfernten Objekt (34), die periodisch von der Laserstrahlung (30) überstrichen wird, insbesondere die projizierte Laserlinie (52), eine vorgebbare Länge einnimmt.Method for determining a distance according to one of Claims 15-17, the projection device ( 20 ) in an operating state of the laser distance measuring device ( 10 . 10 ' . 10 '' ) is controlled and / or regulated such that a distance on the remote object ( 34 ), which are periodically interrupted by the laser radiation ( 30 ), in particular the projected laser line ( 52 ), takes a predetermined length.
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