Laserentfernungsmessgerat

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Laserentfernungsmessgerats, insbesondere zur Steuerung der Leistung einer ausgesendeten Laserstrahlung eines Laserentfernungsmessgerats, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Laserentfernungsmessgerat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Es sind bereits Laserentfernungsmessgeräte vorgeschlagen worden, bei denen Laserstrahlung mittels einer Projektionsvorrichtung einer Sendevorrichtung einen Winkelbereich periodisch überstreichend ausgesendet wird, beispielsweise in DE 10 2015 223 024 A1 . Ferner sind bereits Verfahren zur Steuerung der Leistung einer ausgesendeten Laserstrahlung von Lasergeräten, insbesondere von Rotationslasern, vorgeschlagen worden, beispielsweise in DE 10 2010 031 634 A1.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Laserentfernungsmessgerät, insbesondere einem handgehaltenen Laserentfernungsmessgerät, mit zumindest einer Sendevorrichtung zum Aussenden einer 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 gemäß einer zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) einen Winkelbereich a wiederholt überstreichend ausgesendet wird, sodass insbesondere eine projizierte Laserlinie auf dem entfernten Objekt darstellbar ist. Ein derartiges Laserentfernungsmessgerät dient insbesondere der Vermessung von Distanzen in unterschiedliche Relativrichtungen sowie der anschließenden Berechnung einer indirekt zu vermessenden Strecke auf dem entfernten Objekt, wie dies ausführlich in DE 10 2015 223 024 A1 beschrieben ist. Die projizierte Laserlinie kann dabei natürlich auch unterbrochen sein, beispielsweise als eine gepunktete Linie, und somit Linien-Muster oder Abweichungen von einer ununterbrochenen Linie darstellen.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts 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. Dazu beträgt die Gesamtmasse des Laserentfernungsmessgeräts insbesondere weniger als 500 g, bevorzugt weniger als 250 g. Ferner sind in einer 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 einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Laserentfernungsmessgerät auch als stationäre Vorrichtung realisiert sein und/oder als stationäre Vorrichtung verwendet werden. In einem Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Laserentfernungsmessgerät in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, verwendet. In einer derart gestalteten Ausführungsform kann das integrierte bzw. im Fahrzeug stationär vorgesehene Laserentfernungsmessgerät 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.

Die Sendevorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts zum Aussenden von Laserstrahlung weist zumindest eine Laserstrahlungsquelle auf, beispielsweise in Form eines Halbleiterlasers oder einer Laserdiode. Die Laserstrahlungsquelle ist dazu vorgesehen, zeitlich kontinuierlich modulierte Laserstrahlung in Richtung eines entfernten Objekts - im Folgenden auch synonym dazu: in Richtung eines Zielobjekts - auszusenden. Unter „kontinuierlich moduliert" ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die für die Entfernungsmessung verwendete hochfrequente HF-Modulationsperiode (typischerweise im

Nanosekundenbereich) sehr klein ist gegenüber der Periode der Winkeltrajektorie (typisch erweise einige hundert Mikro- bis einige zehn Millisekunden), sodass die durch die HF-Modulation bedingte Variation der instantanen Strahlungsemmission auf der Zeitskala der Variation der Winkeltrajektorie bezüglich der augensicherheitsrelevanten Strahlungsemission nicht limitierend wirkt. Unter diese Definition kontinuierlich modulierter Strahlung fallen insbesondere auch nicht rein periodische HF-Modulationen, die zur Entfernungsmessung verwendet werden können, z.B. Pulszugmuster. Insbesondere kann es sich bei der HF-Modulation um eine continuous-wave- Modulation (cw-Modulation) oder um eine quasi-continuous-wave-Modulation (qcw-Modulation) handeln. Mit anderen Worten, für augensicherheitsrelevante Abschätzungen kann die Laserleistung innerhalb eines Zeitintervalls, das klein gegenüber der Periode der Winkeltrajektorie aber gleichzeitig groß gegenüber der HF-Modulationsperiode ist, gemittelt und damit als konstant angesehen werden. 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. In dieser Ausführungsform 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.

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 Anwendungsund/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt oder dazu ausgelegt ist, die Funktion zu erfüllen.

Die Sendevorrichtung ist dazu vorgesehen, Laserstrahlung in unterschiedliche Richtungen, insbesondere in unterschiedliche Relativrichtungen bezogen auf das Laserentfernungsmessgerät und/oder bezogen auf eine Referenzrichtung, auszusenden. Die Sendevorrichtung ist dazu vorgesehen, Laserstrahlung gemäß einer zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) derart auszusenden, dass ein die Laserstrahlung repräsentierender Laserstrahl den Winkelbereich er wiederholt, insbesondere periodisch wiederholt, 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.

Das Laserstrahllenkmittel schwenkt den emittierten Laserstrahl kontinuierlich über einen insbesondere konstanten, insbesondere vorgebbaren, Winkelbereich er . 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 zu regeln. In einer Ausführungsform erlaubt die Projektionsvorrichtung, den Laserstrahl den Winkelbereich er wiederholt, insbesondere periodisch, überstreichend auszusenden, indem der Laserstrahl zwischen zwei Relativrichtungen, die den Winkelbereich er 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 er wiederholt, insbesondere periodisch, d.h. er wird wiederholt, insbesondere periodisch, ausgelenkt. Die wiederholte, insbesondere periodische, Überstreichung des Winkelbereichs er erfolgt insbesondere mit einer Frequenz größer als 20 Hz, vorzugsweise größer als 40 Hz, besonders bevorzugt größer als 60 Hz. Bei einer hohen 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 einer zu vermessenden Strecke entspricht (vgl. DE 10 2015 223 024 A1 ). Es sei nochmals erwähnt, dass die projizierte Laserlinie auch unterbrochen sein kann, beispielsweise als eine gepunktete Linie realisiert, und somit Linien-Muster oder Abweichungen von einer ununterbrochenen Linie umfassen kann.

Die Winkelfunktion ß(t) kennzeichnet die Funktion desjenigen Winkels über der

Zeit, den der Laserstrahl zeitabhängig überstreicht, wenn er in dem Winkelbereich er scannend, d.h. den Winkelbereich er wiederholt überstreichend, ausgesendet wird. Die Winkelfunktion ß(t) kann auch als Winkeltrajektorie bezeichnet werden. Die Ableitung der Winkelfunktion ß(t) nach der Zeit ergibt die zeitabhängige Winkelgeschwindigkeit ß(t) und kennzeichnet die Funktion derjenigen Winkelgeschwindigkeit über der Zeit, die der Laserstrahl zeitabhängig einnimmt, wenn er in dem Winkelbereich er scannend, d.h. den Winkelbereich er wiederholt überstreichend, ausgesendet wird.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts weist die Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung zumindest einen zumindest eindimensional auslenkbar gelagerten Spiegel auf, unter dessen Verwendung Laserstrahlung unter veränderbaren, insbesondere periodisch veränderbaren, Relativrichtungen in dem Winkelbereich er ausgesendet werden kann und im Betrieb ausgesendet wird. Insbesondere wird Laserstrahlung unter Verwendung des Spiegels gemäß einer zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) den Winkelbereich er wiederholt überstreichend ausgesendet.

Der zumindest eine Spiegel kann als ein Mikrospiegel realisiert sein. Ein Mikrospiegel weist insbesondere eine Spiegelfläche größer als 0.5 mm ² , vorteilhaft größer als 1 mm ² , besonders vorteilhaft größer als 2 mm ² , auf. Vorzugsweise ist die Spiegelfläche mittels eines elektrischen Signals, insbesondere über zumindest einen elektrostatischen oder elektromagnetischen 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.

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts beträgt ein maximaler Winkelbereich cr _max , in dem die Laserstrahlung mittels der Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung den Winkelbereich er wiederholt überstreichend ausgesendet wird, zumindest 30 Grad, bevorzugt zumindest 60 Grad, besonders bevorzugt zumindest 90 Grad. Die Projektionsvorrichtung ist dementsprechend dazu ausgelegt, den Laserstrahl in einem maximalen Winkelbereich cr _max 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.

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.

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 des Laserentfernungsmessgeräts weist die Detektorvorrichtung zumindest eine SPAD auf, bevorzugt ein SPAD-Array auf. 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.

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. 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 ε zu empfangen und auf die Detektorvorrichtung, insbesondere das Detektorelement, zu projizieren oder abzubilden. In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts ist die Empfangsoptik dazu vorgesehen, Licht und insbesondere Laserstrahlung aus mehreren, unterschiedlichen Winkelteilbereichen σ zu empfangen und auf die Detektorvorrichtung zu projizieren. In einer Ausführungsform weist die Empfangsoptik dazu eine Laserstrahlung aus einem Winkelbereich ε auf die Detektorvorrichtung projizierende Facettenoptik auf. In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts umfasst der Winkelbereich ε zumindest den Winkelbereich a bzw. schließt diesen ein.

Mittels der Empfangsoptik in Form der Facettenoptik lässt sich Licht und insbesondere Laserstrahlung aus einem weiten Winkelbereich ε auf die Detektorvorrichtung projizieren. Unter einer„Facettenoptik" ist insbesondere eine Empfangsoptik zu verstehen, die den Winkelbereich ε - 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. Insbesondere werden die Winkelteilbereiche σ mit je einer Facette der Facettenoptik auf die Detektorvorrichtung projiziert, bevorzugt abgebildet. Auf diese Weise kann mittels der Facettenoptik als Empfangsoptik von einem entfernten Objekt rücklaufende, d.h. insbesondere reflektierte und/oder gestreute, Laserstrahlung aus einem großen Winkelbereich ε auf die Detektorvorrichtung, insbesondere das Detektorelement, projiziert, bevorzugt abgebildet werden. 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. 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 ε in der Anzahl n der Facetten entsprechende Winkelteilbereiche σ aufteilt und jede der n Facetten den zugehörigen Winkelteilbereich σ auf die Detektorvorrichtung projiziert.

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. In einer Ausführungsform ist das Laserentfernungsmessgerät dazu vorgesehen, auf einer Ebene - im Folgenden auch Projektionsebene genannt - in dem Winkelbereich a eine bestimmte Anzahl von Distanzen mit unterschiedlichen Relativrichtungen, insbesondere zeitnah, zu bestimmen. Dazu erfasst das Laserentfernungsmessgerät, insbesondere dessen Projektionsvorrichtung und/oder dessen Steuervorrichtung, eine Ausrichtung der Relativrichtungen, insbesondere relativ zueinander und/oder 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.

Bei Lasergeräten, insbesondere Laserentfernungsmessgeräten der beschriebenen Art, die ohne Schutzmaßnahmen wie Schutzbrillen eingesetzt werden dürfen, ist die maximal erlaubte Leistung der von dem Lasergerät ausgesendeten Laserstrahlung durch die dem Lasergerät zu Grunde gelegte Laserschutzklasse begrenzt. Typischerweise ist die maximal erlaubte Leistung und somit die Laserschutzklasse derartiger Lasergeräte so gewählt, dass das menschliche Auge bei zufälligem Blick in den Laserstrahl geschützt ist. Unter anderem hängt die maximal erlaubte Leistung der ausgesendeten Laserstrahlung vom Betriebsmodus, in dem das Lasergerät, insbesondere das Laserentfernungsmessgerät, betrieben wird, ab.

Auf Grund des scannenden Betriebs, bei dem der ausgesendete Laserstrahl den Winkelbereich a überstreichend ausgesendet wird, überstreicht der Laserstrahl einen von einer Pupille eines menschlichen Auges definierten Winkelbereich Δβ in einem definierten Zeitintervall At . Das Zeitintervall At hängt dabei insbesondere von der Zeitabhängigkeit der Winkelfunktion ß(t) ab (ferner auch von der Entfernung des Beobachters, von dessen Pupillendurchmesser, von dessen Akkommodation etc).

In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts ist die zeitabhängige Winkelfunktion ß(t) durch eine trigonometrische Funktion, insbesondere eine Sinusfunktion oder eine Cosinusfunktion oder eine Überlagerung dieser Funktionen, oder durch eine beliebige periodische, insbesondere durch eine Fourierreihenentwicklung darstellbare, Funktion gegeben oder beschreibbar. Diese zeitabhängigen Winkelfunktionen oder Winkeltrajektorien bewirken jeweils eine erhöhte Verweildauer des emittierten Laserstrahls in den Bereichen der Umkehrpunkte des wiederholt überstrichenen Winkelbereichs er , da in diesen

Bereichen die Winkelgeschwindigkeit ß(t) zunächst reduziert und anschließend umgekehrt wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Wahl einer bestimmten zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) auf Grund der Eigenschaften der für den Scanner verwendeten elektronisch angesteuerten Projektionsvorrichtung - d.h. beispielsweise eines elektromagnetischen Aktors eines Mikrospiegels - notwendig und/oder vorteilhaft sein. So ist beispielsweise für einen elektromagnetisch angetriebenen Mikrospiegel eine Sinusfunktion als zeitabhängige Winkelfunktion ß(t) auf Grund dessen Schwingverhaltens geeignet. Diese zeitabhängige Winkelfunktion ß(t) kann beispielsweise wie folgt definiert sein: ß(t) = ß - sin(2n F - t - <p) + ß ₀ ,

mit der Wiederholrate F , der Auslenkamplitude ß , dem Auslenkoffset ß ₀ und der Phasenlage φ. In der Laserschutzvorschrift IEC 60825-1 Ed.3.0 werden Bedingungen für eine

Klassifizierung eines Lasergerätes festgelegt - d.h. einzuhaltende Bedingungen, damit ein Lasergerät ohne gesonderte Schutzmaßnahmen wie eine Schutzbrille verwendet werden darf. Insbesondere schreibt die Laserschutzvorschrift abhängig von einer verwendeten Wellenlänge und Einwirkungsdauer einen Grenzwert für auf die Netzhaut eines Beobachters einfallende optische Leistung von Laserstrahlung vor. Vor dem Hintergrund derartiger Rahmenbedingungen bzw. Grenzwerte erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, die Leistung der von dem Laserentfernungsmessgerät ausgesendeten Laserstrahlung besonders vorteilhaft zu steuern und somit besonders gut auszunutzen, ohne das Risiko einer Gefährdung von Personen, die sich in der Umgebung des

Laserentfernungsmessgeräts befinden, zu erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Laserentfernungsmessgeräts, insbesondere des handgehaltenen Laserentfernungsmessgeräts, geht aus von dem beschriebenen

Laserentfernungsmessgerät mit zumindest einer Sendevorrichtung zum Aussenden einer Laserstrahlung, einer Empfangsoptik zum Empfangen von von einem entfernten Objekt rücklaufender Laserstrahlung, sowie mit zumindest einer Detektorvorrichtung zum Detektieren von empfangener Laserstrahlung, bei dem · Laserstrahlung mittels einer Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung gemäß einer zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) einen Winkelbereich er wiederholt überstreichend auf ein entferntes Objekt hin ausgesendet wird, sodass insbesondere eine projizierte Laserlinie auf dem entfernten Objekt darstellbar ist,

· von dem entfernten Objekt rücklaufende Laserstrahlung mittels einer

Empfangsoptik auf zumindest eine Detektorvorrichtung projiziert wird. Erfindungsgemäß wird die Leistung der ausgesendeten Laserstrahlung unter Verwendung der Steuervorrichtung des Laserentfernungsmessgerats gemäß einer Leistungsregelungsfunktion p(t) in Abhängigkeit der zeitabhängigen

Winkelfunktion ß(t) gesteuert, wobei die Leistungsregelungsfunktion p(t) eine stetige, nichtlineare Funktion des Betrags der Ableitung der zeitabhängigen

Winkelfunktion ß(t) ist. Insbesondere unterscheidet sich die stetige, nichtlineare Funktion von der Betragsfunktion. Die Leistungsregelungsfunktion kann durch eine Formel beschrieben sein:

mit p als Leistungsskalierungsparameter, der inklusive Toleranzen so gewählt wird, dass die zugängliche Leistung der Laserstrahlung unter der für die Laserschutzklasse geforderten Grenze liegt. Folglich betrifft die Erfindung eine optimierte Wahl der Leistungsregelungsfunktion p(t) , indem die

Leistungsregelungsfunktion p(t) in stetiger, nichtlinearer Weise vom Betrag der zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) abhängig gewählt wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass der erfindungsgemäße Ansatz für beliebige Winkeltrajektorien anwendbar ist. Ferner sei darauf hingewiesen, dass unter der stetigen, nichtlinearen Funktion nicht bereits die Betragsfunktion zu verstehen ist.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Leistungsregelungsfunktion p(t) eine Potenzfunktion

des Betrags der Ableitung der zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) , wobei für den Exponenten gilt: γ ^ 1 . Die Wahl der Potenzfunktion eröffnet die Möglichkeit, ein

Verhältnis der maximal abgestrahlten Leistung und der minimal abgestrahlten Leistung zu beeinflussen, und auf diese Weise die abgestrahlte Laserleistung zu optimieren. Ferner kann insbesondere ein Verlauf, mit dem die Leistung der ausgesendeten Laserstrahlung von einem Minimalwert auf einen Maximalwert verändert wird (oder umgekehrt von einem Maximalwert auf einen Minimalwert verringert wird), vorteilhaft beeinflusst werden. Insbesondere für trigonometrische Winkeltrajektorien, d.h. trigonometrische zeitabhängige Winkelfunktionen ß(t) , beispielsweise eine sinusförmige zeitabhängige Winkelfunktionen ß(t) , kann auf diese Weise die integrale Abstrahlungsleistung der emittierten Laserstrahlung über der Trajektorie, d.h. gemittelt über den von dem emittierten Laserstrahl überstrichenen Winkelbereich er , bei gleichbleibender Laserschutzklasse erhöht werden.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird y > 1 gewählt. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird y < 1 gewählt. Insbesondere wird in einer Ausführungsform des Verfahrens γ = 0,25 gewählt. Insbesondere unter Verwendung von γ = 0,25 kann eine maximal zulässige optische Energie besonders gut ausgenutzt werden, welche die Netzhaut eines Beobachters in einem Zeitintervall At erreichen darf, das von der Winkelgeschwindigkeit ß(t) der den Winkelbereich er wiederholt überstreichend ausgesendeten Laserstrahlung definiert ist. Diese vorteilhafte Ausnutzung der optischen Energie gilt für sichtbare Laserstrahlung und für Zeitintervalle At in einem Bereich von 5 Mikrosekunden bis zu 10 Sekunden.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Ableitung (d.h. die Winkelgeschwindigkeit ß(t) ) der zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) aus einer gemessenen Winkelgeschwindigkeit des zumindest eindimensional auslenkbar gelagerten Spiegels der Projektionsvorrichtung der Sendevorrichtung ermittelt, unter dessen Verwendung die Laserstrahlung den Winkelbereich er wiederholt überstreichend auf das entfernte Objekt hin ausgesendet wird. Alternativ oder zusätzlich wird in einer Ausführungsform des Verfahrens die zeitabhängige Winkelfunktion ß(t) durch Ermittlung einer Auftreffposition rücklaufender

Laserstrahlung auf dem Detektorelement der Detektorvorrichtung, insbesondere auf dem SPAD-Array der Detektorvorrichtung, ermittelt. Alternativ oder wiederum zusätzlich wird in einer Ausführungsform des Verfahrens die Ableitung (d.h. die

Winkelgeschwindigkeit ß(t) ) der zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) durch

Ermittlung einer zeitabhängigen Änderung der Auftreffposition rücklaufender Laserstrahlung auf dem Detektorelement der Detektorvorrichtung, insbesondere auf dem SPAD-Array der Detektorvorrichtung, ermittelt.

Da das Laserentfernungsmessgerät über den Winkelbereich a scannend arbeitet, d.h. die Laserstrahlung mittels der Projektionsvorrichtung der

Sendevorrichtung den Winkelbereich a wiederholt überstreichend ausgesendet wird, wird zu jedem Zeitpunkt immer nur ein Laserpunkt des Gesichtsfeldes der Empfangsoptik, d.h. in dem Winkelbereich ε, beleuchtet. Dadurch kann vorteilhaft eine eindeutige Zuordnung zwischen Bildpunkt auf der Detektorvorrichtung und Laserpunkt auf dem Zielobjekt - beispielsweise bestimmt durch den

Auslenkwinkel der Projektionsvorrichtung - ermöglicht werden. Jede Facette der Empfangsoptik bildet den auf das Zielobjekt projizierten Laserpunkt über einen Winkelteilbereich σ auf das Detektorelement ab, wobei der auf das Detektorelement projizierte Lichtpunkt des rücklaufenden Laserstrahls in Abhängigkeit von der Richtung, in die die Laserstrahlung emittiert wird, über das

Detektorelement wandert. Unter Verwendung eines SPAD-Arrays kann in einer Ausführungsform die Auftreffposition des rücklaufenden Laserstrahls auf dem Detektorelement besonders genau, insbesondere durch Angabe von Pixelkoordinaten der Auftreff position, bestimmt werden. Aus dieser ermittelten Position - insbesondere auch aus der zeitabhängigen Änderung dieser Position

- kann anschließend die zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) - insbesondere die

Ableitung der zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) - bestimmt werden.

Erfindungsgemäß wird somit die Leistung der ausgesendeten Laserstrahlung unter Verwendung der Steuervorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts gemäß der Leistungsregelungsfunktion p(t) in Abhängigkeit der zeitabhängigen

Winkelfunktion ß(t) oder in Abhängigkeit der Ableitung der zeitabhängigen

Winkelfunktion ß(t) gesteuert, wobei die zeitabhängige Winkelfunktion ß(t) und/oder die Ableitung der zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) auf besonders einfache Weise direkt aus den Messergebnissen des

Laserentfernungsmessgeräts ermittelt werden. Folglich kann eine an den tatsächlich vorliegenden Auslenkwinkel der ausgesendeten Laserstrahlung instantan angepasste Ansteuerung und/oder Steuerung und/oder Regelung der Leistung der Laserstrahlung für jeden Wiederholvorgang während der den Winkelbereich a wiederholt überstreichend ausgesendeten Emission von Laserstrahlung realisiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die im Zusammenhang mit dem

Laserentfernungsmessgerat beschriebenen Merkmale gleichwohl auch auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragbar sind. Beispielsweise kann das Verfahren in einer Ausführungsform durch eine zeitabhängige Winkelfunktion ß(t) gekennzeichnet sein, die durch eine trigonometrische Funktion, insbesondere eine Sinusfunktion oder eine Cosinusfunktion, oder durch eine beliebige periodische, insbesondere durch eine Fourierreihenentwicklung darstellbare, Funktion gegeben ist.

Zeichnungen

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. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts in Form eines handgehaltenen 1 D-Linien-Laserentfernungsmessgeräts;

Figur 2 eine schematische Schnittansicht des handgehaltenen 1 D- Linien-Laserentfernungsmessgeräts aus Figur 1 ;

Figur 3 eine schematische Aufsicht auf das handgehaltene 1 D-Linien-

Laserentfernungsmessgerät aus Figur 1 , das sich in einem exemplarischen, zu vermessenden Umfeld befindet; Figur 4 eine 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; (c) eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines von rücklaufender Laserstrahlung beleuchteten SPAD-Arrays mit einer Mehrzahl von SPADs;

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Laserentfernungsmessgeräts; Figur 6 eine schematische Darstellung des physikalisch-mathematischen

Zusammenhangs des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 7a einen schematischen Verlauf einer erfindungsgemäßen

Leistungsregelungsfunktion für verschieden gewählte Werte von ;

Figur 7b einen schematischen Verlauf der zu den in Figur 7a dargestellten

Leistungsregelungsfunktionen gehörenden Strahlungsemission zu verschiedenen Werten von y .

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Laserentfernungsmessgeräts 10 in Form eines handgehaltenen 1 D-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 Figur 3 dargestellt, in der das 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 Figur 2 schematisch dargestellt.

Das Laserentfernungsmessgerät 10 weist wie in Figur 1 dargestellt ein Gehäuse 12, ein Display 14 sowie Betätigungselemente 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 in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators 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.

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. 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 Datenkommunikationsschnittstelle 24, dem Display 14 und Betätigungselementen 16, sowie weiteren, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Komponenten. Das handgehaltene Laserentfernungsmessgerät 10 ist dazu vorgesehen mit einer Hand von einem Bediener geführt zu werden. Die Gesamtmasse des Laserentfernungsmessgeräts beträgt weniger als 250 g und die Abmessung der längsten Seite beträgt weniger als 15 cm.

Das Laserentfernungsmessgerät 10 weist eine in Figur 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 Laserstrahlung, insbesondere continuous- wave-modulierter (cw-moduliert) Laserstrahlung. Zur Messung des Abstands des

Laserentfernungsmessgeräts 10 zu einem Zielobjekt 34 (vgl. Figur 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 Figur 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. 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 (vgl. Figur 3) - mit verschiedenen Aussendewinkeln 40 (vgl. Figur 3) bezogen auf das Laserentfernungsmessgerät 10 oder eine Referenzrichtung 42, von dem

Laserentfernungsmessgerät 10 emittiert werden kann (vgl. Figur 3). Das Laserstrahllenkmittel 38 ist in dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Mikrospiegel 38' realisiert. Der Mikrospiegel 38' weist eine Spiegelfläche von ca. 1 mm ² auf und ist in eindimensionaler Richtung auslenkbar gelagert, wie in der Figur 2 durch einen kleinen bidirektionalen Pfeil neben dem Mikrospiegel 38' angedeutet ist.

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 (vgl. Figur 3), unter dem die Laserstrahlung 30 aus dem Gehäuse 12 des Laserentfernungsmessgerats 10 emittiert wird, in 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 (vgl. Figur 3).

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. 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. Insbesondere wird der Winkel, unter dem die

Laserstrahlung 30 bezogen auf das Laserentfernungsmessgerät 10 oder eine Referenzrichtung 42 emittiert wird, gemäß einer zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) (Bezugszeichen 92, vgl. Figur 6) gesteuert und/oder geregelt. Dabei kennzeichnet die Winkelfunktion ß(t) (92) die Funktion desjenigen Winkels über der Zeit, die die Laserstrahlung 30 zeitabhängig überstreicht, wenn sie in einem

Winkelbereich er scannend, d.h. einen Winkelbereich er wiederholt überstreichend, ausgesendet wird.

Mittels der in Figur 2 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 er (vgl. Figur 3 Bezugszeichen 46) definieren und begrenzen, kontinuierlich hin- und hergeschwenkt wird. Unter Verwendung des Mikrospiegels 38' wird die Laserstrahlung 30 unter veränderbaren, insbesondere periodisch veränderbaren, Relativrichtungen in dem Winkelbereich er ausgesendet. Insbesondere wird die Laserstrahlung 30 unter Verwendung des Mikrospiegels 38' gemäß der zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) (92) den Winkelbereich er

(Bezugszeichen 46) wiederholt überstreichend ausgesendet. Wie in der Figur 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 er (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 Figur 3) der Laserstrahlung 30 definiert, die unter positiver und negativer Vollauslenkung des Mikrospiegels 38' emittiert werden.

Wird die Laserstrahlung 30, wie in Figur 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 Figur 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 er (46) wiederholt, insbesondere periodisch, insbesondere in einer periodischen und/oder zyklischen Hin- und Herbewegung zwischen zwei Endpunkten 54a, 54b der Bewegung. Die wiederholte Überstreichung des Winkelbereichs er (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.

Die von einer Oberfläche des Zielobjekts 34 reflektierte und/oder zurückgestreute Laserstrahlung 30' (vgl. Figur 4c) wird über eine Empfangsoptik 56 des Laserentfernungsmessgerats 10 auf ein Detektorelement 22' einer Detektorvorrichtung 22 abgebildet und dort detektiert. Die Detektorvorrichtung 22 samt Detektorelement 22' ist in Figur 2 dargestellt. Die Detektorvorrichtung 22 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein SPAD-Array 58 als Detektorelement 22' (vgl. insbesondere Figur 4c). Das SPAD-Array 58 weist eine in Richtung der Projektionsebene längliche (elongierte) Gestalt auf (hier nicht näher dargestellt). 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 500x50 lichtempfindliche SPADs 58' auf. Die Detektorvorrichtung 22 ist signaltechnisch mit der Steuervorrichtung 18 des Laserentfernungsmessgeräts 10 zur Weiterleitung von Detektionssignalen verbunden.

Aus einem zwischen der ausgesendeten Laserstrahlung 30 und der von der Oberfläche des Zielobjekts 34 rücklaufenden, d.h. reflektierten und/oder zurückgestreuten Laserstrahlung 30' (vgl. Figur 4c) 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 Datenkommunikationsschnittstelle 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 Datenkommunikationsschnittstelle 24 an ein weiteres Gerät, beispielsweise ein mobiles Datenverarbeitungsgerät wie ein Smartphone, ein Tablet, ein PC, ein Computer oder dergleichen, übermittelt werden.

Wie in den Figuren 1-3 dargestellt, weist das Laserentfernungsmessgerät 10 eine Empfangsoptik 56 auf, die zumindest eine Laserstrahlung 30' aus einem Winkelbereich ε (60) zur Detektion auf die Detektorvorrichtung 22 projizierende Facettenoptik 62 umfasst. Dabei schließt der Winkelbereich ε (60) der Empfangsoptik 56 den Winkelbereich a (46), in den Laserstrahlung 30 mittels der Projektionsvorrichtung 20 emittiert wird oder emittiert werden kann, vollständig ein. Mit anderen Worten, der Winkelbereich ε (60) umfasst den Winkelbereich cr _max (selbst nicht näher dargestellt), der den technisch maximal mit Laserstrahlung 30 überstreichbaren Winkelbereich a (46) von hier 60 Grad darstellt. Die Facettenoptik 62 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus fünf Facetten 64a,64b,64c,64d,64e (vgl. Figur 2; im Folgenden auch: 64a-e) in Form von fokussierenden Linsen. Jede Facette 64a-e bildet einen Winkelteilbereich σ (Bezugszeichen 66a-e) von 12° auf die Detektorvorrichtung 22 ab. Es sei angemerkt, dass die genannten Zahlenwerte wie 60 Grad, 12 Grad und dergleichen in diesem Ausführungsbeispiel lediglich exemplarisch gewählte Werte darstellen.

In dem Betriebsmodus, in dem das Laserentfernungsmessgerät 10 scannend arbeitet, d.h. die Laserstrahlung 30 mittels der Projektionsvorrichtung 20 der Sendevorrichtung 28 den Winkelbereich er (Bezugszeichen 46) wiederholt überstreichend ausgesendet wird (vgl. Figur 3), wird zu jedem Zeitpunkt stets nur ein Laserpunkt 48 des Gesichtsfeldes der Empfangsoptik 56 aus dem Winkelbereich ε (60) beleuchtet. Dabei befindet sich der Laserpunkt 48 typischerweise im Winkelteilbereich σ (66a-e) einer, insbesondere einer einzigen, Facette 64a-e.

Die grafische Darstellung der Figur 4b stellt die Abhängigkeit der Position 76 des auf das Zielobjekt 34 projizierten Laserpunkts 48 der emittierten Laserstrahlung 30 vom Aussendewinkel 40 der emittierten Laserstrahlung 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 Figur 4b ist in beliebigen Einheiten gegeben. Figur 4a 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 der emittierten Laserstrahlung 30 (optischer Aussendewinkel) in Projektionsebene - und somit auch wieder indirekt vom Schwenkwinkel des Mikrospiegels 38' (mechanischer Auslenkwinkel). Dabei bildet jede Facette 64a-e den auf das Zielobjekt 34 projizierten Laserpunkt 48 über einen Winkelteilbereich σ (66a-e, vgl. Figur 3) von zumindest 12 Grad auf das Detektorelement 22' ab. Der gesamte, auf das Detektorelement 22' abgebildete Winkelbereich ε (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. 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.

In Figur 4c ist anhand eines Ausschnitts des SPAD-Arrays 58 mit einer Mehrzahl von SPADs 58' schematisch dargestellt, wie 2x2 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 Figur 4c mit Bezugszeichen 88 gekennzeichnet.

Unter Verwendung des Laserentfernungsmessgeräts 10 ist es dem Bediener möglich, in verschiedenen Relativrichtungen 84a, 84b, 84c der Laserstrahlung 30 zeitnah, d.h. insbesondere innerhalb einer Sekunde, eine Vielzahl von Entfernungsmessungen in dem wiederholt überstrichenen Winkelbereich a (46) durchzuführen. Durch die 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.

In Figur 5 ist ein Verfahrensdiagramm dargestellt, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des Laserentfernungsmessgeräts veranschaulicht. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt 100 cw-modulierte Laserstrahlung 30 mittels der Projektionsvorrichtung 20 der Sendevorrichtung 28 gemäß einer zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) (92) einen Winkelbereich er

(46) wiederholt, insbesondere periodisch, überstreichend auf das Zielobjekt 34 hin ausgesendet. Insbesondere sendet das Laserentfernungsmessgerät 10 bei Ausführung des Verfahrensschritts 100 die Laserstrahlung 30 den Winkelbereich er (46) derart schnell periodisch überstreichend aus, dass auf dem entfernten Zielobjekt 34 eine visuell wahrnehmbare, projizierte Laserlinie 52 dargestellt wird. Von dem Zielobjekt 34 rücklaufende Laserstrahlung 30' wird in einem zweiten Verfahrensschritt 102 mittels der Facettenoptik 62 auf die Detektorvorrichtung 22 projiziert. In einem dritten Verfahrensschritt 104 wird die zeitabhängige Winkelfunktion ß(t) (92) ermittelt, beispielsweise aus dem Auslenkwinkel des Mikrospiegels 38'. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Winkelgeschwindigkeit ß(t) , d.h. die Ableitung der zeitabhängige Winkelfunktion ß(t) (92), aus einer instantan gemessenen Winkelgeschwindigkeit des

Mikrospiegels 38'der Projektionsvorrichtung 20 ermittelt werden. Anschließend wird in Verfahrensschritt 106 die zeitabhängige Leistungsregelungsfunktion p(t)

(Bezugszeichen 90, vgl. Figur 7a) als stetige, nichtlineare Funktion des Betrags der Ableitung der zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) (Bezugszeichen 92, vgl.

Figur 6) berechnet, wobei sich die nichtlineare Funktion von der Betragsfunktion unterscheidet. Die Leistungsregelun sfunktion 90 wird als Potenzfunktion

des Betrags der Ableitung der zeitabhängigen Winkelfunktion ß(t) (92) berechnet, wobei für den Exponenten gilt: γ = 0,25 . Die Berechnung wird von der Steuervorrichtung 18 durchgeführt. Abschließend wird die Leistung der ausgesendeten Laserstrahlung 30 unter Verwendung der Steuervorrichtung 18 des Laserentfernungsmessgeräts 10 gemäß der Leistungsregelungsfunktion p(t) (90) gesteuert, insbesondere geregelt. Durch Anpassung der ausgesendeten

Laserstrahlung 30 wird somit vorteilhaft eine Gefährdungssituation, in der eine Blendung von Personen durch die ausgesendete Laserstrahlung 30 eine Schädigung des Auges bewirken kann, vermieden - bei gleichzeitiger Erhöhung der Sendeleistung, insbesondere der über eine Spiegel-Periode gemittelten Sendeleistung. Der Ablauf des Verfahrens wiederholt sich, wie in Figur 5 durch einen Pfeil dargestellt ist.

In Figur 6 ist eine physikalisch-mathematische Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer Grafik anschaulich dargestellt. Die Grafik zeigt eine Laserstrah Itrajektorie ß(t) des während des scannenden

Betriebs des Laserentfernungsmessgeräts 10 ausgesendeten Laserstrahls 30 über der Zeit, d.h. die zeitabhängige Winkelfunktion ß(t) (92), am Beispiel einer Sinusfunktion

ß(t) = ß - sin(2n F - t - <p) + ß ₀ .

Der Grafik ist unmittelbar entnehmbar, dass in den Umkehrpunkten des Winkelbereichs er , d.h. in den Endpunkten 54a, 54b der Bewegung, in denen eine Richtungsumkehr des den Winkelbereich a (46) wiederholt überstreichend ausgesendeten Laserstrahls 30 erfolgt, die Winkelfunktion ß(t) (92) eine Steigung von Null annimmt. Dies ist gleichbedeutend mit einer verschwindenden

Winkelgeschwindigkeit ß(t) in den Endpunkten 54a, 54b. Zwischen diesen Endpunkten 54a, 54b der Bewegung ändert sich die Winkelfunktion ß(t) (92) mit unterschiedlicher Rate, d.h. die Ableitung der Winkelfunktion ß(t) variiert zeitabhängig.

Der scannend ausgesendete Laserstrahl 30 überstreicht einen von einer Pupille eines menschlichen Auges definierten Winkelbereich Δβ in einem definierten

Zeitintervall At _j . Das Zeitintervall At _j hängt dabei maßgeblich von der Zeitabhängigkeit der Winkelfunktion ß(t) (92) ab. Ein zulässiges Zeitintervall einer Blendung des menschlichen Auges variiert in Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit ß(t) mit

Die abgestrahlte Leistung der Laserstrahlung 30 in Abhängigkeit der Winkelfunktion ß(t) wird entsprechend gewählt zu:

P * (ß(t)) ^r ,

sodass mit der auf die Netzhaut fallenden Energie £ aus

E = _P . At = _ß . ₌ ^_ ₌ Δ _{β = ΔβΥ} . _Δ&Υ

ß β ¹ - ^γ ( Δβ ^ ^γ folgt: Für zwei Zeitintervalle At ₁ , At ₂ , die in Figur 6 exemplarisch hervorgehoben sind und in denen jeweils der gleiche Winkelbereich Δβ überstrichen wird, darf erfindungsgemäß im Zeitintervall At ₂ (Δ t ₂ /A t ₁ ) ^1'r -ma\ so viel Energie auf die Netzhaut eines Beobachters fallen wie im Zeitintervall At^ . In einer Ausführungsform des Verfahrens wird mit y = 0,25 dieses Verhältnis vorteilhaft zu (A t ₂ /A t ₁ ) ^3/4 gewählt.

Figur 7a zei t den Verlauf der Leistungsregelungsfunktion (90) gemäß Formel p(t) = p · für eine sinusförmige zeitabhängige Winkelfunktion

ß(t) = ß - sin(2n F - t - <p) + ß ₀ für verschieden gewählte Werte von γ mit y = 1 , Y = 0,5 und γ = 0,25 . Insbesondere für die Kurven mit γ < 1 können mittels der Potenzfunktion der Verlauf, mit dem die Leistung der ausgesendeten Laserstrahlung 30 von einem Minimalwert auf einen Maximalwert verändert wird (oder umgekehrt von einem Maximalwert auf einen Minimalwert verringert wird), vorteilhaft beeinflusst werden. Insbesondere kann die Fläche unter einer jeweiligen Kurve mit abnehmendem γ vorteilhaft erhöht werden und damit die abgestrahlte Energie (entspricht dem Flächeninhalt unter einer jeweiligen Kurve) erhöht werden.

Figur 7b zeigt die jeweils zu den in Figur 7a dargestellten Leistungsregelungsfunktionen (90) gehörende Strahlungsemission in Abhängigkeit vom Projektionswinkel ß zu den verschiedenen Werten von y mit γ = 1 , γ = 0,5 und γ = 0,25 . Ferner ist in Figur 7b ein beispielhafter, winkelabhängiger Grenzwert 94 (Kreise) dargestellt, der sich entsprechend der gewählten Winkelfunktion ß(t) als Sinusfunktion ergibt. In diesem Beispiel ist die Winkelgeschwindigkeit der sinusförmigen Trajektorie bei kleinem Projektionswinkel maximal (der Winkel-Nulldurchgang der Trajektorie wird gleichzeitig bei höchster Winkelgeschwindigkeit erreicht). Durch Wahl von γ < 1 kann die zugängliche Strahlungsemission, insbesondere auch bei großen Projektionswinkeln, auf einfache Weise erhöht werden, bis der Grenzwert 94 erreicht bzw. ausgeschöpft wird. Insbesondere für einen Wert von γ = 0,25 wird die Ausnutzung der Strahlungsemission in diesem Beispiel besonders vorteilhaft, ohne eine Erhöhung der durch die ausgesendete Laserstrahlung 30 bedingten Blendgefahr.