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Patent Searching and Data


Title:
OPTICAL BEAM SHAPING UNIT, DISTANCE MEASURING DEVICE AND LASER ILLUMINATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/007590
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an optical beam shaping unit (102, 108) for shaping a beam bundle (106). The optical beam shaping unit (102, 108) is characterised in that the optical beam shaping unit (102, 108) has at least one ball lens (102) for shaping the beam bundle (106), wherein the ball lens (102) allows a large portion of the light incident on the ball lens (102) to pass through, and wherein the optical beam shaping unit (102, 108) has at least one optical unit (108) which has a positive effective focal length and which is arranged in a beam path with the ball lens (102).

Inventors:
SCHALLER UWE (DE)
FRIESEL MARCO (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/067095
Publication Date:
January 11, 2018
Filing Date:
July 07, 2017
Export Citation:
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Assignee:
JENOPTIK ADVANCED SYS GMBH (DE)
International Classes:
G02B27/09; F21V5/00; G01B11/02; G02B27/20
Foreign References:
US20020018217A12002-02-14
US20030233029A12003-12-18
EP0767392A11997-04-09
DE202012012637U12013-07-23
US20080266862A12008-10-30
EP2363726A12011-09-07
EP0468302A21992-01-29
Attorney, Agent or Firm:
WALDAUF, Alexander (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Optische Stahlformungsein heit (102, 108) zum Formen eines Strahlenbündels (106), dadurch gekennzeichnet, dass die optische Stahlformungsein heit (102, 108) zumindest eine Kugellinse (102) zum Formen des Strahlenbündels (106) aufweist, wobei die Kugellinse (102) einen Hauptanteil von auf die Kugellinse (102) auftreffendem Licht passieren lässt und wobei die optische Stahlformungsein heit (102, 1 08) zumindest eine optische Ein heit (108) mit einer positiven effektiven Brennweite aufweist, die in einem Strahlengang mit der Kugellinse (1 02) angeordnet ist.

2. Optische Stahlformungsein heit (102, 108) gemäß Anspruch 1 , gekennzeichnet durch zumindest eine Lichtquelle (104) zum Erzeugen des Strahlenbündels (106), wobei die Kugellinse (102) ausgebildet ist, um das von der Lichtquelle (104) erzeugte

Strahlenbündel (106) in Richtung der optischen Einheit (108) abzubilden .

3. Optische Stahlformungsein heit (102, 108) gemäß Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die optische Einheit (108) als Sammellinse, als Spiegel und/oder als ein Linsensystem ausgebildet ist.

4. Optische Stahlformungsein heit (102, 108) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch

gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (104) ausgebildet ist, um einen Laserstrahl als das Strahlenbündel (106) auszusenden, insbesondere wobei die Lichtquelle (104) als Laserdiode ausgebildet ist.

5. Optische Strahlformungsein heit (102, 108) gemäß einem der vorangegangenen

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (104) in einem

Wellenlängenbereich Lambda_FJ das Strahlen bündel aussendet und die Kugellinse (102) in dem Wellenlängen bereich Lambda_FJ einen Hauptanteil von auf die Kugellinse (102) auftreffendem Licht passieren lässt.

6. Optische Strahlformungseinheit (102, 108) gemäß einem der vorangegangenen

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellinse (102) und/ oder die optische Einheit (108) in einer z-Richtung (z) verschiebbar ausgeführt sind.

7. Optische Strahlformungseinheit (102, 108) gemäß einem der vorangegangenen

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (104) in der z-Richtung (z) verschiebbar ausgeführt ist. Optische Stahlformungsein heit (102, 108) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung (1 1 6) zum Detektieren eines einfallenden Strahlenbündels (1 18) und/oder zumindest eine weitere

Kugellinse (1 14), wobei die weitere Kugellinse (1 14) ausgebildet ist, um das einfallende Strahlenbündel (1 18) auf die Detektoreinrichtung (1 1 6) zu lenken .

Optische Stahlformungsein heit (102, 108) gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch zumindest eine optische Zusatzeinheit (1 22) zum Lenken des einfallenden

Strahlenbündels (1 18) auf die weitere Kugellinse (1 14).

Entfernungsmessvorrichtung (100) mit einer optischen Strahlformungseinheit (102, 108) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7.

Laserbeleuchter mit einer optischen Strahlformungseinheit (102, 108) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7.

Description:
Optische Stahlformungseinheit, Entfernungsmessvorrichtung und Laserbeleuchter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Stah lformungseinheit, auf eine Entfernungsmessvorrichtung sowie auf einen Laserbeleuchter.

Aus der Druckschrift EP 0 468 302 A2 ist ein Entfern ungsmessgerät bekannt. Bei diesem Entfernungsmessgerät handelt es sich um ein interferometrisch arbeitendes Gerät, wobei die Kugellinse als Resonator (Vielfachreflexionen bzw. Stehwellen im Inneren der Kugel) fungiert. Dieser würde nicht gut fun ktionieren, d. h ., es würde sich kein h inreichend ausgeprägtes Interferenzmuster ausbilden (welches das dort beschriebene Gerät zur Funktion benötigt), wenn die dort verwendete Kugellinse (im maßgeblichen

Wellenlängenbereich) hochtransmittierend wäre.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte optische Stahlformungsein heit gemäß dem Hauptanspruch . Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird eine optische Stahlformungseinheit zum Formen eines Strahlenbündels vorgestellt. Die optische Stahlformungseinheit weist zumindest eine Kugellinse zum Formen des Strahlenbündels auf, wobei die Kugellinse einen Hauptanteil von auf die Kugellinse auftreffendem Licht passieren lässt und wobei die optische Stahlformungseinheit zumindest eine optische Einheit mit einer positiven effektiven Brennweite aufweist, die in einem Strahlengang mit der Kugellinse angeordnet ist.

Unter einer optischen Stahlformungsein heit kann eine Vorrichtung zur optischen Ablenkung oder Brechung eines Strahlenbündels verstanden werden . Unter einer Kugellinse kann eine im Wesentlichen kugelförmige Linse verstanden werden . Die Kugellinse kann ausgebildet sein, um das Strahlenbündel von einer Objektebene auf eine Bildebene abzubilden .

Beispielsweise kann die Kugellinse aus Glas oder einem transparenten Kunststoff gefertigt sein . Insbesondere kann die Kugellinse etwa aus einem Saphirmaterial mit hohem

Brech ungsindex gefertigt sein . Bei der Kugellinse kann es sich beispielsweise um ein Massenprodukt für die Faserkopplung handeln, wie es etwa für Linsenstecker zur

Verbindung von Lichtwellenleitern verwendet wird. Die Kugellinse kann beispielsweise Teil eines Laserdioden-Kollimators der optischen Stahlformungseinheit sein . Die Kugellinse soll den Hauptteil, d. h . mindestens die Hälfte des auf die Kugellinse auftreffenden Lichts passieren lassen, also für diesen Teil des Lichts transparent bzw. transmittierend sein . Bevorzugt ist die Kugellinse für mindestens Dreiviertel des auf die Kugellinse auftreffenden Lichts transparent, speziell sollte die Kugellinse für mindestens achtzig Prozent oder noch günstiger für zumindest neunzig Prozent des auf die Kugellinse eintreffenden Lichts transparent bzw. durchlässig sein. Bei der optischen Einheit kann es sich um eine Einheit mit einer positiven effektiven Brennweite handeln. Beispielsweise kann die optische Einheit zum Kollimieren des Strahlenbündels ausgebildet sein und/oder es kann sich bei der optischen Einheit beispielsweise um eine Linse, ein Linsensystem oder einen Spiegel handeln. Das Design der Linse ist so ausgelegt (Schichtdesign) den physikalisch maximal möglichen Anteil des Lichts zu transmittieren (Grenzen sind die Fresnelschen Verluste).

Der hier beschriebene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch Verwendung einer Kugeloptik zur Formung eines Strahlenbündels innerhalb einer optischen

Stahlformungseinheit eine Baulänge der optischen Stahlformungseinheit minimiert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht in der einfachen Variabilität von Baulänge und Brennweite sowie in einer vereinfachten Justage. Dadurch, dass auf teure Linsen mit entsprechend teurer Fassung und Montage verzichtet werden kann und auf einfache Fassungstechnik wie etwa Gratfassen zurückgegriffen werden kann, können zudem die Herstellungskosten der optischen Stahlformungseinheit deutlich reduziert werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die optische Stahlformungseinheit zumindest eine Lichtquelle zum Erzeugen des Strahlenbündels. Die Kugellinse kann ausgebildet sein, um das von der Lichtquelle erzeugte Strahlenbündel auf das optische Element abzubilden. Unter einer Lichtquelle kann beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode verstanden werden. Hierbei kann die Kugellinse in einem Strahlengang des Strahlenbündels zwischen der optischen Einheit und der Lichtquelle angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Abstand zwischen der Kugellinse und der Lichtquelle oder auch ein Abstand zwischen der Kugellinse und der optischen Einheit variierbar sein. Durch diese Ausführungsform kann beispielsweise bei einer in einer Entfernungsmessvorrichtung verbauten optischen

Strahlformungseinheit die resultierende Brennweite der Anordnung variiert werden, wodurch eine Veränderung der Divergenz eines Sende- oder Empfangskanals bewirkt wird. Die Performance (wie z.B. die Reichweite) der Entfernungsmessvorrichtung kann so verbessert werden. . Die Kugellinse bildet die Quelle (Laserdiode oder APD, ...) in eine Zwischenbildebene ab, welche die Fokalebene des optischen Elements darstellt. Die verbesserte Reichweite hängt dabei neben weiteren Faktoren im Wesentlichen von der Divergenz des Laserstrahls ab, die durch Abstandsvariation beeinflusst wird. Hierbei kann die optische Einheit als Sammellinse, Spiegel und/oder Linsensystem ausgebildet sein. Insbesondere kann die optische Einheit beispielsweise als plankonvexe Sammellinse ausgebildet sein. Eine solche optische Einheit kann besonders kostengünstig bereitgestellt werden. Die plankonvexe Linse ist üblicherweise eine asphärische Linse, welche teuer ist. Gemäß einer besonderen Ausführungsform zur Verwendung hier wird sie aber blank gepresst und ist dadurch kostengünstig.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle ausgebildet sein, um einen Laserstrahl als das Strahlenbündel auszusenden. Insbesondere kann die Lichtquelle als Laserdiode ausgebildet sein. Je nach Ausführungsform kann die optische

Stahlformungseinheit eine Laserdiode aufweisen. Dabei können Singlestacks, gestackte Einzelbarren oder Nanostack-Laserdioden verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle in einem Wellenlängenbereich Lambda_FJ das Strahlenbündel aussenden und die Kugellinse lässt in dem

Wellenlängenbereich Lambda_FJ, bevorzugt ausschließlich in dem Wellenlängenbereich Lambda_FJ, einen Hauptanteil von auf die Kugellinse auftreffendem Licht passieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Kugellinse und/ oder die optische Einheit in einer z-Richtung z verschiebbar ausgeführt sind. Beispielsweise kann die Kugellinse in einer ersten Fassung gehaltert sein. Beispielsweise kann die optische Einheit in einer zweiten Fassung gehaltert sein. Sowohl die Baugruppe aus Kugellinse und erster Fassung sowie die Baugruppe aus optischer Einheit und zweiter Fassung können verschiebbar ausgeführt sein. Mit dieser Ausführungsform kann eine Divergenz des Strahlenbündels nach der optischen Einheit eingestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle in der z-Richtung z verschiebbar ausgeführt sein. Mit einer derartigen Ausführungsform kann bei Lichtquellen mit einer astigmatischen Abstrahlcharakteristik ein vordefinierter Strahlquerschnitt erzeugt werden.

Die optische Stahlformungseinheit kann auch eine Detektoreinrichtung zum Detektieren eines einfallenden Strahlenbündels aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die optische Stahlformungseinheit zumindest eine weitere Kugellinse aufweisen. Hierbei kann die weitere Kugellinse ausgebildet sein, um das einfallende Strahlenbündel auf die

Detektoreinrichtung zu lenken. Bei dem einfallenden Strahlenbündel kann es sich beispielsweise insofern um das von der Lichtquelle ausgesandte Strahlenbündel handeln, als dieser durch Reflexion an einem entfernten Objekt zur optischen Stahlformungsein heit zurückgelenkt wird. Unter einer Detektoreinrichtung kann ein lichtempfindliches

Bauelement verstanden werden, etwa in Form einer Kamera, einer Fotodiode oder einer CCD-Zeile. Beispielsweise können die Lichtquelle, die Kugellinse und das optische System mit positivem EFL (effective focal length) einen Sendekanal der optischen

Stahlformungsein heit repräsentieren, während die Detektoreinrichtung und die weitere Kugellinse und das optische System mit positivem EFL einen Empfangskanal der optischen Stahlformungsein heit repräsentieren können . Je nach Ausführungsform kann es sich bei dem Sendekanal und dem Empfangskanal um räumlich getrennte Kanäle oder um ein und denselben Kanal handeln . Im letzteren Fall kann die Kugellinse dazu dienen, um sowoh l das einfallende Strahlenbündel auf die Detektorrichtung zu lenken als auch, in umgekehrter Richtung, den von der Lichtquelle erzeugten Strahlenbündel auf das optische Element zu lenken . Durch diese Ausführungsform wird eine beim Verbau der optischen

Strahlformungseinheit in einer Entfern ungsmessvorrichtung eine Entfernungsmessung mittels z.B. Laufzeitmessung oder Phasenlagemessung ermöglicht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die optische Stah lformungseinheit zumindest eine optische Zusatzeinheit zum Lenken des einfallenden Strahlenbündels auf die weitere Kugellinse aufweisen . Bei der optischen Zusatzeinheit kann es sich beispielsweise um eine Linse, ein Linsensystem oder einen Spiegel handeln . Die optische Zusatzeinheit kann ausgebildet sein, um das einfallende Strahlenbündel auf die Objektebene oder Bildebene der Kugellinse zu fokussieren . Durch diese Ausführungsform kann das einfallende

Strahlenbündel gezielt auf die Objektebene oder Bildebene der weiteren Kugellinse abgebildet werden .

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der eine Entfernungsmessvorrichtung oder ein Laserbeleuchter (wie beispielsweise ein Laserpointer zur Unterstützung einer von einem Vortragenden auf eine Leinwand abgebildeten

Darstellung oder ein Target-Designator) mit einer optischen Strahlformungseinheit gemäß einer hier vorgestellten Variante vorgesehen ist. Beispielsweise kann die

Entfernungsmessvorrichtung oder der Laserbeleuchter einen Halbleiter-Lasersender oder die Entfernungsmessvorrichtung einen Halbleiter-Laserempfänger bein halten .

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Figur 2 eine schematische Darstellung einer optischen Strahlformungseinheit gemäß

einem Ausführungsbeispiel; und

Figur 3 eine schematische Darstellung einer optischen Strahlformungseinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und

Figur 4 eine schematische Darstellung einer Abstrahlcharakteristik einer

erfindungsgemäßen Lichtquelle; und

Figur 5 eine schematische Darstellung einer optischen Strahlformungseinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Entfernungsmessvorrichtung 100 mit einer optischen Strahlformungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die

Entfernungsmessvorrichtung 100 umfasst eine Kugellinse 102, die ausgebildet ist, um ein von einer Lichtquelle 104 ausgesandtes Strahlenbündel 106, h ier einen Laserstrahl, zu formen . Das Strahlenbündel 106 ist in Figur 1 schematisch als Pfeil angedeutet. In

Wirklich keit handelt es sich bei dem Strahlenbündel 106 um ein Strahlenbündel aus einer Mehrzah l von Teilstrahlenbündeln .

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Kugellinse 1 02 zwischen der Lichtquelle 104 und einer optischen Einheit 108, etwa einer Sammellinse, angeordnet. Hierbei bildet die Kugellinse 102 das Strahlenbündel 106 in geeigneter Weise auf der Objektebene oder Bildebene der optischen Einheit 108 a b. Die optische Einheit 108 ist ausgebildet, um das von der Kugellinse 102 abgebildete Strah len bündel 106 zu kollimieren .

Die Kugellinse 102 weist je nach Ausführungsbeispiel einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 8 mm auf.

Die Lichtquelle 104, die Kugellinse 102 und die optische Einheit 1 08 bilden einen

Sendekanal 1 10 der Entfernungsmessvorrichtung 100. Zusätzlich zum Sendekanal 1 10 weist die Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einen Empfangskanal 1 12 auf, der eine weitere Kugellinse 1 14 und eine

Detektoreinrichtung 1 1 6 umfasst. Die weitere Kugellinse 1 14 und die weitere optische Einheit 122 sind ausgebildet, um ein in den Sendekanal 1 10 reflektiertes

Strahlenbündel 1 18, hier ebenfalls als Pfeil angedeutet, auf die Detektoreinrichtung 1 1 6 zum Detektieren des einfallenden Strahlenbündels 1 18 zu fokussieren . Als Ergebnis der Detektion gibt die Detektoreinrichtung 1 1 6 ein Detektorsignal 120 aus.

Zusätzlich ist in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der weiteren Kugellinse 1 14 eine optische Zusatzeinheit 122, etwa in Form einer weiteren Sammellinse, vorgeschaltet. Die optische Zusatzeinheit 122 ist ausgebildet, um das einfallende Strahlenbündel 1 18 in geeigneter Weise auf die Objektebene oder Bildebene der Kugellinse 1 14 zu lenken .

Wie in Figur 1 zu erkennen, sind der Sendekanal 1 10 und der Empfangskanal 1 12 benachbart zueinander angeordnet. Ferner verlaufen die beiden Kanäle 1 10, 1 12 hier im Wesentlichen parallel zueinander. Dadurch kann die Bauform der

Entfernungsmessvorrichtung 100 möglichst kompakt gehalten werden .

Die Lichtquelle 104 und die Detektoreinrichtung 1 1 6 sind gemäß einem

Ausführungsbeispiel je mit einer Vorrichtung 124 verbunden . Die Vorrichtung 124 umfasst eine Ein leseein heit 126 zum Einlesen des Detektorsignals 120. Die Einleseeinheit 126 leitet das Detektorsignal 120 weiter an eine Ermittlungseinheit 128 zum Ermitteln eines die Entfernung repräsentierenden Messwerts 130 unter Verwendung des Detektorsignals 120.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 124 eine optionale

Steuereinheit 132 zum Ansteuern der Lichtquelle 104 mittels eines entsprechenden Ansteuersignais 134. Beispielsweise leitet die Steuerein heit 1 32 das Ansteuersignal 134 zusätzlich an die Ermittlungsein heit 128 weiter, wobei die Ermittlungseinheit 128 ausgebildet ist, um den Messwert 130 ferner unter Verwendung des Ansteuersignais 134 zu ermitteln .

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Strah lengangs in einer optischen

Stahlformungsein heit gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa einer vorangehend an hand von Figur 1 beschriebenen Entfern ungsmessvorrichtung 100. Die optische

Strahlformungsein heit weist die Kugellinse 102 und die optische Einheit 108 auf, die hier als asphärische plan konvexe Linse ausgestaltet ist. Im Unterschied zu Figur 1 ist das Strahlenbündel 106 hier als Strahlenbündel mit dem Aperturstrahl 200 und dem Feldstrahl 210 dargestellt. Ein Objekt y in der Objektebene 220 wird durch die Kugellinse 102 auf die Bildebene 240 der Kugellinse 102 abgebildet, wobei eine Bildhöhe y' in dieser Bildebene 240 der Kugellinse 102 resultiert. Die Feldstrahlen 210 weisen hierbei eine Divergenz Θ zwischen dem Sender und dem Empfänger auf. Die Feldstrahlen beginnen an den

Randpunkten des Objektes (d.h. hier der Laserdiode) und bilden die Randstrahlen der Divergenz nach der Kollimation.

Zusammenfassend lässt sich anmerken, dass gemäß dem hier vorgestellten Ansatz erste optische System als transparente, hoch-transmittierende Kugel ausgeführt ist. Durch das Einstellen des Objektabstandes (d. h. der Objektebene der Quelle zu Hauptebene der Kugellinse) ergibt sich nach der nachfolgend noch weiter beschriebenen

Abbildungsgleichung ein bestimmter Bildabstand (Hauptebene der Kugellinse - Bildebene der Quelle) und damit ein definierter und in großen Grenzen variierbarer

Abbildungsmaßstab. Dies bedeutet, die Bildgröße der Strahlungsquelle oder

Empfangsfläche kann verkleinert oder vergrößert werden. Bei gleicher Brennweite (EFL) des zweiten optischen Systems (hier einer asphärischen Einzellinse) resultiert daraus eine unterschiedliche Divergenz der Laserstrahlung bzw. des Empfangsstrahlenbündels.

Gstrahi = y'/f 2 ' = Bildgröße des ersten optischen Systems / EFL des zweiten optischen Systems; wobei die Brennweite ' in der Fig.2 dem Abstand zwischen der Hauptebene der Linse 108 und der Ebene 240 entspricht.

Wenn also der Abbildungsmaßstab ß' = y'/y = Bildgröße nach Abbildung durch das erste optische System / Objektgröße der Quelle kleiner als 1 ist, wird ein verkleinertes reelles Bild der Quelle erzeugt und bei gleicher Brennweite ' eine kleinere resultierende Divergenz entstehen.

Soll die Baulänge der gesamten optischen Strahlformungseinheit (TOTR) kurz sein, sollte das erste optische System eine extrem kurze Brennweite aufweisen. Hierfür eignet sich die Kugel, die es standardmäßig mit Durchmessern im Bereich 0,5 mm bis 8 mm gibt, ideal. Dabei sind vor allem die Durchmesser von 0,5 mm bis 2 mm interessant (Brennweiten bei Saphirmaterial von 0,3 mm bis 1,2 mm).

Aufgrund der sehr kurzen Objektschnittweiten (Objektebene-Hauptebene des ersten optischen Systems) und der kleinen Abstrahlaperturen der Laserquelle wird die optische wirksame Fläche auf der Kugel auf einen achsnahen Bereich beschränkt. Nur hierdurch bleiben die Abbildungsfehler der Kugel gering. Die verbleibenden Abbildungsfehler vor allem Öffnungsfehler) werden durch die asphärische Form des zweiten optischen Systems korrigiert, wie es in dem Ausführungsbeispiel beschrieben ist.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlengangs in einer optischen

Stahlformungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa einer vorangehend anhand von Figur 1 beschriebenen Entfernungsmessvorrichtung 100. Die optische

Strahlformungseinheit weist die Kugellinse 102 und die optische Einheit 108 auf, die hier als asphärische plankonvexe Linse ausgestaltet ist.

In der Regel soll bei Entfernungsmessvorrichtungen eine möglichst kleine Divergenz der Laserstrahlung aus einer definierten Abstrahlfläche AF einer Lichtquelle 104 erreicht werden, d.h., dass durch die Kugellinse 102 ein verkleinertes Bild der Abstrahlfläche in der Zwischenbildebene ZBE K ugei der Anordnung erzeugt werden muss. Im Ausführungsbeispiel ist die Kugellinse 102 in einer in z-Richtung verschiebbaren Fassung 102a gehaltert.

Verschiebt man diese Baugruppe in z-Richtung, d.h. verändert man den Abstand Z L D, ändert sich der Abstand der Abstrahlfläche AF zur Hauptebene HHVugei der Kugellinse 102. Dabei ändert sich auch die Lage des Zwischenbildes ZBE K ugei nach der bekannten Relation D= 2 Kugel / ZLD (paraxiale Abbildungsgleichung). Die in einerweiteren Fassung 108a montierte und als Kollimator ausgebildete optische Einheit 108 ist ebenfalls in z-Richtung verschiebbar und wird so verschoben, dass die Fokalebene F Ko ni des Kollimators 108 wieder mit der Zwischenbildebene ZBE K ugei der Kugellinse 102 zusammenfällt. Damit ist eine saubere Kollimation des aus der Abstrahlfläche AF austretenden Strahlenbündels gewährleistet. Es entsteht eine, dem Zwischenbild proportionale Laserdivergenz nach der Formel: tan@= y L D/f KOIN.

Geht man z.B. von einer 1 : 1 Abbildung der Austrittsfläche AF in die ZBE K ugei aus und wählt eine Kugellinse 102 von 1 mm Durchmesser, so ergibt eine Verschiebung der Kugellinse 102 in z-Richtung von 1 mm, eine Halbierung der Laserausgangsdivergenz. Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlengangs in einer optischen

Stahlformungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa einer vorangehend anhand von Figur 1 beschriebenen Entfernungsmessvorrichtung 100. Die optische

Strahlformungseinheit weist die Kugellinse 102 und die optische Einheit 108 auf, die hier als asphärische plankonvexe Linse ausgestaltet ist.

Dieses weitere Ausführungsbeispiel soll zeigen, wie durch die beschriebene Anordnung die Relation von meridionaler und sagittaler Ausdehnung des Laserstrahles im Fernfeld variiert werden kann.

Halbleiterlaserdioden haben auf Grund ihrer Struktur eine Laseraustrittsöffnung in der slow axis-Richtung (SA) 80 μιτι bis circa 200 μιτι und der fast axis-Richtung (FA) 1 μιτι bis circa 10 μιτι. Die in der Lasermesstechnik angewendeten Halbleiterlaserdioden besitzen eine stark astigmatische Abstrahlcharakteristik. Typische Abstrahlwinkel sind dabei in der SA 6° bis 15 ° und in der FA 20° bis 25°. Figur 4 zeigt qualitativ eine solche Abstrahlcharakteristik. In der Figur ist deutlich zu sehen, wie sich die Relation So/M 0) ...S4 M4 in Abhängigkeit von der z- Position (Z 0 , Z 4 ) stetig ändert.

Bei der Anwendung derartiger Halbleiterlaserdioden in Laserentfernungsmessvorrichtungen oder Laserbeleuchtern ist man bestrebt, einen möglichst quadratischen (Zi), zumindest aber einen vordefinierten Strahlquerschnitt (Z 2 , ....Z 4 )zu erzeugen.

Eine Anordnung zur Erzeugung eines vordefinierten Strahlquerschnittes zeigt Fig.5.

Die optische Anordnung, beispielsweise eine Entfernungsmessvorrichtung, ist identisch der in Fig.1 gezeigten Grundanordnung. In diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 ist jedoch die als Lichtquelle 104 ausgebildete Laserdiode in z-Richtung verschiebbar angeordnet, wobei die Lage der Kugellinse 102 zum Kollimator 108 nicht veränderbar ist und die Zwischenbildebene der Kugellinse ZBE K ugei mit der Fokalebene F k0 iii des Kollimators 108 zusammenfallen.

Durch die Verschiebung der Laserdiode 104 in z-Richtung kommen stets andere

Strahlquerschnitte der Laserapertur ( S1-M1 S 4 -M 4 ) aus Fig.4 in die Objektebene

OE K ugei der Kugellinse 102. Es entstehen in der Bildebene der Kugellinse ZBE K ugei in meridionaler und sagittaler Richtung proportionale Zwischenbilder. Diese werden vom Kollimator 108 ins Fernfeld abgebildet (kollimiert). Es entstehen in Abhängigkeit von der z- Lage (Zi . . . Z 4 in Fig.4) daher Laserstrahlquerschnitte mit unterschiedlichem meridionalem und sagittalem Ausdehnungsverhältnis. Wird beispielsweise die Laserdiode 104 so verschoben, dass die z-Position Zi in Fig . 4 in der Objektebene der Kugellinse 102 positioniert ist, entsteht ein quadratischer Strahlquerschnitt im Fernfeld.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden . Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden .

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das

Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.