Titel

Empfängerlinsensystem sowie optischer Entfernungsmesser

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Empfängerlinsensystem für einen optischen Entfernungsmesser gemäß dem Oberbegriff des An- spruchs 1 sowie einen optischen Entfernungsmesser mit einem Empfängerlinsensystem gemäß Anspruch 7.

Laserentfernungsmesser werden üblicherweise unter harschen Bedingungen auf Baustellen eingesetzt. In der Konsequenz müssen Laserentfernungsmesser, insbesondere deren optische Systeme tolerant sein im Hinblick auf Temperatur-, Feuch- tigkeits- und Schmutzeinwirkungen. Darüber hinaus sollten Laserentfernungsmesser exzellente optische Eigenschaften aufweisen, um Messungen sowohl im Nahbereich als auch über Strecken von bis zu mehreren einhundert Metern mit minimalsten Messfehlern ausführen zu können. Problematisch dabei ist, dass ein einem Photodetektor zugeordnetes Empfängerlinsensystem sowohl Laserlicht auf dem Photodetektor abbilden soll, welches von sehr weit entfernten als auch sehr nahegelegenen Objekten reflektiert wird. Bei nur gering beabstandeten Objekten fällt hierbei ein Parallaxewinkel zwischen einer optischen Achse des Empfängerlinsensystems und einem ausgesendeten Messstrahl ins Gewicht, welcher bei der Messung großer Entfernungen vernachlässigbar ist. Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Empfängerlinsensystem für einen optischen Entfernungsmesser vorzuschlagen, das unempfindlicher ist gegenüber Temperatur- und/oder Feuchtigkeits- und/oder Schmutzeinwirkungen. Bevorzugt soll es der Aufbau des verbesserten Empfängerlin- sensystems erleichtert ermöglichen, wasserdichte und/oder schmutzdichte Gehäuse für einen optischen Entfernungsmesser, insbesondere einen Laserentfernungsmesser, zu konstruieren. Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das Empfängerlinsensystem sowohl für den Einsatz im Nahbereich als auch im Fernbereich einsetzbar ist. Ganz besonders bevorzugt soll das Empfängerlinsensystem möglichst kostengünstig realisierbar sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, einen optischen Entfernungsmesser, insbesondere einen Laserentfernungsmesser, mit einem wie zuvor beschrieben ausge- bildeten Empfängerlinsensystem vorzuschlagen.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Empfängerlinsensystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des optischen Entfernungsmessers mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, mindestens eine Kunststofflinse mit mindestens einer Glaslinse zur Bildung des Empfängerlinsensystems zu paaren, wobei es im Rahmen der Erfindung liegt, ausschließlich eine Kunststofflinse und/oder ausschließlich eine Glaslinse vorzusehen. Durch den Einsatz mindestens einer Glaslinse und mindestens einer Kunststofflinse können deren jeweilige Vorteile optimal kombiniert werden. So ist eine Glaslinse vergleichsweise unempfindlich gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitsände- rungen, insbesondere im Hinblick auf die fokale Länge. Darüber hinaus sind sphärische Standardglaslinsen kostengünstig und unempfindlich gegenüber Verschmutzungen. Der Vorteil von Kunststofflinsen besteht darin, dass diese wesentlich einfacher derart ausgebildet werden können, dass mit diesen Abbildungsfehler korrigiert werden können. So können Kunststofflinsen im Vergleich zu Glaslinsen vergleichsweise kostengünstig mit einer entsprechenden asphärischen Oberfläche versehen werden, insbesondere um einen Parallaxewinkel, wie dieser bei den meisten optischen Entfernungsmes- sern aufgrund der Nebeneinanderanordnung des Empfängerlinsensystems und der, vorzugsweise als Laserlichtquelle ausgebildeten, Lichtquelle auftritt, auszugleichen.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Empfänger- linsensystems, bei der die Kunststofflinse im Strahlengang zwischen der Glaslinse und einem Photodetektor angeordnet ist, die Glaslinse also die vorderste Linse im Empfängerstrahlengang ist. Dies ist insoweit von entscheidendem Vorteil, als dass Glaslinsen, wie zuvor erläutert, weniger feuchtigkeits-, temperatur- und schmutzempfindlich sind und sich somit zum Abschluss eines Gehäuses eines optischen Entfernungsmessers nach außen eignen. Darüber hinaus wird durch die Anordnung der Glaslinse als vorderste Linse im Strahlengang erleichtert ermöglicht, das Gehäuse wasserdicht, vorzugsweise bis zu einer Wassertiefe von einem Meter, zumindest jedoch spritzwassergeschützt, auszubilden. Die mindestens eine Kunststofflinse befindet sich innerhalb des Gehäuses und ist somit vor Feuchtigkeits- und Schutzeinflüssen optimal geschützt.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Empfängerlinsensystems, bei der die Glaslinse als sphärische Linse ausgebildet ist, also mindestens eine sphärische Linsenseite aufweist. Bevorzugt handelt es sich bei der Glaslinse um eine Standardglaslinse, vorzugsweise um eine plankonvexe Linse. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, die Kunststofflinse als asphärische Linse, also als Linse ohne eine sphärische Linsenseite auszubilden, um auf diese Weise Abbildungsfehler zu korrigieren.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Wellenfront des empfangenen Laserlichts wesentlich stärker an der Glaslinse gekrümmt wird (hohe Vergenz) , als an der Kunststofflinse (niedrige Vergenz) . Hierzu weist die Glaslinse bevorzugt einen wesentlich höheren Brechungsindex auf als die Kunststofflinse . Da der Brechungsindex der Glaslinse im Wesentlichen unbeeinflusst ist von Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsschwankungen wirken sich somit Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsänderungen nur unwesentlich auf die Gesamtperformance des Empfängerlinsensystems aus.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Abstand der Glaslinse und der Kunststofflinse, zumindest bei der Montage des Empfängerlinsensystems, einstellbar ist, um hierdurch die fokale Länge der Linsenanordnung anzupassen. Bevorzugt ist dabei die, insbesondere vordere, Glaslinse feststehend und die Kunststofflinse verstellbar angeordnet, was sich wiederum positiv auf die Eignung des Empfängerlinsensystems zur Integration in ein, zumindest spritzwasser- und schmutzgeschütztes, Gehäuse aus- wirkt. Durch die verstellbare Anordnung mindestens einer der Linsen, vorzugsweise ausschließlich der Kunststofflinse, können Fertigungstoleranzen, die bei der Fertigung der Linsen unvermeidbar auftreten, ausgeglichen werden. Die optimierte Eignung zur Herstellung zumindest spritzwasserge- schützter Gehäuse für optische Entfernungsmesser ist darauf zurückzuführen, dass die vorderste, vorzugsweise in einer Gehäusehalterung aufgenommene, Linse dauerhaft positionsfest ist und nicht verstellt werden muss, wodurch vergleichsweise einfach für eine optimale und zuverlässige Ab- dichtung zwischen dieser Linse und dem Gehäuse Sorge getragen werden kann. Durch die verstellbare Anordnung mindestens einer Linse, vorzugsweise ausschließlich der Kunststofflinse, können Fertigungstoleranzen auf einfache Weise ausgeglichen werden.

Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Glaslinse des Empfängerlinsensystems antireflektionsbeschichtet ist. Das Vorsehen einer Antireflektionsbeschichtung bei Glaslinsen ist im Gegensatz zu Kunststofflinsen vergleichsweise ein- fach und kostengünstig möglich und wirkt sich positiv auf die optischen Eigenschaften des Empfängerlinsensystems aus.

Die Erfindung führt auch auf einen optischem Entfernungsmesser, vorzugsweise einen Laserentfernungsmesser, mit ei- nem Empfängerlinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Bevorzugt ist der Ausgangsstrahlengang der Lichtquelle, vorzugsweise einer Laserlichtquelle, winklig zu dem Strahlengang des Empfängerlinsensystems angeordnet - es existiert also eine Parallaxe, die mit einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Empfängerlinsensystem auf einfache Weise kostengünstig ausgeglichen werden kann.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des optischen Entfernungsmessers, bei der dessen Gehäuse wasserdicht, vorzugsweise bis zu einer Wassertiefe von einem Meter, zumindest jedoch spritzwassergeschützt und schmutzgeschützt ist. Dies kann insbesondere dadurch realisiert wer- den, dass eine vorderste Linse des Empfängerlinsensystems eine, insbesondere als Standardlinse ausgebildete, Glaslinse, ganz besonders bevorzugt eine sphärische Linse ist und innerhalb des Gehäuses mindestens eine, vorzugsweise ausschließlich eine, Kunststofflinse, insbesondere mit aus- schließlich asphärischen Linsenseiten angeordnet ist.

Um die optische Achse des Empfängerlinsensystems relativ zu einer weiteren optischen Achse, insbesondere der optischen Achse des Ausgangsstrahls, also bevorzugt der Laserachse oder der Gehäuseachse zu verstellen, bestehen im wesentlichen zwei Möglichkeiten. Gemäß einer ersten Ausführungsform kann das gesamte Empfängerlinsensystem relativ zu dem Photodetektor verstellt werden. Gemäß der zweiten, alternativen Möglichkeit, wird lediglich mindestens eine, vorzugs- weise ausschließlich eine Linse, ganz besonders bevorzugt die Kunststofflinse, des Empfängerlinsensystems relativ zu dem Photodetektor und zu mindestens einer weiteren Linse, vorzugsweise der Glaslinse des Empfängerlinsensystems, verstellt. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der eine Linse, vorzugsweise die Kunststofflinse sowohl in Richtung der optischen Achse als auch lateral hierzu verstellbar ist, um gleichzeitig die fokale Länge des Emp- fängerlinsensystems als auch die Lage der optischen Achse, d.h. die Parallaxe, einstellen zu können.

Das Versehen der Glaslinse/n mit dem größten Brechungsindex hat den Vorteil, dass dieser Brechungsindex kaum von Feuch- tigkeits- und Temperatureinflüssen beeinflussbar ist. Die unweigerlich auftretenden Einflüsse eines Temperaturwechsels auf den Brechungsindex der mindestens einen Kunststofflinse wirken sich aufgrund des vorzugsweise minimalen Brechungsindex der Kunststofflinse insgesamt betrachtet nur wenig stark aus.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines als Laserentfernungsmesser ausgebildeten optischen Entfernungsmessers mit einem eine Glaslinse und eine Kunststofflinse umfassenden Empfängerlinsensystem.

Ausführungsform der Erfindung

Fig. 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung einen als Laserentfernungsmesser ausgebildeten optischen Ent- fernungsmesser 1 mit einer Laserlichtquelle 2, einem Photodetektor 3 sowie einer diesem zugeordneten Auswerteschaltung 4 die eine Entfernung zu einem nicht dargestellten Ob- jekt auf Basis eines interferrometrischen Verfahrens oder einer Laufzeitmessung bestimmt.

Zu erkennen ist, dass ein von der Laserlichtquelle 2 er- zeugter Ausgangsstrahlengang 5 winklig zu einem Strahlengang 6 (Empfängerstrahlengang) eines Empfängerlinsensystems 7 angeordnet ist.

Der optische Entfernungsmesser 1 umfasst ein spritzwasser- und schmutzgeschütztes Gehäuse 8 mit einer ersten Gehäuseöffnung 9 und einer zweiten, lateral davon beabstandeten Gehäuseöffnung 10. In der ersten Gehäuseöffnung 9 ist wasserdicht eine sphärische (hier plankonvexe) Glaslinse 11 des Empfängerlinsensystems 7 aufgenommen, die dort fest verankert ist und ortsfest relativ zu dem Photodetektor 3 angeordnet ist. In der zweiten Gehäuseöffnung 10 ist eine der Laserlichtquelle 2 zugeordnete sphärische Linse 13 aus Glas ortsfest angeordnet.

Im Strahlengang 6 befindet sich zwischen der sphärischen Glaslinse 11 und dem Photodetektor 3 eine asphärische Kunststofflinse 12 deren Position in gewissen Grenzen sowohl entlang des Strahlengangs 6 als auch lateral hierzu verstellbar ist, um den Fokus des Empfängerlinsensystems 7 mit dem Photodetektor 3 zur Deckung bringen zu können sowie um Abbildungsfehler zu korrigieren. Die asphärische Kunststofflinse 12 ist derart ausgebildet, dass die Parallaxe zwischen dem Ausgangsstrahlengang 5 und dem Strahlengang 6 des Empfängerlinsensystems 7 auch bei minimalen Entfernun- gen, von etwa 5cm zu vernachlässigen ist.

Bei dem gezeigten Empfängersystem 7 ist die bei den empfangenen Lichtstrahlen zu erzielende Vergenz zwischen der Glaslinse 11 und der Kunststofflinse 12 so verteilt, dass der Glaslinse 11 der Großteil der Vergenz zugeordnet ist, um Empfängerlinsensystem 7 zumindest weitgehend unempfindlich gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitseinwirkungen zu machen.