專利名稱：用于光學(xué)測(cè)距的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如獨(dú)立權(quán)利要求前序部分所述的用于光學(xué)測(cè)距的 裝置。
背景技術(shù)：
早就已知光學(xué)測(cè)距儀作為這種裝置并且在其間也大量地在商業(yè)上 銷售。這些儀器發(fā)射調(diào)制的光射線，它對(duì)準(zhǔn)所期望的目標(biāo)表面，要獲得 該目標(biāo)與儀器的距離。由定位的目標(biāo)反射或散射的、返回的光再由儀器 部分地;險(xiǎn)測(cè)并且用于求得所尋求的距離。
這種測(cè)距儀的使用范圍一般包括幾厘米至數(shù)百米范圍的長(zhǎng)度。
根據(jù)要被測(cè)量的距離和目標(biāo)的反射性能對(duì)光源、測(cè)量射線質(zhì)量以及 檢測(cè)器提出不同的要求。
由現(xiàn)有技術(shù)已知的光學(xué)測(cè)距儀在原理上對(duì)應(yīng)于在儀器中必需存在 的發(fā)射或接收通道的結(jié)構(gòu)分成兩類。
一類裝置是，發(fā)射通道與接收通道間隔地設(shè)置，因此各光軸相互平 行、但是相互間隔地延伸。另一類裝置是單軸測(cè)量裝置，其中接收通道 與發(fā)射通道同軸地延伸。
上述的雙軸測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，為了選擇返回的測(cè)量信號(hào)無(wú)需費(fèi)事
的輻射分"R，因此例如也可以更好地抑制/人發(fā)射通道直接在接收通道中 的光學(xué)串?dāng)_。
另 一方面在雙軸測(cè)距4義中可能存在缺陷，在短的測(cè)量距離范圍中由 于視差可能產(chǎn)生檢測(cè)問(wèn)題。在此目標(biāo)在儀器檢測(cè)器表面上的成像漂移， 它對(duì)于大的目標(biāo)距離還清楚地位于檢測(cè)器上，隨著測(cè)量距離變短越來(lái)越 偏離接收分支的光軸并且在檢測(cè)器平面中還獲得明顯的射線橫截面變化。
這一點(diǎn)源于在儀器上沒(méi)有其它措施在近范圍檢測(cè)、即對(duì)于目標(biāo)與測(cè) 量?jī)x之間的小距離檢測(cè)的測(cè)量信號(hào)可能接近零。
盡管這種測(cè)量?jī)x對(duì)于某些距離范圍是最佳的，4旦是這意味著，明顯 限制測(cè)量?jī)x本身可以達(dá)到的測(cè)量范圍。
由DE 10 130 763 Al已知一個(gè)用于在大測(cè)量范圍上光學(xué)測(cè)距的裝置，它具有一個(gè)帶有光源的發(fā)射單元，用于發(fā)射調(diào)制的光射線到目標(biāo)上， 其中設(shè)置在這個(gè)測(cè)量?jī)x里面的接收單元位于與發(fā)射單元的光軸間隔的 接收軸上，該接收單元具有一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器用于接收由目標(biāo)返回的光射
線。按照DE 10 130 763 Al的接收單元的檢測(cè)器的有源光敏表面在射線 偏移方向上對(duì)于變小的目標(biāo)距離收縮，這由于返回測(cè)量射線的視差產(chǎn) 生。
由DE 10 051 302 Al已知一個(gè)用于近和遠(yuǎn)范圍的具有專用接收器的 激光測(cè)距儀，它具有一個(gè)發(fā)射通道和一個(gè)接收通道，其中發(fā)射通道由一 個(gè)發(fā)射物鏡組成，在其焦點(diǎn)中設(shè)置激光源，而接收通道由接收物鏡組成， 一個(gè)接收裝置位于其焦面中。發(fā)射物鏡和接收物鏡的光軸相互平行地以 有限的間距延伸。按照DE 100 51 302 Al的激光測(cè)距儀的接收裝置是一 個(gè)具有至少兩個(gè)有源的光電二極管面的光電二極管芯片裝置，光電二極 管面設(shè)置在一個(gè)直線上，它相交這個(gè)裝置的發(fā)射和接收物鏡的光軸。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，由現(xiàn)有技術(shù)在一個(gè)用于光學(xué)測(cè)距的裝置中保證， 在盡可能大的測(cè)量范圍上可以測(cè)量盡可能恒定的接收信號(hào)。
這個(gè)目的通過(guò)按照本發(fā)明的用于光學(xué)測(cè)距的具有獨(dú)立權(quán)利要求特 征的裝置得以實(shí)現(xiàn)。
在大多調(diào)整到長(zhǎng)距離測(cè)量的雙軸光學(xué)測(cè)距系統(tǒng)中對(duì)于較短的距離 測(cè)量除了返回的測(cè)量信號(hào)的側(cè)向移動(dòng)以外在檢測(cè)器平面中也產(chǎn)生測(cè)量 射線束的散焦。這種散焦導(dǎo)致在;^測(cè)器平面中放大的測(cè)量信號(hào)射線直 徑。由此降低單位面積上的測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)由于 更短的距離它只能部分地通過(guò)更高的測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度補(bǔ)償。
按照本發(fā)明的用于光學(xué)測(cè)距的裝置具有一個(gè)帶有光源的發(fā)射單元， 用于發(fā)出光射線，尤其是調(diào)制的光測(cè)量射線和一個(gè)與這個(gè)發(fā)射單元的光 軸間隔的具有至少 一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器的接收單元。在此以有利的方式這樣 選擇按照本發(fā)明的檢測(cè)器的光敏有效面積的形狀，使得在近范圍在檢測(cè) 器表面上信號(hào)也呈現(xiàn)足夠的信號(hào)強(qiáng)度。
為此接收單元的檢測(cè)器或者這個(gè)檢測(cè)器的光敏表面具有用于檢測(cè) 尤其由近范圍發(fā)出的測(cè)量射線的光學(xué)近范圍元件，其光學(xué)有效的表面垂 直于射線偏移方向?qū)τ谧冃〉哪繕?biāo)距離至少部分的擴(kuò)展或者具有至少 基本恒定的伸長(zhǎng)。此外所述檢測(cè)器的光有效表面在射線偏移方向上對(duì)于變小的目標(biāo)位上更大的伸展。通過(guò)這種方式也可以在測(cè)量信號(hào)由于系統(tǒng)固有的視差 "漂移，，時(shí)保證，總是足夠的測(cè)量信號(hào)落入到有效的檢測(cè)器面上，由此 在通過(guò)按照本發(fā)明的裝置測(cè)量時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的"信號(hào)與噪聲"比例。與由現(xiàn)有技術(shù)已知的用于光學(xué)測(cè)距的儀器相比按照本發(fā)明的裝置 尤其具有優(yōu)點(diǎn)，由光射線走過(guò)的行程不會(huì)受到用于克服視差問(wèn)題的機(jī)構(gòu)的影響，因此使它們不會(huì)對(duì)距離測(cè)量產(chǎn)生負(fù)面影響。在有利的實(shí)施例中本裝置的接收單元的檢測(cè)器具有近范圍元件，其 光學(xué)有效的表面在射線偏移方向上對(duì)于變小的目標(biāo)距離擴(kuò)展。這使得對(duì)于短的目標(biāo)距離調(diào)整地補(bǔ)償散焦效應(yīng)。這種導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)在^r測(cè)平面中 加大的射線直徑一般意味著減小單位面積的測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度并由此導(dǎo)致 更小的可檢測(cè)的接收信號(hào)。通過(guò)在按照本發(fā)明的裝置中使檢測(cè)器的光敏面在射線偏移方向上 對(duì)于變小的目標(biāo)距離加大并且使這個(gè)表面尤其在與射線偏移方向旁邊 的方向上擴(kuò)展，使通過(guò)它進(jìn)行測(cè)量的有效檢測(cè)面隨著增加的射線偏移和 伴隨而來(lái)的散焦變大，由此至少可以在很大程度上補(bǔ)償對(duì)于一般在短目 標(biāo)距離時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)減小的面密度效應(yīng)。在可選擇的實(shí)施例中，如果光學(xué)有效的表面在射線偏移方向上對(duì)于 變小的目標(biāo)距離具有基本恒定的伸長(zhǎng)，就足夠了。因?yàn)閮H僅根據(jù)"距離 -平方定律"測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度對(duì)于變短的目標(biāo)距離明顯增加，這個(gè)效應(yīng)根 據(jù)測(cè)距裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、即尤其是根據(jù)所使用的準(zhǔn)直鏡頭對(duì)于檢測(cè)器的 焦距已經(jīng)足夠用于補(bǔ)償由于產(chǎn)生的散焦減小的測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度。在這種情 況下如果檢測(cè)器的光學(xué)有效的表面在射線偏移方向上對(duì)于變小的目標(biāo) 距離具有基本恒定的伸長(zhǎng)將是足夠的。因此通過(guò)按照本發(fā)明的其至少 一個(gè)檢測(cè)器光敏面的形狀且尤其是 通過(guò)按照本發(fā)明的近范圍元件的形狀對(duì)于這種檢測(cè)器以有利的方式保 證4要照本發(fā)明的用于光學(xué)測(cè)距的裝置可以在大的測(cè)量范圍上測(cè)量足夠 強(qiáng)度的接收信號(hào)和尤其是盡可能恒定的接收信號(hào)。因此能夠以簡(jiǎn)單和可靠的方式擴(kuò)展對(duì)于這種測(cè)量?jī)x可以達(dá)到的測(cè) 量范圍。按照本發(fā)明的裝置的有利實(shí)施例和改進(jìn)方案由在從屬權(quán)利要求中描述的特征給出。
所述檢測(cè)器的光敏面以有利的方式具有對(duì)稱軸，它位于裝置的發(fā)射 單元和接收單元的光軸的爿^共平面里面。通過(guò)4吏由目標(biāo)返回的測(cè)量射線 對(duì)于變小的目標(biāo)距離在發(fā)射單元和接收單元的光軸的公共平面的側(cè)面 偏移，使檢測(cè)器以有利的方式具有在這個(gè)方向上伸長(zhǎng)的形狀。通過(guò)這種 方法考慮返回測(cè)量信號(hào)的方向與測(cè)量?jī)x與目標(biāo)的距離之間的關(guān)系。在此 有利地這樣選擇接收單元檢測(cè)器光敏面的尺寸，使得足夠的信號(hào)尤其也 在近范圍落入到檢測(cè)器的那個(gè)局部表面上。
這一點(diǎn)還能夠以有利的方式考慮返回的測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度與測(cè)量?jī)x 與目標(biāo)的距離之間的關(guān)系。
對(duì)于檢測(cè)器面積的大小或者說(shuō)檢測(cè)器光敏面的大小應(yīng)該只保證，有 效面積、即光從遠(yuǎn)離的目標(biāo)入射到其上的光有效面積足夠地大，用于在 這種情況下盡可能檢測(cè)整個(gè)信號(hào)，因?yàn)檫h(yuǎn)離的測(cè)量目標(biāo)導(dǎo)致相應(yīng)衰弱的 檢測(cè)信號(hào)。
檢測(cè)器的光有效面積的側(cè)面伸展應(yīng)該相應(yīng)地大，使得足夠的光從檢 測(cè)緊鄰的附近部位進(jìn)入到有效的檢測(cè)面。
所要求裝置的另 一優(yōu)點(diǎn)是，該測(cè)量?jī)x檢測(cè)器的電容特性由于按照本 發(fā)明的光有效檢測(cè)面的形式產(chǎn)生積極影響。太大的有效檢測(cè)面積將提高 才全測(cè)器的電容，由此可能4吏測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性或與其等效的頻率 響應(yīng)不再對(duì)應(yīng)于測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間或頻率分辨率的必需要求。
如果光學(xué)有效的、即光敏的檢測(cè)面通過(guò)部分地遮蓋初始較大的檢測(cè) 器面構(gòu)成，則得到按照本發(fā)明裝置的具有所要求的檢測(cè)面的簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì) 的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。為此例如可以使大的表面檢測(cè)器包括一個(gè)不透光層、例如 一個(gè)漆層或者在那個(gè)部位上無(wú)效，它們不能用于檢測(cè)，因此僅僅使所要 求的形狀作為有效的檢測(cè)器表面。根據(jù)所使用的測(cè)量信號(hào)波長(zhǎng)和相應(yīng)地 選擇檢測(cè)器能夠通過(guò)蒸鍍覆層或涂漆覆層在檢測(cè)器表面上產(chǎn)生不透光 的部位。通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械掩膜或曝光能夠以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)于有效的 檢測(cè)器面積的所要求的形狀。
以有利的方式能夠通過(guò)使用激光、尤其是激光二極管作為光源實(shí)現(xiàn) 按照本發(fā)明的用于光學(xué)測(cè)距的裝置。激光和專用的激光二極管在電磁波 的整個(gè)可見(jiàn)光頻鐠范圍上即刻成本有利地得到。激光二極管由于其緊湊 的尺寸和相當(dāng)高的輸出功率特別適合于在光學(xué)測(cè)距裝置、尤其是這種手持裝置中使用。因此按照本發(fā)明的用于光學(xué)測(cè)距的裝置能夠在較大的裝置與目標(biāo) 之間的距離測(cè)量范圍上實(shí)現(xiàn)盡可能恒定的接收或檢測(cè)信號(hào)。下面對(duì)于按照本發(fā)明裝置的檢測(cè)面的幾個(gè)實(shí)施例的附圖以及從屬 的描述給出按照本發(fā)明裝置的其它優(yōu)點(diǎn)。
在附圖中示出按照本發(fā)明裝置的實(shí)施例。描述、從屬的附圖以及權(quán) 利要求包括大量的特征組合。專業(yè)人員可以單獨(dú)地考慮這些特征、尤其是不同實(shí)施例的特征并且組成有意義的其它實(shí)施例。附圖中 圖1示出按照本發(fā)明的光學(xué)測(cè)距裝置的實(shí)施例示意圖， 圖2示出在測(cè)量目標(biāo)距離變化時(shí)在^r測(cè)面中測(cè)量射束變化的示意圖，圖3示出按照本發(fā)明裝置的檢測(cè)器表面的俯視圖， 圖4以示意圖示出用于按照本發(fā)明裝置的檢測(cè)器的可選擇實(shí)施例的 俯視圖，圖5以示意圖示出按照本發(fā)明裝置的檢測(cè)器的光敏面的另一實(shí)施例，圖6以示意圖示出按照本發(fā)明裝置的檢測(cè)器的光敏面的另一實(shí)施例，圖7以示意圖示出按照本發(fā)明裝置的檢測(cè)器的光敏面的另一實(shí)施例，圖8以示意圖示出按照本發(fā)明裝置的檢測(cè)器的光敏面的另一實(shí)施例，圖9以簡(jiǎn)化示意圖示出檢測(cè)器面視圖，用于解釋檢測(cè)器光敏面的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
在圖1中以示意方式示出按照本發(fā)明的用于光學(xué)測(cè)距的裝置，具有 用于描述其功fe的最重要部分。按照本發(fā)明的儀器IO具有外殼U,在 其中設(shè)置用于產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)13的發(fā)射裝置12以及用于檢測(cè)由目標(biāo)15 返回的測(cè)量信號(hào)16的接收裝置14。該發(fā)射裝置12包括一個(gè)光源17,它在圖1的實(shí)施例中通過(guò)半導(dǎo)體 激光二極管18實(shí)現(xiàn)。但是同樣可以在按照本發(fā)明的裝置中使用其它的光源。激光二極管18以對(duì)于人眼可見(jiàn)光束22的形式發(fā)射激光射線20。 為此通過(guò)控制器24驅(qū)動(dòng)激光二極管18,該控制器通過(guò)相應(yīng)的電路
產(chǎn)生二極管18電輸入信號(hào)19的調(diào)制。通過(guò)這種二極管電流調(diào)制能夠使
用于測(cè)距的光測(cè)量信號(hào)13同樣以期望的方式調(diào)制。
激光射束20接著穿過(guò)物鏡28形式的準(zhǔn)直鏡頭26,該物鏡在圖1中
以簡(jiǎn)化的方式以唯一的透鏡30形式表示。該物鏡28在這個(gè)實(shí)施例中選
擇位于一個(gè)調(diào)整組裝體32上，它在原理上能夠例如為了調(diào)整改變物鏡
在所有空間方向上的位置。
但是也可以選擇使準(zhǔn)直鏡頭26已經(jīng)是激光二極管的組成部分或者
與其固定連接。
在通過(guò)物鏡28以后得到一個(gè)平行光束37形式的例如振幅調(diào)制的信 號(hào)13，它沿著發(fā)射單元12的光軸傳播，如同在圖1中簡(jiǎn)示的那樣。在 按照本發(fā)明裝置的發(fā)射分支12中還具有一個(gè)最好可控的射線偏轉(zhuǎn)40, 它能夠使測(cè)量信號(hào)13在迂回一個(gè)目標(biāo)的條件下直接、即在儀器內(nèi)部偏 轉(zhuǎn)到儀器IO的接收單元14。通過(guò)這種方式產(chǎn)生儀器內(nèi)部的參考段42， 它能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的精整或調(diào)整。
如果通過(guò)按照本發(fā)明的裝置執(zhí)行距離測(cè)量，則測(cè)量射線13穿過(guò)儀 器10端壁45中的光學(xué)窗44離開(kāi)按照本發(fā)明裝置的外殼11。光學(xué)窗的 打開(kāi)可以通過(guò)快門46控制。對(duì)于實(shí)際的測(cè)量將測(cè)量4義IO對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)15， 要獲得目標(biāo)與測(cè)量?jī)x的距離48。在所期望的目標(biāo)15上反射的或者散射 的信號(hào)16形成返回的射束49或50，它以確定的部分再返回到測(cè)量?jī)x IO里面。
通過(guò)儀器10端面45上的進(jìn)入窗47使返回的測(cè)量射線16耦入到測(cè) 量?jī)x里面并且在圖1的實(shí)施例中偏轉(zhuǎn)到接收鏡頭52上。
在圖1中示例地為了表明示出對(duì)于兩個(gè)不同的目標(biāo)距離48的兩個(gè) 返回的測(cè)量射束49或50。對(duì)于大的目標(biāo)距離并且在這種情況下大意味 著比接收鏡頭52的焦距大，由目標(biāo)返回的信號(hào)16平行于接收裝置14 的光軸51入射。這種情況在圖1的實(shí)施例中通過(guò)測(cè)量射束49代表。隨 著變小的目標(biāo)距離入射到測(cè)量?jī)x里面的返回信號(hào)16由于視差總是更多 地相對(duì)于接收單元14的軸51傾斜。作為用于這種返回的測(cè)量射束在距 離測(cè)量裝置的近范圍中的示例在圖1中示出射束50。
在圖1的實(shí)施例中同樣只示意地通過(guò)唯一的透鏡象征表示的接收鏡頭52準(zhǔn)直返回的測(cè)量信號(hào)16并且將其射束聚焦在接收檢測(cè)器54的光 敏表面66上。該檢測(cè)器54為了檢測(cè)光學(xué)測(cè)量射線例如具有至少一個(gè)光 電二極管，例如PIN 二極管或APD (雪崩光電二極管)或者也可以具有 至少一個(gè)CCD芯片作為光敏元件66。此外當(dāng)然也能夠?qū)崿F(xiàn)其它的、專 業(yè)人員公知的面檢測(cè)器作為接收檢測(cè)器。面檢測(cè)器通常通過(guò)其有效的光 敏表面66垂直于接收分支的光軸對(duì)準(zhǔn)。入射的光信號(hào)通過(guò)接收檢測(cè)器 54轉(zhuǎn)換成電信號(hào)55并且輸送到按照本發(fā)明裝置的評(píng)價(jià)單元36里面繼續(xù) 評(píng)價(jià)。結(jié)合圖3至9還要詳細(xì)解釋檢測(cè)器光敏面66形狀的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)。
在圖1的實(shí)施例中同樣不受限制地安置在調(diào)整組裝體53上的接收 鏡頭52基本位于其^f全測(cè)器有效表面66的焦距間距里面，因此來(lái)自遠(yuǎn)離 測(cè)量?jī)x的目標(biāo)的入射射線基本聚焦在檢測(cè)器上或者其光敏面上。
但是對(duì)于與目標(biāo)的小距離要注意，對(duì)于在目標(biāo)上反射或散射的測(cè)量 光斑的成像位置隨著離開(kāi)接收透鏡焦點(diǎn)增加。因此返回的測(cè)量射線隨著 目標(biāo)到測(cè)量?jī)x變小的距離總是繼續(xù)偏離接收裝置的光軸并因此也總是 偏離發(fā)射裝置的光軸。此外返回的測(cè)量射束由于在接收物鏡上變化的成 像比例不再準(zhǔn)確地聚焦在岸企測(cè)器平面上。隨著變短的目標(biāo)距離在沖企測(cè)器 平面上得到總是變大的測(cè)量光斑。
其它在儀器中存在的、對(duì)于理解按照本發(fā)明的裝置不是必需的部件 不再相關(guān)地描述。但是要注意，測(cè)量?jī)x當(dāng)然也具有控制和評(píng)價(jià)單元36。
在圖2中為了清晰以示意的方式示出目標(biāo)與測(cè)量?jī)x的距離與測(cè)量光 斑在檢測(cè)面并因此也在檢測(cè)器平面上的位置或尺寸之間的關(guān)系。圖2示 出按照現(xiàn)有技術(shù)在由測(cè)量目標(biāo)返回的測(cè)量信號(hào)16的4見(jiàn)向上的檢測(cè)面平 面64的視圖。以標(biāo)記符號(hào)56表示發(fā)射單元12的光軸38與接收單元14 光軸51的公共平面。返回的射線16對(duì)于非常大的目標(biāo)距離的測(cè)量光斑 58中心地位于接收單元14的光軸51上并且在檢測(cè)器表面64上聚焦成 小的光斑。因?yàn)闄z測(cè)器54基本位于接收鏡頭52的焦距距離里面，因此 從光學(xué)上看來(lái)自無(wú)限遠(yuǎn)的光線由于光學(xué)成像定理直接聚焦在檢測(cè)器平 面上。在圖2中為了表明關(guān)系以虛線示出按照現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)器的"傳 統(tǒng)"；險(xiǎn)測(cè)器平面64。
隨著測(cè)量?jī)x10到目標(biāo)15距離48的增加《吏返回的信號(hào)16越來(lái)越傾 斜地入射到接收物鏡52上，由此測(cè)量光斑也在檢測(cè)器平面上在圖2中 在箭頭61的方向上偏移。在圖2中同樣示出的對(duì)于目標(biāo)15與測(cè)量4義10之間的小的目標(biāo)距離48的測(cè)量光斑60已經(jīng)偏離接收裝置的光軸51并 且在其伸長(zhǎng)、尤其是側(cè)面伸長(zhǎng)上明顯加大。對(duì)于非常小的測(cè)量目標(biāo)15與測(cè)量?jī)x之間的測(cè)量距離48在檢測(cè)器平 面中產(chǎn)生返回的測(cè)量信號(hào)16的測(cè)量光斑62,它再一次明顯加大并且也 還更遠(yuǎn)地離開(kāi)接收單元14的光軸51。要被檢測(cè)的測(cè)量光斑根據(jù)測(cè)量目 標(biāo)15與測(cè)量?jī)x10的距離48的這種偏移在現(xiàn)有技術(shù)的儀器中可能導(dǎo)致， 對(duì)于非常小的目標(biāo)距離返回的信號(hào)16不再落入到測(cè)量接收器54的有效 表面64上。在圖2的狀況中例如對(duì)于在檢測(cè)面中產(chǎn)生測(cè)量光斑60或62 的測(cè)量信號(hào)是這種情況，因?yàn)樵谶@種情況下返回的測(cè)量信號(hào)不再落入到 有效的檢測(cè)面上，如同在圖2中要通過(guò)"傳統(tǒng)"測(cè)量接收器的虛線表示 的平面64表示的那樣。為了改變測(cè)量光斑在接收單元14的檢測(cè)平面中 的大小和位置要考慮，按照本發(fā)明的檢測(cè)器54的有效光敏面66相應(yīng)地 構(gòu)成并且要在下面 一 系列不被視為僅有的實(shí)施例中描述。圖3示出按照本發(fā)明裝置的檢測(cè)器的光敏表面66的第一實(shí)施例。 在圖3和還要解釋的圖4至9中只象征地以方框表示的接收單元14的 檢測(cè)器54在這種情況下具有第一部位70，其光敏面主要用于檢測(cè)由遠(yuǎn) 離的測(cè)量目標(biāo)15返回的測(cè)量信號(hào)。這樣構(gòu)成第一光敏部位70， 4吏由遠(yuǎn) 離的目標(biāo)返回進(jìn)入到測(cè)量?jī)x里面的并且在^r測(cè)面中成#>的光線盡可能 完全到達(dá)檢測(cè)器上或者檢測(cè)器54的光敏面66上。為了表明這一點(diǎn)在圖 3中再一次示出測(cè)量射束49對(duì)于大的目標(biāo)距離的測(cè)量光斑58u因此有 效表面70以有利的方式在^r測(cè)面中具有這樣的側(cè)面伸長(zhǎng)，它保i正，完 全檢測(cè)由這種遠(yuǎn)離的目標(biāo)返回的測(cè)量射線16或49的測(cè)量光斑58。作為 側(cè)面方向在這里是在檢測(cè)面中垂直于測(cè)量信號(hào)方向的方向。因此光敏面 70的尺寸基本等于或略大于對(duì)于非常大的目標(biāo)距離的測(cè)量光斑58的尺 寸，如同在圖3所示的那樣。在此光每丈面70可以是圓形的，如圖3所 示那樣，或者矩形的或者以任意其它形狀構(gòu)成。但是要保證，使盡可能 多的光線/人大的目標(biāo)i 巨離到達(dá)光敏面70。按照?qǐng)D3的實(shí)施例檢測(cè)器54還具有第二光敏部位72,它形成檢測(cè) 面66的所謂近范圍元件68并且尤其對(duì)于變短的目標(biāo)距離用于接收和才全 測(cè)測(cè)量信號(hào)分量。光敏面的第二部位72在測(cè)量射束的出現(xiàn)點(diǎn)部位中擴(kuò) 展，測(cè)量射束由靠近的目標(biāo)返回，因此近范圍元件在這個(gè)部位中具有較 大的光敏面。通過(guò)使檢測(cè)器的光敏面在垂直于射線偏移方向上對(duì)于變小的目標(biāo)距離加大并且〗吏這個(gè)平面尤其在射線偏移方向側(cè)面的方向上擴(kuò) 展，使得在檢測(cè)器平面中考慮返回的測(cè)量射束散焦的效應(yīng)。通過(guò)其進(jìn)行 測(cè)量的有效檢測(cè)面對(duì)于更短的目標(biāo)距離變大，因此至少在很大程度上可 以補(bǔ)償測(cè)量信號(hào)降低的面密度效應(yīng)，這種效應(yīng) 一般在短的目標(biāo)距離時(shí)產(chǎn) 生。
第二部位72或通過(guò)這個(gè)部位構(gòu)成的近范圍元件68具有在射線偏移 方向61上伸長(zhǎng)的形狀，即，光敏面72的伸長(zhǎng)在這個(gè)方向61上大于與 其垂直的方向。
;險(xiǎn)測(cè)器54的光敏局部部位70和72 —起形成檢測(cè)器的光每丈或光有 效的表面66并且可以如同在圖3的示例中所示的那樣相關(guān)地由光敏面 構(gòu)成。也可以選擇，佳j全測(cè)器54的光敏面66的局部部位70和72相互 分開(kāi)地構(gòu)成并且必要時(shí)也相互分開(kāi)地電控制，其中在這種情況下局部部 位直接相互鄰接，用于保證在射線錯(cuò)位方向上對(duì)于變短的目標(biāo)距離連續(xù) 的光敏面。
如上所迷，在通常在大的測(cè)量距離上調(diào)整的雙軸系統(tǒng)中對(duì)于較短的 測(cè)量距離除了測(cè)量信號(hào)的側(cè)面偏移以外也在檢測(cè)面中產(chǎn)生散焦。這導(dǎo)致 測(cè)量信號(hào)在檢測(cè)面中加大的射線直徑，如同在圖2中所示的那樣。隨之 而來(lái)降低單位面積的測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度，這根據(jù)測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)由于與目
標(biāo)的短距離只能部分地通過(guò)較高的測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度補(bǔ)償。
降低的測(cè)量信號(hào)在檢測(cè)器上的功率面密度或強(qiáng)度導(dǎo)致增加的"信號(hào) 與噪聲"比并由此最終限制這種測(cè)量系統(tǒng)的使用范圍。按照本發(fā)明的光 敏檢測(cè)面66的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)且尤其是按照?qǐng)D3的按照本發(fā)明的近范圍元件 68的形狀考慮這種特性。
對(duì)于目標(biāo)15與測(cè)量?jī)x10之間的非常大的目標(biāo)距離48,測(cè)量光斑 58如上所述完全位于光敏局部表面70上。如果現(xiàn)在測(cè)量光斑隨著減小 的目標(biāo)距離48在箭頭61的方向上偏離原始的接收軸51,則加大測(cè)量光 斑的直徑或側(cè)面伸長(zhǎng)，如同在圖2中所示的那樣。
對(duì)于測(cè)量目標(biāo)15與測(cè)量?jī)x10的小測(cè)量距離48,對(duì)于這個(gè)測(cè)量距離 測(cè)量光斑在4企測(cè)面中繼續(xù)在圖3中箭頭61方向上偏移，相應(yīng)地也加大 近范圍元件68的光敏面，因此可以按比例更多地檢測(cè)和評(píng)價(jià)同樣加大 的測(cè)量光斑62的信號(hào)。通過(guò)這種方式也能夠明顯地改善對(duì)于短目標(biāo)距 離的"信號(hào)與噪聲"比，并因此擴(kuò)展通過(guò)測(cè)量?jī)x達(dá)到的距離范圍。在圖4至6中示出用于按照本發(fā)明的測(cè)距儀的檢測(cè)器54的光敏面 的可選擇實(shí)施例。為了清晰在這些附圖中不再示出測(cè)量光斑58或62。
圖4至6的所有三個(gè)實(shí)施例是共同的，所迷近范圍元件68具有光 敏的或光有效的表面72,它在與射線偏移對(duì)于變小的目標(biāo)距離48的方 向61正交的方向上至少部分地伸長(zhǎng)。這個(gè)伸長(zhǎng)例如可以如圖5所示直 線地或者也可以如圖4所示超比例地構(gòu)成。如圖6所示，光敏面72首 先伸長(zhǎng)，用于保持對(duì)于變小的目標(biāo)距離在射線偏移方向61上恒定的側(cè) 面伸展，具有光敏面72的近范圍元件在本發(fā)明的范圍內(nèi)是至少部分地 伸長(zhǎng)的光敏面。
因?yàn)闄z測(cè)面當(dāng)然只能是有限大小的并因此也必需封閉，例如對(duì)于按 照?qǐng)D4實(shí)施例的近范圍元件68也產(chǎn)生一個(gè)部位，在該部位中表面72不 是繼續(xù)伸長(zhǎng)而是甚至向一起收縮，用于形成檢測(cè)面邊界。光敏面72的 這個(gè)在圖4中左邊的邊緣部位只用于近范圍元件光敏面的必需的邊界并 且不與按照本發(fā)明思想的表面的原則上的伸長(zhǎng)相矛盾。由此考慮有限檢 測(cè)面的這個(gè)物理必要性，在本發(fā)明內(nèi)容的范圍內(nèi)談到，光學(xué)近范圍元件 68的檢測(cè)面在射線偏移方向61上對(duì)于變小的目標(biāo)距離48伸長(zhǎng)并且在與
的范圍中也^以談到;這個(gè)表面i大地伸i或者具有基本恒定的伸長(zhǎng)。 光學(xué)近范閨元件68的光敏面作為整體具有在正交于射線偏移方向61的 伸展中具有相應(yīng)的伸長(zhǎng)，總印象保持與光敏面的必需邊界無(wú)接觸。在意 義上同樣適用于在光敏面的邊界線中的可能的調(diào)制。
根據(jù)測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，要在距離平方定理效應(yīng)以及或多或少變 差的聚焦效應(yīng)方面相互權(quán)衡并且找到對(duì)于光敏總面積66的最佳形狀、 尤其是對(duì)于近范圍元件光敏面72的最佳形狀。因此根據(jù)測(cè)量?jī)x的具體 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)近范圍元件68的 一個(gè)或另 一個(gè)特殊形狀可能是有利的。
圖7和8示出用于按照本發(fā)明的^f僉測(cè)器54的表面66的另 一實(shí)施例。 在射線偏移方向61上對(duì)于變小的目標(biāo)距離48在這里表面檢測(cè)器具有總 體伸長(zhǎng)的形狀。即，測(cè)量信號(hào)偏移方向上的伸展大于、尤其明顯大于與 其正交的、即側(cè)面方向上的伸展。
在這種情況下檢測(cè)器54具有第一部位，其光敏面70主要用于檢測(cè) /人遠(yuǎn)離的測(cè)量目標(biāo)返回的測(cè)量信號(hào)。這樣構(gòu)成這個(gè)第一光敏部位70，使 由遠(yuǎn)離的目標(biāo)返回到測(cè)量?jī)x并且在檢測(cè)面中成像的光線盡可能完全達(dá)到-險(xiǎn)測(cè)器或檢測(cè)器54的光敏面66上。在圖7的實(shí)施例中光敏部位70 是圓形的，但是也可以是矩形、三角形或任意其它的形狀。但是要保證， 使盡可能多的光線可以從遠(yuǎn)的目標(biāo)距離達(dá)到光敏面上。
此外按照?qǐng)D7的實(shí)施例檢測(cè)器54具有第二光敏部位74,它作為近 范圍元件68并且以已經(jīng)描述的方式尤其對(duì)于變短的目標(biāo)距離用于接收 和檢測(cè)測(cè)量信號(hào)分量。
偏移方向61上伸長(zhǎng)的形狀，但是它在圖7的實(shí)施例中具有恒定的側(cè)面 伸展。尤其在使距離平方定理效應(yīng)與或多或少變差的聚焦效應(yīng)方面基本 保持平衡的時(shí)候是這種形狀。
局部表面70和72可以相互連接，尤其是一體地相互構(gòu)成，或者也 可以相互分開(kāi)地構(gòu)成，甚至也可能相互分開(kāi)地控制。但是在所有的實(shí)施 例中是一個(gè)、尤其是一個(gè)相關(guān)的光敏面66,它分別由局部表面70和72 組成。
圖8示出具有在射線偏移方向61上恒定側(cè)面伸展的近范圍元件的 變型。在這個(gè)實(shí)施例中檢測(cè)器的整個(gè)光敏面66具有例如矩形的形狀。 局部表面70和74不相互分界并且無(wú)過(guò)渡地相互過(guò)渡。僅僅為了表明對(duì) 于不同的目標(biāo)距離使用的不同部位在圖8的簡(jiǎn)化示意圖中示出一個(gè)虛線 80,但是它在儀器中當(dāng)然不存在。
圖9示出按照本發(fā)明的檢測(cè)器54的各個(gè)實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)方法。在圖2 至8的實(shí)施例中檢測(cè)器54的有效、即光每丈面66等于整個(gè)斥企測(cè)面，而在 圖9的實(shí)施例中光有效的、即光壽丈;險(xiǎn)測(cè)面66由初始的專吏大的4企測(cè)面82 導(dǎo)出。為此使例如具有矩形檢測(cè)面的半導(dǎo)體檢測(cè)器的光敏表面在一定的 范圍中覆蓋不透光層，由此使半導(dǎo)體檢測(cè)器在這個(gè)覆層部位中無(wú)效，由 此只保留未覆層的半導(dǎo)體檢測(cè)器的局部表面66作為光敏面。這個(gè)有效 的局部表面66能夠在加工工藝中得到各種所期望的形狀，其中尤其也 包括在圖2至9中所示的;f全測(cè)面66。為了產(chǎn)生這種不透光層例如可以在 初始檢測(cè)面的所期望位置上蒸鍍金屬層。也可以通過(guò)機(jī)械掩膜或者曝光 以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)于檢測(cè)器有效面積所要求的形狀。為此當(dāng)然可以牙'J 用專業(yè)人員公知的半導(dǎo)體表面的光學(xué)無(wú)效措施，由此在此無(wú)需詳細(xì)描述 可能的加工方法。
所示實(shí)施例的所有結(jié)構(gòu)形狀是共同的，按照本發(fā)明的檢測(cè)器的近范圍元件的有效、
離不收縮。檢測(cè)器面的準(zhǔn)確形狀隨著發(fā)射裝置光軸距離的增加可能取決 于所期望的測(cè)量范圍，在該范圍中按照本發(fā)明的測(cè)量?jī)x能夠工作。在此 在優(yōu)化光敏部位的尺寸和形狀時(shí)要考慮儀器的準(zhǔn)確幾何形狀和在接收 分支中的光學(xué)成像特性。
按照本發(fā)明的裝置不局限于在描述和附圖中介紹的實(shí)施例。尤其是 按照本發(fā)明的裝置不局限于所示的檢測(cè)器各個(gè)光敏局部表面的形狀和 數(shù)量。有效檢測(cè)面的側(cè)面擴(kuò)展變化也不必連續(xù)地實(shí)現(xiàn)，而是可以間斷地、 例如分級(jí)地實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)測(cè)距的裝置、尤其是手持裝置具有一帶有光源(17，18)的發(fā)射單元(12)，用于發(fā)射光學(xué)測(cè)量射線(13，20，22)到目標(biāo)(15)，并且具有一與發(fā)射單元(12)的光軸(38)間隔的接收單元(14)，它具有至少一帶有檢測(cè)面(66)的光學(xué)檢測(cè)器(54)，用于接收由目標(biāo)(15)返回的光學(xué)射線(16，49，50)，其特征在于，所述檢測(cè)器(54)的檢測(cè)面(66)具有一光學(xué)的近范圍元件(68)，其光學(xué)有效的表面(72，74)在射線偏移方向(61)上對(duì)于變小的目標(biāo)距離(48)延長(zhǎng)并且在與其正交的方向上至少部分地?cái)U(kuò)展或者具有基本恒定的伸長(zhǎng)。
2.如權(quán)^要求i;斤述的裝置:其特征i于，所述檢測(cè)器(54)的光 敏面(66, 70， 72, 74)具有對(duì)稱軸，它位于發(fā)射單元和接收單元的光 軸(38， 51)的y〉共平面(56)里面。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述檢測(cè)器(54) 的光敏面(66， 70, 72， 74)的伸長(zhǎng)至少這樣大，使得由目標(biāo)(15)返 回的射線(16， 49)的測(cè)量光斑(58)以大的目標(biāo)5巨離完全4企測(cè)。
4. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述檢測(cè)器 (54)的光敏面(66, 70, 72， 74)的伸長(zhǎng)在垂直于接收單元(14)的光軸(51 )的方向上至少這樣大，使得由目標(biāo)(15)在近范圍中返回的 測(cè)量射線(50)至少部分地還落入到光敏面(72, 74)上。
5. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述檢測(cè)器 (54)的有效光敏面(66, 70, 72, 74)通過(guò)部分地遮蓋較大的、光敏的檢測(cè)器面(82)構(gòu)成。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述檢測(cè)器(54)的有 效光敏面(66, 70, 72, 74 )通過(guò)在初始較大的光敏檢測(cè)器面(72 )上 部分地涂敷不透光的光學(xué)覆層(84)構(gòu)成。
7. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述光源 (17， 18 )是激光、尤其是激光二極管(18 ) u
8. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置、尤其如權(quán)利要求7所述的 裝置，其特征在于，所述光源(7, 18)發(fā)射在對(duì)于人眼可見(jiàn)的電磁波 光語(yǔ)的波長(zhǎng)范圍中的射線u
全文摘要
本發(fā)明涉及一個(gè)用于光學(xué)測(cè)距的裝置、尤其是手持裝置具有一個(gè)帶有光源(17，18)的發(fā)射單元(12)，用于發(fā)射光學(xué)測(cè)量射線(13，20，22)到目標(biāo)(15)，并且具有一個(gè)與發(fā)射單元(12)的光軸(38)間隔的接收單元(14)，它具有至少一個(gè)帶有檢測(cè)面(66)的光學(xué)檢測(cè)器(54)，用于接收由目標(biāo)(15)返回的光學(xué)射線(16，49，50)。按照本發(fā)明建議，所述檢測(cè)器(54)的檢測(cè)面(66)具有一個(gè)光學(xué)的近范圍元件(68)，其光學(xué)有效的表面(72，74)在射線偏移方向(61)上對(duì)于變小的目標(biāo)距離(48)延長(zhǎng)并且擴(kuò)展或者具有基本恒定的伸長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G01S7/481GK101405613SQ200780009991
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者B·哈斯, J·斯蒂爾, K·倫茨, P·沃爾夫, U·斯庫(kù)特蒂-貝茨 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司