專利名稱：用于距離測量的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I前序部分所述的用于測量基準(zhǔn)標(biāo)記與目標(biāo)物體之間的距離的測量裝置。
背景技術(shù)：
激光測距系統(tǒng)用測量裝置包括構(gòu)造成射束源的電子光學(xué)部件、構(gòu)造成探測器的另外的電子光學(xué)部件和具有發(fā)射光學(xué)器件和接收光學(xué)器件的射束整形系統(tǒng)。射束源和發(fā)射光學(xué)器件被稱為發(fā)射裝置，以及探測器和接收光學(xué)器件被稱為接收裝置。射束源沿光軸發(fā)射激光射束，該激光射束從發(fā)射光學(xué)器件對準(zhǔn)目標(biāo)物體。被目標(biāo)物體反射和/或散射的接收射束被接收光學(xué)器件整形并且沿光軸對準(zhǔn)探測器。測量裝置被分為旁軸設(shè)置結(jié)構(gòu)和共軸設(shè)置結(jié)構(gòu)，在旁軸設(shè)置結(jié)構(gòu)中，發(fā)射裝置和接收裝置的光軸平行錯(cuò)開地延伸，在共軸設(shè)置結(jié)構(gòu)中，發(fā)射裝置和接收裝置的光軸重疊并且借助射束分裂光學(xué)器件被分離。在共軸設(shè)置結(jié)構(gòu) 中，發(fā)射光學(xué)器件和接收光學(xué)器件被整合(集成)在共同的射束整形光學(xué)器件中，該射束整形光學(xué)器件對激光射束和接收射束進(jìn)行整形。EP 1351070A1公開了一種已知的具有發(fā)射裝置和接收裝置的旁軸設(shè)置結(jié)構(gòu)的測量裝置。射束源、發(fā)射光學(xué)器件和接收光學(xué)器件被固定在本身剛性的光學(xué)器件支架上。探測器被固定在印刷電路板上，該印刷電路板通過螺栓連接機(jī)械剛性地與光學(xué)器件支架相連。光學(xué)器件支架包括三個(gè)用于固定射束源、發(fā)射光學(xué)器件和接收光學(xué)器件的安裝座。射束源和接收光學(xué)器件被置入光學(xué)器件支架中的安裝座中直到止動(dòng)部位并且可能的情況下利用粘合連接被固定在光學(xué)器件支架中。發(fā)射光學(xué)器件在光學(xué)器件支架中可以沿其光軸加以調(diào)整并且在射束源接通的情況下被校準(zhǔn)，以及在校準(zhǔn)過的位置中與光學(xué)器件支架粘合連接。探測器在射束源接通的情況下通過機(jī)器手相對光學(xué)器件支架沿所有三個(gè)空間方向中被推移，即沿其光軸方向和在垂直于所述光軸的平面內(nèi)，直到接收射束入射到探測器的事先確定的區(qū)域內(nèi)為止。接著，探測器通過釬焊連接被固定在印刷電路板上被校準(zhǔn)的位置中。通過使用釬焊連接片和擴(kuò)大的接觸面的校準(zhǔn)縫隙平衡校準(zhǔn)誤差。在發(fā)射裝置與接收裝置為旁軸設(shè)置結(jié)構(gòu)的測量裝置中，弊端在于發(fā)射光學(xué)器件和接收光學(xué)器件在空間上被并排設(shè)置并且兩個(gè)光學(xué)器件在垂直于光軸的平面內(nèi)的空間需求大于共軸設(shè)置結(jié)構(gòu)的情況。另外，發(fā)射裝置與接收裝置的光軸之間的被稱為視差的平行偏移在至目標(biāo)物體的距離短時(shí)導(dǎo)致接收射束在探測器的有效面上的影像隨著從接收光學(xué)器件的光軸的距離的減少而發(fā)生偏移并且探測器平面內(nèi)的射束橫截面遭到擴(kuò)大。由于發(fā)射裝置與接收裝置的光軸之間的平行偏移的原因，在發(fā)射裝置和接收裝置的旁軸設(shè)置結(jié)構(gòu)的測量裝置中需要昂貴的多焦點(diǎn)接收光學(xué)器件或者縱向尺寸比較大的分段式探測器。通過多焦點(diǎn)接收光學(xué)器件得到如下保障，即與來自遠(yuǎn)距區(qū)域的光相比，來自近距區(qū)域的光通過接收光學(xué)器件的局部較強(qiáng)的折光力被較強(qiáng)地折射并且盡管存在接收射束偏移還是至少部分地達(dá)到探測器?？v向尺寸比較大的分段式探測器使得偏移的接收射束也依然能夠被檢測到。
發(fā)射裝置與接收裝置的共軸設(shè)置結(jié)構(gòu)的測量裝置與旁軸設(shè)置結(jié)構(gòu)相比具有無視差(Parallaxefreiheit)的優(yōu)點(diǎn)。不過其缺點(diǎn)在于，由于同一個(gè)通道被用于發(fā)射路徑和接收路徑，所以從射束源到探測器產(chǎn)生光學(xué)串?dāng)_。光學(xué)串?dāng)_導(dǎo)致循環(huán)的測距誤差，即測量誤差，該測量誤差隨著距離的變化而周期性地變化。為了減少光學(xué)串?dāng)_的問題以及減少光在近距區(qū)域中的氣體粒子上或者氣溶膠上的過度散射，DE 20380221U1提出一種整合的光學(xué)部件，該部件對激光射束和接收射束進(jìn)行如此整形，即它們彼此圍繞，但是在近距區(qū)域內(nèi)并不高度交疊。其缺點(diǎn)在于，光學(xué)部件被構(gòu)造成大口徑和大焦距的透鏡，該透鏡又要求有效面大的探測器?？傮w上DE 20380221U1的構(gòu)造不適于構(gòu)成經(jīng)濟(jì)的和緊湊的激光測距系統(tǒng)用的測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
希望能夠針對上述不足之處改良測量裝置。本發(fā)明的目的就在于，提供一種經(jīng)濟(jì)的和緊湊的、激光測距系統(tǒng)用的測量精度高的測量裝置，其中，該測量裝置應(yīng)該可以用于近距區(qū)域和遠(yuǎn)距區(qū)域內(nèi)。 對于開頭所提及的測量裝置，上述目的根據(jù)本發(fā)明通過獨(dú)立權(quán)利要求I的特征得以實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中對本發(fā)明的有益發(fā)展進(jìn)行了闡述。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置有一光學(xué)器件支架，該光學(xué)器件支架具有用于固定電子光學(xué)部件中的第一電子光學(xué)部件的第一安裝座和用于固定射束整形光學(xué)器件的第二安裝座，其中，該光學(xué)器件支架是構(gòu)造為整體式的。那些必須被供電才能運(yùn)行的、并將電流轉(zhuǎn)化為光或者將光轉(zhuǎn)化為電流的光學(xué)部件，諸如射束源或者探測器，被稱為電子光學(xué)部件。該整體式光學(xué)器件支架由一種材料構(gòu)成，且并非由多個(gè)單件組合而成。整體式光學(xué)器件支架在第一與第二連接對象之間沒有連接區(qū)域。與多部件的光學(xué)器件支架相比，整體式光學(xué)器件支架的優(yōu)點(diǎn)在于，光學(xué)器件支架在溫度影響下變化均勻，在該光學(xué)器件支架中沒有由于不同的材料特性而與溫度相關(guān)地變化不同的區(qū)域。測量裝置的穩(wěn)定性通過整體式光學(xué)器件支架得以提高。光學(xué)部件可以精確地相互校準(zhǔn)并且經(jīng)校準(zhǔn)的位置在不同環(huán)境條件下保持不變。光學(xué)部件相互定位校準(zhǔn)得越精確和越穩(wěn)定，探測器的有效面、高測量功率所需的接收光學(xué)器件的尺寸和整體測量裝置就可以構(gòu)造得越小。由于探測器的有效面小，被檢測到的干擾雜光或者陽光就少。反之，通過縮小接收光學(xué)器件的焦距，卻由于較大的視場角之故，更多的干擾雜光或者陽光會(huì)被檢測到。探測器的小的有效面至少部分地抵消接收光學(xué)器件的被縮小的焦距的影響。優(yōu)選的是，電子光學(xué)部件中的第一電子光學(xué)部件和射束整形光學(xué)器件至少在測量裝置的校準(zhǔn)過程中可以在其安裝座中沿相配的光軸的方向進(jìn)行調(diào)整。通過電子光學(xué)部件和射束整形光學(xué)器件相對光學(xué)器件支架沿基本上平行于各自所屬光軸延伸的調(diào)整方向的可調(diào)整性，避免了印刷電路板與電子光學(xué)部件中的第二電子光學(xué)部件之間的間隙，該間隙必須通過釬焊連接片搭接。避免釬焊連接片的形成提高了電子光學(xué)部件的機(jī)械固定的可靠性并且改善了測量裝置的高頻特性。在本發(fā)明的優(yōu)選的發(fā)展設(shè)計(jì)中，電子光學(xué)部件中第二電子光學(xué)部件被設(shè)置在印刷電路板上，其中，該印刷電路板通過連接裝置可以與光學(xué)器件支架相連接。電子光學(xué)部件中的第二電子光學(xué)部件可以在基本上垂直于激光射束或者接收射束的光軸的平面內(nèi)調(diào)節(jié)并且能被固定在被校準(zhǔn)的位置中，所述射束是配屬于電子光學(xué)部件中的第二電子光學(xué)部件。所述平面，在該平面中電子光學(xué)部件中的第二電子光學(xué)部件能被調(diào)節(jié)，基本上垂直于相配的光軸延伸。只要由此所產(chǎn)生的相對射束整形光學(xué)器件的間距變化不超過允許值的話，直角的微小誤差是允許的。在垂直于接收射束(探測器作為電子光學(xué)部件中的第二電子光學(xué)部件)的平面內(nèi)校準(zhǔn)行程為500 μ m和角偏差為1°時(shí)，例如產(chǎn)生約為IOym的相對射束整形光學(xué)器件的間距變化。該間距變化導(dǎo)致焦點(diǎn)位置的偏移，在測量裝置的校準(zhǔn)過程中是不希望出現(xiàn)該偏移的。角偏差只能允許在如下的量級(jí)內(nèi)，即在測量裝置的校準(zhǔn)過程中所產(chǎn)生的焦點(diǎn)位置的偏移還在容許范圍內(nèi)。設(shè)置于光學(xué)器件支架中的光學(xué)和電子光學(xué)部件可以沿各自相配的光軸的方向調(diào)節(jié)，就是說部件的調(diào)整方向基本上與光軸平行延伸。例如由于光學(xué)器件支架的加工誤差所產(chǎn)生的平行度誤差是容許的。優(yōu)選地，用于固定射束整形光學(xué)器件的第二安裝座具有第一支承面、第二支承面和夾緊面，其中，所述支承面和夾緊面被整合在光學(xué)器件支架中。一個(gè)支承區(qū)域被定義為支承面，該支承區(qū)域通過射束整形光學(xué)器件的重力起作用，以及一個(gè)支承區(qū)域被定義為夾緊面，該支承區(qū)域不是通過射束整形光學(xué)器件的重力，而是通過一個(gè)附加的力起作用。通過所述支承面和所述夾緊面確保射束整形光學(xué)器件在校準(zhǔn)過程中可以精確地調(diào)節(jié)并且能被固 定在被校準(zhǔn)的位置中。作為可選，射束整形光學(xué)器件可附加地通過粘合連接與光學(xué)器件支架相連接。通過附加的粘合連接確保如下，即在很強(qiáng)的機(jī)械負(fù)荷下，例如測量裝置自由落下，被校準(zhǔn)的位置保持不變。特別優(yōu)選光學(xué)器件支架具有一個(gè)彈簧元件，該彈簧元件構(gòu)成射束整形光學(xué)器件用的夾緊面。通過將該彈簧元件連同夾緊面整合在光學(xué)器件支架中確保射束整形光學(xué)器件用的第二安裝座在溫度影響下均勻變化，并且保障了力被均勻地導(dǎo)入射束整形光學(xué)器件中。第二安裝座優(yōu)選具有至少一個(gè)導(dǎo)向面，該導(dǎo)向面被整合在光學(xué)器件支架中。通過該附加的導(dǎo)向面，射束整形光學(xué)器件的定位得到改善并且降低了該射束整形光學(xué)器件被傾斜地引入光學(xué)器件支架的第二安裝座中的風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)向面保障了射束整形光學(xué)器件精確地被定位在激光射束的光路中。光學(xué)部件相互之間定位越準(zhǔn)確和越穩(wěn)定，探測器的有效面、接收光學(xué)器件的焦距以及由此測量裝置就可以構(gòu)造得越小。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，光學(xué)器件支架具有用于固定射束分裂光學(xué)器件的、帶有三個(gè)支承區(qū)域的第三安裝座，其中所述支承區(qū)域被整合在光學(xué)器件支架中。為了在空間上將激光射束與接收射束相互分開，在共軸設(shè)置結(jié)構(gòu)中至少部分地使激光射束或者接收射束偏轉(zhuǎn)的射束分裂光學(xué)器件是必要的。射束分裂光學(xué)器件例如被構(gòu)造成偏振射束分裂器。特別優(yōu)選的是，第一和第二支承區(qū)域被構(gòu)造成楔形的槽以及第三支承區(qū)域被構(gòu)造成平坦的支承面并且射束分裂光學(xué)器件借助夾緊元件被卡緊在所述支承面上。所述夾緊元件例如被構(gòu)造成彈簧元件并且被如此設(shè)置，即彈力盡可能地作用在平坦的支承面上。通過射束分裂光學(xué)器件在兩個(gè)楔形槽中的支承保障了各個(gè)壓緊力和支承反力盡可能反向地作用在射束分裂光學(xué)器件上和防止該射束分裂光學(xué)器件拱曲。射束分裂光學(xué)器件相對其他光學(xué)部件的定位越準(zhǔn)確和越穩(wěn)定，探測器的有效面、接收光學(xué)器件的焦距以及由此測量裝置就可以構(gòu)造得越小。在另一可選的優(yōu)選實(shí)施方式中，射束分裂光學(xué)器件被構(gòu)造成包括開口和反射涂層的孔鏡，其中，所述開口被整合在光學(xué)器件支架中，所述反射涂層包圍該孔鏡。所述反射涂層可以通過表面覆層法直接被涂覆在光學(xué)器件支架的面上。通過射束分裂光學(xué)器件的這種構(gòu)造可以放棄固定偏振射束分裂器所需的夾緊元件。由于涂覆反射涂層的面被整合在光學(xué)器件支架中，保障了射束分裂光學(xué)器件和光學(xué)器件支架在溫度影響下均勻變化以及防止該射束分裂光學(xué)器件偏轉(zhuǎn)。測量裝置的穩(wěn)定性得以提高，而同時(shí)降低了射束分裂光學(xué)器件的裝配費(fèi)用和校準(zhǔn)費(fèi)用。裝配費(fèi)用和校準(zhǔn)費(fèi)用的降低的結(jié)果是測量裝置制造成本的下降。優(yōu)選在射束源與射束分裂光學(xué)器件之間的激光射束的光路中設(shè)置一個(gè)光闌，該光闌被整合在光學(xué)器件支架中。在這種情況下射束分裂光學(xué)器件例如被構(gòu)造成偏振射束分裂器、孔鏡或者其他合適的射束分裂光學(xué)器件。光闌用作限制射束源的視場角或者數(shù)值孔徑和使激光射束的幾何形狀與射束分裂光學(xué)器件和射束整形光學(xué)器件相匹配。在射束源與射束分裂光學(xué)器件之間優(yōu)選作為可選或者作為對光闌的補(bǔ)充設(shè)置一個(gè)光阱，該光阱被整合在光學(xué)器件支架中。光阱用作吸收入射的射束源的光及防止非預(yù)期的反射。通過光闌和/或 光阱減少了從射束源到探測器的光學(xué)的和電的串?dāng)_。通過將光闌和/或光阱整合在光學(xué)器件支架中降低了校準(zhǔn)費(fèi)用。在加工制造光學(xué)器件支架中用于光學(xué)部件的安裝座時(shí)，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光闌和光阱相對射束源的校準(zhǔn)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，光學(xué)器件支架由金屬材料構(gòu)成。金屬光學(xué)器件支架使電子光學(xué)部件之間產(chǎn)生電屏蔽以及降低射束源與探測器之間的電串?dāng)_。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，光學(xué)器件支架被構(gòu)造成壓鑄件。構(gòu)造為壓鑄件的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠高精度地制造復(fù)雜的幾何形狀。壓鑄件具有光滑清潔的表面和棱邊。此外，與諸如噴射鑄造或者其他金屬(例如鋁)壓鑄的制造方法相比，特別是利用鋅的壓鑄法允許制造更小的壁厚。通過制造成壓鑄件，綜合功能諸如彈簧元件或者孔可以在不需昂貴的后續(xù)加工的情況下被整合在光學(xué)器件支架中。因此降低了光學(xué)器件支架的制造成本并且可以構(gòu)成經(jīng)濟(jì)的測量裝置。特別優(yōu)選的是，光學(xué)器件支架構(gòu)造成由鋅或者鋅合金構(gòu)成的壓鑄件，鋅合金被概述為概念“鋅”。鋅能夠在壓鑄法中被高精度地加工并且另外還具有高的溫度穩(wěn)定性，這樣，激光測距系統(tǒng)常常遭受的溫度波動(dòng)對校準(zhǔn)狀態(tài)和由此對激光測距系統(tǒng)的測量特性僅僅產(chǎn)生微小的影響。對于鋅，可以進(jìn)行多種表面涂覆，這樣，反射或者吸收涂層可以直接被涂覆在光學(xué)器件支架上。另外鋅還具有良好的電屏蔽特性。


下文借助附圖來說明本發(fā)明的一些實(shí)施例。該附圖并非必須按比例繪示各實(shí)施例，具體而言，附圖為了有助于闡釋，是以示意性的和/或略微變樣的形式進(jìn)行說明的。對于由附圖能夠直接看出的教導(dǎo)的補(bǔ)充，可參閱相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。同時(shí)應(yīng)該考慮到，針對某一實(shí)施形式的方式和細(xì)節(jié)可以進(jìn)行各種各樣的變型和改變，而并不脫離發(fā)明的總的思想。在說明書、附圖以及權(quán)利要求書中所公開的發(fā)明特征，無論是它們本身單獨(dú)存在還是任意組合，對于本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展設(shè)計(jì)都可能是重要的。此外，由在說明書、附圖和/或權(quán)利要求書中所公開的特征的至少兩個(gè)構(gòu)成的全部組合均落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。本發(fā)明的總的思想并不局限于以下圖示的和描述的優(yōu)選實(shí)施形式的確切方式或細(xì)節(jié)，或者并不局限于一種與權(quán)利要求書中主張的方案主題相比是受到限制的方案主題。對于所給出的尺寸數(shù)值范圍，應(yīng)該認(rèn)為也公開了處在所說極限內(nèi)的值作為極值，并且可以任意使用以及可以提出權(quán)利要求。為了簡單起見，以下對于相同的或類似的部件或者具有相同或類似功能的部件均采用同樣的附圖標(biāo)記。附圖中圖I示出的是本發(fā)明的具有測量裝置的激光測距系統(tǒng)；圖2示出的是一測量裝置，其包括被置入整體式光學(xué)器件支架中并且發(fā)射激光射束的射束源、被設(shè)置在印刷電路板的朝向光學(xué)器件支架的前面上并且接收接收射束的探測器和使激光射束與接收射束分離的射束分裂光學(xué)器件；圖3A、B示出的是圖2所示的整體式光學(xué)器件支架與射束源用的整合的安裝座(圖3A)和射束整形光學(xué)器件用的整合的安裝座(圖3B)，該射束整形光學(xué)器件用于激光射束和接收射束的整形； 圖4示出的是圖2所示的整體式光學(xué)器件支架與被構(gòu)造成偏振射束分裂器的射束分裂光學(xué)器件用的整合的安裝座，該射束分裂光學(xué)器件用于激光射束與接收射束的分離；以及圖5示出的是整體式光學(xué)器件支架的可選實(shí)施方式與被構(gòu)造成孔鏡的射束分裂光學(xué)器件，該射束分裂光學(xué)器件被整合在光學(xué)器件支架中。
具體實(shí)施例方式圖I示出的是激光測距系統(tǒng)I的三維視圖。該激光測距系統(tǒng)I包括殼體2，可以測量至目標(biāo)物體4的距離的測量裝置3，用于顯示測量距離的顯示裝置5和用于啟動(dòng)距離測量和調(diào)節(jié)該激光測距系統(tǒng)I的操作裝置6。測量裝置3被設(shè)置在殼體2的內(nèi)部，而顯示裝置和操作裝置5、6被嵌入該殼體2的上側(cè)面7中。該上側(cè)面7和殼體2的與該上側(cè)面7相對的下側(cè)面8構(gòu)成激光測距系統(tǒng)I的最大殼體表面。為了構(gòu)成緊湊的激光測距系統(tǒng)1，殼體2的與上側(cè)面7連接的前面和后面9、10以及側(cè)面11、12被構(gòu)造得盡可能小。測量裝置3發(fā)射激光射束13，該激光射束對準(zhǔn)目標(biāo)物體4。被該目標(biāo)物體4反射和/或散射的接收射束14被測量裝置3檢測到。由接收射束14與從激光射束13輸出耦合的基準(zhǔn)射束之間的時(shí)差計(jì)算得出至目標(biāo)物體4的距離。激光射束13通過輸出耦合口 15從殼體2中射出，該輸出耦合口被嵌入殼體2的前面9中。激光射束13的光軸被調(diào)準(zhǔn)近乎垂直于前面9。來自目標(biāo)物體4的接收射束14通過輸出耦合口 15射入激光測距系統(tǒng)I中。與位于激光測距系統(tǒng)I上的基準(zhǔn)標(biāo)記相關(guān)地進(jìn)行至目標(biāo)物體4的距離測量。在激光測距系統(tǒng)I中前面9或者后面10被用作基準(zhǔn)標(biāo)記。通過轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行基準(zhǔn)標(biāo)記之間的轉(zhuǎn)換。圖2示出的是測量裝置3，該測量裝置包括光學(xué)組件21和印刷電路板22。光學(xué)組件21具有光學(xué)器件支架23，該光學(xué)器件支架通過連接裝置24與印刷電路板22相連接。光學(xué)器件支架23構(gòu)造成由一種材料構(gòu)成的整體式光學(xué)器件支架而并非由多個(gè)單件組合而成。整體式光學(xué)器件支架沒有第一與第二連接對象之間的連接區(qū)域。與多部件的光學(xué)器件支架相比，整體式光學(xué)器件支架的優(yōu)點(diǎn)在于，光學(xué)器件支架在溫度影響下變化均勻，在該光學(xué)器件支架中沒有由于不同的材料特性而與溫度相關(guān)地變化不同的區(qū)域。光學(xué)器件支架23由一種金屬材料制成，例如鋅。金屬光學(xué)器件支架23使電子光學(xué)部件之間產(chǎn)生電屏蔽并且降低射束源與探測器之間的電串?dāng)_。在金屬壓鑄法中鋅可以被高精度地加工并且另外具有高的溫度穩(wěn)定性，這樣激光測距系統(tǒng)常常遭受的溫度波動(dòng)對校正狀態(tài)和由此對測量特性僅僅產(chǎn)生微小的影響。印刷電路板22是電子部件和電子光學(xué)部件的支承體并且用作機(jī)械固定和電氣連接。印刷電路板由電絕緣材料構(gòu)成，例如纖維加強(qiáng)塑料，聚四氟乙烯或者陶瓷，設(shè)置有導(dǎo)體電路。各構(gòu)件被焊接在焊接表面上或者焊接孔中，并且通過這種方式同時(shí)保持機(jī)械固定和電氣連接。較大的構(gòu)件可以通過粘合連接或者螺栓連接被固定在印刷電路板22上。除了印刷電路板22和整體式光學(xué)器件支架23之外，測量裝置3包括被構(gòu)造成射束源的電子光學(xué)部件25、被構(gòu)造成探測器的另外的電子光學(xué)部件26、射束整形光學(xué)器件27、射束分裂光學(xué)器件28以及控制和數(shù)據(jù)處理裝置29。射束源25被構(gòu)造成激光二極管，該激光二極管產(chǎn)生可見光譜內(nèi)的激光射束，例如波長為635nm的紅色激光射束或者波長為532nm的綠色激光射束。探測器26被構(gòu)造成光電二極管，其中該光電二極管26的特性與激 光二極管25相匹配?？刂坪蛿?shù)據(jù)處理裝置29與射束源25和探測器26相連接，并且借助數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)基準(zhǔn)射束與由探測器26檢測到的接收射束14之間的時(shí)差確定出至目標(biāo)物體4的距離。射束整形光學(xué)器件27被構(gòu)造成透鏡，該透鏡既對射出的激光射束13也對反射的和/或散射的接收射束14進(jìn)行整形。借助射束分裂光學(xué)器件28，來自射束源25的激光射束13與被反射的和/或被散射的接收射束14在空間上被分離。射束分裂光學(xué)器件28被設(shè)置在射束源25與射束整形光學(xué)器件27之間的激光射束13的光路中和被設(shè)置在射束整形光學(xué)器件27與探測器26之間的接收射束14的光路中。射束分裂光學(xué)器件28的任務(wù)在于使發(fā)射的激光射束13的光軸31與入射到探測器26上的接收射束14的光軸32相互不同。配屬于射束整形光學(xué)器件27的光軸33構(gòu)成了激光射束13和接收射束14的共用光軸。在圖2所的實(shí)施方式中，射束分裂光學(xué)器件28被構(gòu)造成偏振射束分裂器,該偏振射束分裂器被構(gòu)造成對于發(fā)射的激光射束13的帶偏振方向的射線來說主要是透射的而對于非偏振化的射線來說是部分反射的。在目標(biāo)物體4上被反射的射線(接收射束的被反射部分)具有聞強(qiáng)度并且具有與發(fā)射的激光射束13相同的偏振方向,在目標(biāo)物體4上被散射的射線(接收射束的被散射部分)未被偏振化。對于偏振化射線的透射比例如大于約80%并且對于偏振化射線的反射比小于大約20% ;對于非偏振化的射線的反射比約為50%。激光射束在射束分裂光學(xué)器件28上被透射的部分越大,該激光在目標(biāo)物體4上的可見度就越好。由于對于偏振化的射線的反射比小于約20%，所以被反射的射線受到強(qiáng)阻尼，并防止了探測器 26 過調(diào)((Jbersteiiern )。光學(xué)器件支架23具有射束源25用的第一安裝座35，射束整形光學(xué)器件27用的第二安裝座36和射束分裂光學(xué)器件28用的第三安裝座37。射束源25和射束整形光學(xué)器件27在其安裝座35、36中至少在測量裝置3的校準(zhǔn)過程中分別能夠沿往方向和/或返方向38、39相對相配的光軸31、33平行地調(diào)整，其中，該往方向和/或返方向38、39也被稱為調(diào)整方向。在圖2所示的實(shí)施結(jié)構(gòu)中，射束源25的光軸31和射束整形光學(xué)器件27的光軸33被平行設(shè)置。作為可選，射束源25的光軸與射束整形光學(xué)器件27的光軸可以成一定角度設(shè)置，例如相互垂直。在這種情況下，調(diào)整方向是相互不同的，沿該調(diào)整方向射束源25和射束整形光學(xué)器件27被構(gòu)造成可調(diào)整的。通過射束分裂光學(xué)器件28的光學(xué)特性進(jìn)行如下調(diào)節(jié)，即入射的激光射束和/或接收射束的哪部分被反射和/或被透射。在激光射束13的光路中，在射束源25與射束分裂光學(xué)器件28之間設(shè)置有光闌41，該光闌被整合在整體式光學(xué)器件支架23中。光闌41用作限制射束源25的視場角或者數(shù)值孔徑以及使激光射束13的幾何形狀與射束分裂光學(xué)器件28和射束整形光學(xué)器件27相匹配。在射束源25與光闌41之間設(shè)置有光講42,該光講如同光闌41 一樣被整合在整體式光學(xué)器件支架23中。光阱42用作吸收入射的光及防止非預(yù)期的反射。為此光阱42在內(nèi)側(cè)面上設(shè)置有低反射率的(reflexarm)吸收涂層。通過光闌41和光阱42減少了從射束源25到探測器26的光學(xué)的和電的串?dāng)_。探測器26是設(shè)置在印刷電路板22的面向光學(xué)器件支架23的前面43上并且通過釬焊連接與印刷電路板22材料接合地相連，該探測器26例如在制造印刷電路板22時(shí)能夠被自動(dòng)配置并且與該印刷電路板22釬焊連接。所述探測器26僅僅與印刷電路板22相連接及被機(jī)械固定，沒有使該探測器26直接與光學(xué)器件支架23連接的連接工具。光學(xué)器件 支架23被構(gòu)造成在組裝狀態(tài)中面向探測器26的一側(cè)至少在該探測器26的區(qū)域內(nèi)是敞開的并且以第一接觸面44通過連接裝置24與印刷電路板22的第二接觸面45相連接。印刷電路板22與光學(xué)器件支架23之間的連接裝置24被構(gòu)造成至少在探測器26的校準(zhǔn)過程中是可以拆卸的。借助光學(xué)儀器對測量裝置3進(jìn)行校準(zhǔn)，該光學(xué)儀器包括一個(gè)透鏡和一個(gè)數(shù)碼相機(jī)芯片(Kamerachip)，該相機(jī)芯片被設(shè)置在所述透鏡的聚焦面內(nèi)。光學(xué)儀器被調(diào)節(jié)到所期望的目標(biāo)距離范圍上，其中該目標(biāo)距離可以被調(diào)節(jié)在有限遠(yuǎn)上，例如10m，或者無限遠(yuǎn)上。測量裝置3被如此地設(shè)置在所述透鏡前，即該透鏡接收到由射束整形光學(xué)器件27整形的激光射束和探測器26的有效面的影像并且顯示在相機(jī)芯片上。在該相機(jī)芯片上同時(shí)既顯示激光射束也顯示探測器26的有效面的影像。測量裝置3的校準(zhǔn)分兩步進(jìn)行在第一步中對光學(xué)器件支架23中的電子光學(xué)部件或者光學(xué)部件25、27、28沿其各自的調(diào)整方向38、39進(jìn)行校準(zhǔn)和在所述光學(xué)器件支架23被校準(zhǔn)后在第二步中在垂直于相配的光軸32的平面內(nèi)對探測器26進(jìn)行校準(zhǔn)。光學(xué)器件支架23中的第一和第二安裝座35、36被如此構(gòu)造，即電子光學(xué)部件25和射束整形光學(xué)器件27基本上只能夠沿其調(diào)整方向38、39進(jìn)行調(diào)整，不能在垂直于光軸31、33的平面內(nèi)調(diào)整。在第一步中，首先射束分裂光學(xué)器件28被置入第三安裝座37中并且被一個(gè)彈簧元件固定或者卡緊。然后射束源25和射束整形光學(xué)器件27被置入它們的安裝座35、36中。為了校準(zhǔn)射束整形光學(xué)器件27和射束源25，印刷電路板22的第二接觸面45被置入與光學(xué)器件支架23的第一接觸面44止動(dòng)的部位并且通過連接裝置24與光學(xué)器件支架23可拆卸地相連接。射束整形光學(xué)器件27沿其調(diào)整方向39被移動(dòng)，直至被調(diào)節(jié)于所期望的目標(biāo)距離范圍上的光學(xué)儀器通過該射束整形光學(xué)器件27檢測到探測器26的有效面的清晰的影像為止，其中，該影像在高對比度下是清晰的。在最大影像清晰度的情況下射束整形光學(xué)器件27與探測器26的有效面相關(guān)地被校準(zhǔn)在與光學(xué)儀器的目標(biāo)距離相符的所期望的距離上。射束整形光學(xué)器件27用的第二安裝座36例如被構(gòu)造成壓配合，且該射束整形光學(xué)器件27通過所述壓配合36的夾緊力被固定；在克服所述壓配合36的夾緊力的足夠高的壓力下使射束整形光學(xué)器件27沿調(diào)整方向39移動(dòng)。作為壓配合以外的選擇或者對壓配合的補(bǔ)充，射束整形光學(xué)器件27可以材料接合地、例如借助粘合連接與光學(xué)器件支架23連接。在射束整形光學(xué)器件27之后，對射束源25進(jìn)行校準(zhǔn)。該射束源25發(fā)射激光射束，該激光射束借助所述光學(xué)儀器被觀測。射束源25沿其調(diào)整方向38被移動(dòng)，直到光學(xué)儀器通過射束整形光學(xué)器件27檢測到所述激光射束的最小焦點(diǎn)為止。在這種情況下激光射束的光束腰處于所期望的距離中。用于射束源25的第一安裝座35例如被構(gòu)造成壓配合并且該射束源25通過所述壓配合的夾緊力被固定；在克服所述壓配合35的夾緊力的足夠高的壓力下使射束源25沿調(diào)整方向38移動(dòng)。作為壓配合以外的選擇或者對壓配合的補(bǔ)充，射束源25可以材料接合地、例如借助粘合連接與光學(xué)器件支架23連接。在光學(xué)器件支架23中的電子光學(xué)部件和光學(xué)部件25、27、28進(jìn)行校準(zhǔn)之后，對探測器26進(jìn)行校準(zhǔn)。由于探測器26通過釬焊連接材料接合地與印刷電路板22相連，所以通過該印刷電路板22相對光學(xué)器件支架23對探測器26進(jìn)行校準(zhǔn)。為此光學(xué)器件支架23與印刷電路板22之間的、被構(gòu)造成至少在測量裝置3的校準(zhǔn)過程中可以拆卸的連接裝置24 被擰松。射束源25被接通并且發(fā)射出激光射束，該激光射束與探測器26的有效面的影像共同被光學(xué)儀器檢測到。激光射束在相機(jī)芯片上構(gòu)成焦點(diǎn)，探測器26的有效面構(gòu)成清晰的影像，該影像與激光射束的焦點(diǎn)重疊。印刷電路板22在垂直于接收射束的光軸32定位的平面內(nèi)被移動(dòng)，直到激光射束在相機(jī)芯片上的焦點(diǎn)處于探測器26的有效面的一定的區(qū)域內(nèi)為止。在這種情況下激光射束的焦點(diǎn)的位置與聚焦在探測器26上的接收射束的位置相一致，該接收射束由被設(shè)置在光學(xué)儀器的目標(biāo)距離內(nèi)的目標(biāo)物體散射。在探測器26在垂直于光軸32的平面內(nèi)被校準(zhǔn)的過程中，印刷電路板22通過第二接觸面45與光學(xué)器件支架23的第一接觸面44保持接觸。第一接觸面44扮演著用于印刷電路板22的沿光軸32方向的止推面的角色。通過所述止推面44保障如下，即探測器26沿光軸32方向的位置在探測器26的校準(zhǔn)過程中保持恒定或者不變。最后，印刷電路板22與光學(xué)器件支架23在校準(zhǔn)位置中被連接。在這種情況下分為兩個(gè)步驟進(jìn)行連接在第一步中印刷電路板22在不受力的情況下(kraftfrei)通過粘合連接與光學(xué)器件支架23被連接。在第二步中該印刷電路板22通過螺栓連接附加地與所述光學(xué)器件支架23連接。通過這種方式可以利用粘合連接與螺栓連接的優(yōu)點(diǎn)。在粘合連接的情況下，力從一個(gè)連接對象面式地傳遞給另一連接對象；粘合連接不需改變連接對象并且在許多情形中能夠在不損傷連接對象的情況下是可逆的。不過粘合連接在溫度影響下會(huì)發(fā)生變化，在低溫情況下粘合連接會(huì)發(fā)生脆變和在高溫情況下粘合連接會(huì)發(fā)生軟化。在螺栓連接中，在連接對象上產(chǎn)生應(yīng)力集中，而同時(shí)它們之間的空間幾乎無助于傳遞力。不過螺栓連接僅僅遭受微小的溫度影響并且另外形成光學(xué)器件支架與印刷電路板之間的電連接。圖3A示出的是射束源25的視圖中的整體式光學(xué)器件支架23，該射束源被置入光學(xué)器件支架23的第一安裝座35中。為了校準(zhǔn)，射束源25能夠在第一安裝座35中沿調(diào)整方向38被移動(dòng)。用于將射束源25固定在光學(xué)器件支架23上的第一安裝座35被構(gòu)造成具有三個(gè)支承區(qū)域51、52、53的三點(diǎn)定位支座。三個(gè)支承區(qū)域51、52、53被整合在光學(xué)器件支架23中并且被構(gòu)造成夾緊元件。為了盡可能均勻地將力導(dǎo)入射束源25中，支承區(qū)域51、52、53被環(huán)繞射束源25對稱設(shè)置。圖3B示出的是射束整形光學(xué)器件27的視圖中的整體式光學(xué)器件支架23，該射束整形光學(xué)器件被置入整體式光學(xué)器件支架23的第二安裝座36中。為了校準(zhǔn)，射束整形光學(xué)器件27能夠在第二安裝座36中沿調(diào)整方向39被移動(dòng)。用于將射束整形光學(xué)器件27固定在光學(xué)器件支架23上的第二安裝座36如同射束源25用的第一安裝座35 —樣被構(gòu)造成具有三個(gè)支承區(qū)域的三點(diǎn)定位支座，該支承區(qū)域被整合在整體式光學(xué)器件支架23中。作為第一和第二支承區(qū)域，安裝座36分別具有支承面61、62。第三支承點(diǎn)被構(gòu)造成彈簧元件64中的夾緊面63。該彈簧元件64將射束整形光學(xué)器件27壓入支承面61、62并且同樣被整合在整體式光學(xué)器件支架23中。為了盡可能均勻地導(dǎo)入力和防止射束整形光學(xué)器件27拱曲，支承區(qū)域61、62、63環(huán)繞該射束整形光學(xué)器件27對稱設(shè)置。光學(xué)器件支架23除了兩個(gè)支承面61、62之外還具有另外的導(dǎo)向面65、66，該導(dǎo)向面被整合在整體式光學(xué)器件支架23中。導(dǎo)向面65、66用作在置入第二安裝座36時(shí)和在射 束整形光學(xué)器件27的校準(zhǔn)過程中沿調(diào)整方向39引導(dǎo)所述射束整形光學(xué)器件27。圖4示出的是射束分裂光學(xué)器件28的三維視圖中的、圖2中所示出的整體式光學(xué)器件支架23，該射束分裂光學(xué)器件被設(shè)置在第三安裝座37中。射束分裂光學(xué)器件28具有被構(gòu)造成平的下側(cè)面，該下側(cè)面被放置在整合在整體式光學(xué)器件支架23中的支承面71上。用于射束分裂光學(xué)器件28的支承面71被構(gòu)造成具有三個(gè)支承區(qū)域的三點(diǎn)定位支座，該支承區(qū)域被整合在整體式光學(xué)器件支架23中。作為第一和第二支承區(qū)域72、73支承面71分別具有楔形槽。兩個(gè)支承區(qū)域72、73位于射束分裂光學(xué)器件28的平的下側(cè)面的邊緣上。第三支承區(qū)域74被設(shè)置在與兩個(gè)楔形槽相對的支承平面中并且同樣位于射束分裂光學(xué)器件28的平的下側(cè)面的邊緣上。通過將三個(gè)支承區(qū)域72、73、74設(shè)置在射束分裂光學(xué)器件28的平的下側(cè)面上保障了運(yùn)動(dòng)或者熱膨脹不會(huì)導(dǎo)致射束分裂光學(xué)器件28的偏轉(zhuǎn)或者拱曲。射束分裂光學(xué)器件28借助固定裝置75相對光學(xué)器件支架23的支承面71被固定。固定裝置75包括彈簧元件76，該彈簧元件通過連接工具77被固定在光學(xué)器件支架23上，該彈簧元件76例如通過螺栓連接被固定在光學(xué)器件支架23上。射束分裂光學(xué)器件28一方面利用彈簧元件76被固定在第三支承區(qū)域74上，以及另一方面其被固定在兩個(gè)被構(gòu)造成支承區(qū)域的楔形槽72、73中。在這種情況下彈力盡可能地作用在第三支承區(qū)域74上。通過在兩個(gè)槽72、73中的支承保障了各個(gè)壓緊力和支承反力盡可能反向地作用在射束分裂光學(xué)器件28上，并防止該射束分裂光學(xué)器件28拱曲。圖5示出的是具有射束分裂光學(xué)器件82的整體式光學(xué)器件支架81的可選實(shí)施方式，所述射束分裂光學(xué)器件被構(gòu)造成孔鏡(Lochspiegel)，并被整合在光學(xué)器件支架81中?？诅R82被設(shè)置在射束源25與射束整形光學(xué)器件27之間的激光射束13的光路中以及被設(shè)置在射束整形光學(xué)器件27與探測器26之間的接收射束14的光路中?？诅R82包括開口 83，激光射束13穿過該開口射出。該開口 83的直徑與激光射束13的尺寸相匹配。激光射束的一部分射到開口 83的邊緣區(qū)域上并且作為基準(zhǔn)射束朝向探測器26的方向被轉(zhuǎn)向。開口 83被涂層84所包圍，該涂層被構(gòu)造成對于接收射束14來說至少是部分反射的。涂層84的反射比例如大于90%。與被散射的部分相比，接收射束14中被反射的部分具有很聞的強(qiáng)度，該部分在目標(biāo)物體4的反射表面上被反射。被反射的部分具有與激光射束13相似的射束形狀并且由射束整形光學(xué)器件27基本上穿過開口 83被投影在射束源25上，因此大部分未被反射到探測器26上。因此接收射束14中被反射的部分受到強(qiáng)阻尼，并由此防止了探測器26過調(diào)。另外，孔鏡82的開口 83可以起到激光射束13用的光闌的作用并且限制射束源25的視場角或者數(shù)值孔徑，并使激光射束13的幾何形狀與射束分裂光學(xué)器件82和射束整形光學(xué)器件27相匹配。在射束源25與開口 83之間一個(gè)光阱能被整合在光學(xué)器件支架81中。通過開口 83和光阱減少了從射束源25到探測器26的光學(xué)和電氣串?dāng)_。作為可選方式，開口 83可以構(gòu)造成具有不同于空氣折射率的光學(xué)透明介質(zhì)。適合 作為光學(xué)透明介質(zhì)的有例如玻璃或者塑料。激光射束13的一小部分、例如4%在透明介質(zhì)83上被反射，并作為基準(zhǔn)射束直接到達(dá)探測器26。激光射束的較大部分、例如96%穿過開口 83射出。
權(quán)利要求
1.用于測量基準(zhǔn)標(biāo)記(9、10)與目標(biāo)物體(4)之間的距離的測量裝置(3)，其包括 射束源(25)，該射束源構(gòu)造成電子光學(xué)部件并且沿一光軸(31)發(fā)射激光射束(13)； 探測器(26)，該探測器構(gòu)造成另外的電子光學(xué)部件并且接收沿一光軸(32)被所述目標(biāo)物體(4)反射的和/或散射的接收射束(14)； 射束整形光學(xué)器件(27)，該射束整形光學(xué)器件將所述激光射束(13)和所述接收射束(14)沿一光軸(33)整形；以及 射束分裂光學(xué)器件(28 ;82)，該射束分裂光學(xué)器件使所述激光射束(13)或者所述接收射束(14)偏轉(zhuǎn)； 其特征在于設(shè)置一光學(xué)器件支架(23 ;81)，該光學(xué)器件支架具有用于固定所述電子光學(xué)部件(25 ；26)中的第一電子光學(xué)部件的第一安裝座(35)和用于固定所述射束整形光學(xué)器件(27)的第二安裝座(36)，其中，所述光學(xué)器件支架(23 ;81)是構(gòu)造為整體式的。
2.如權(quán)利要求I所述的測量裝置，其特征在于所述電子光學(xué)部件(25；26)中的第一電子光學(xué)部件和所述射束整形光學(xué)器件(27)至少在所述測量裝置(3)的校準(zhǔn)過程中能夠在其安裝座(35、36)中沿相配的光軸(31、32)的方向進(jìn)行調(diào)整。
3.如權(quán)利要求I至2之任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于用于固定所述射束整形光學(xué)器件(27)的所述第二安裝座(36)具有第一支承面(61)、第二支承面(62)和夾緊面(63)，其中，各支承面和夾緊面(61、62、63)被整合在所述光學(xué)器件支架(23 ;81)中。
4.如權(quán)利要求3所述的測量裝置，其特征在于所述光學(xué)器件支架(23；81)具有彈簧元件(64 )，該彈簧元件構(gòu)成所述夾緊面(63 )。
5.如權(quán)利要求3至4之任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于所述第二安裝座(36)具有至少一個(gè)附加的導(dǎo)向面(65、66)，該導(dǎo)向面被整合在所述光學(xué)器件支架(23 ；81)中。
6.如權(quán)利要求I至5之任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于所述光學(xué)器件支架(23)具有用于固定所述射束分裂光學(xué)器件(28)的、帶有三個(gè)支承區(qū)域(72、73、74)的第三安裝座(37)，其中，各支承區(qū)域(72、73、74)被整合在所述光學(xué)器件支架(23)中。
7.如權(quán)利要求6所述的測量裝置，其特征在于所述第一和第二支承區(qū)域(72、73)構(gòu)造成楔形的槽，所述第三支承區(qū)域(74)構(gòu)造成平坦的支承面，以及，所述射束分裂光學(xué)器件(28)借助于夾緊元件(76)在所述支承面(74)上被夾緊。
8.如權(quán)利要求I至5之任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于所述射束分裂光學(xué)器件構(gòu)造成包括開口(83)和反射涂層(84)的孔鏡(82)，其中，所述開口(83)被整合在光學(xué)器件支架(23)中，所述反射涂層(84)包圍所述開口(83)。
9.如權(quán)利要求I至8之任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于在所述射束源(25)與所述射束分裂光學(xué)器件(28 ;82)之間的所述激光射束(13)的光路中設(shè)置有光闌(41 ;83)，其中，該光闌(41 ;83)被整合在所述光學(xué)器件支架(23 ；81)中。
10.如權(quán)利要求I至9之任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于在所述射束源(25)與所述射束分裂光學(xué)器件(28 ;82)之間的所述激光射束(13)的光路中設(shè)置有光阱(42)，其中，該光阱(42)被整合在所述光學(xué)器件支架(23)中。
11.如權(quán)利要求I至10之任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于所述光學(xué)器件支架(23 ；81)由金屬材料構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求I至11之任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于所述光學(xué)器件支架(23 ；81)構(gòu)造成壓鑄件。
13.如權(quán)利要求12所述的測量裝置，其特征在于所述光學(xué)器件支架(23 ；81)構(gòu)造成由鋅或者鋅合金構(gòu)成的壓鑄件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量基準(zhǔn)標(biāo)記(9、10)與目標(biāo)物體(4)之間的距離的測量裝置(3)，其包括射束源(25)，它構(gòu)造成電子光學(xué)部件并且沿光軸(31)發(fā)射激光射束(13)；探測器(26)，它構(gòu)造成另外的電子光學(xué)部件并且接收沿光軸(32)被目標(biāo)物體(4)反射的和/或散射的接收射束(14)；射束整形光學(xué)器件(27)，它將激光射束(13)和接收射束(14)沿光軸(33)整形；以及射束分裂光學(xué)器件(28)，它使激光射束(13)或者接收射束(14)偏轉(zhuǎn)，其中，光學(xué)器件支架(23)設(shè)置有用于固定所述電子光學(xué)部件(25)中的第一電子光學(xué)部件的第一安裝座(35)和用于固定所述射束整形光學(xué)器件(27)的第二安裝座(36)，以及所述光學(xué)器件支架(23)是構(gòu)造為整體式的。
文檔編號(hào)G01S17/08GK102809747SQ20121015792
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者T·戈戈拉, S·蒂芬塔勒, R·斯特芬, H·塞弗爾特, G·舒塞爾 申請人:喜利得股份公司, Esw有限公司