CN102809747B - 用于距离测量的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量基准标记（9、10）与目标物体（4）之间的距离的测量装置（3），其包括：射束源（25），它构造成电子光学部件并且沿光轴（31）发射激光射束（13）；探测器（26），它构造成另外的电子光学部件并且接收沿光轴（32）被目标物体（4）反射的和/或散射的接收射束（14）；射束整形光学器件（27），它将激光射束（13）和接收射束（14）沿光轴（33）整形；以及射束分裂光学器件（28），它使激光射束（13）或者接收射束（14）偏转，其中，光学器件支架（23）设置有用于固定所述电子光学部件（25）中的第一电子光学部件的第一安装座（35）和用于固定所述射束整形光学器件（27）的第二安装座（36），以及所述光学器件支架（23）是构造为整体式的。

Description

用于距离测量的测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量基准标记与目标物体之间的距离的测量装置。

背景技术

激光测距系统用测量装置包括构造成射束源的电子光学部件、构造成探测器的另外的电子光学部件和具有发射光学器件和接收光学器件的射束整形系统。射束源和发射光学器件被称为发射装置，以及探测器和接收光学器件被称为接收装置。射束源沿光轴发射激光射束，该激光射束从发射光学器件对准目标物体。被目标物体反射和/或散射的接收射束被接收光学器件整形并且沿光轴对准探测器。测量装置被分为旁轴设置结构和共轴设置结构，在旁轴设置结构中，发射装置和接收装置的光轴平行错开地延伸，在共轴设置结构中，发射装置和接收装置的光轴重叠并且借助射束分裂光学器件被分离。在共轴设置结构中，发射光学器件和接收光学器件被整合(集成)在共同的射束整形光学器件中，该射束整形光学器件对激光射束和接收射束进行整形。

EP 1 351 070 A1公开了一种已知的具有发射装置和接收装置的旁轴设置结构的测量装置。射束源、发射光学器件和接收光学器件被固定在本身刚性的光学器件支架上。探测器被固定在印刷电路板上，该印刷电路板通过螺栓连接机械刚性地与光学器件支架相连。光学器件支架包括三个用于固定射束源、发射光学器件和接收光学器件的安装座。射束源和接收光学器件被置入光学器件支架中的安装座中直到止动部位并且可能的情况下利用粘合连接被固定在光学器件支架中。发射光学器件在光学器件支架中可以沿其光轴加以调整并且在射束源接通的情况下被校准，以及在校准过的位置中与光学器件支架粘合连接。探测器在射束源接通的情况下通过机器手相对光学器件支架沿所有三个空间方向中被推移，即沿其光轴方向和在垂直于所述光轴的平面内，直到接收射束入射到探测器的事先确定的区域内为止。接着，探测器通过钎焊连接被固定在印刷电路板上被校准的位置中。通过使用钎焊连接片和扩大的接触面的校准缝隙平衡校准误差。

在发射装置与接收装置为旁轴设置结构的测量装置中，弊端在于：发射光学器件和接收光学器件在空间上被并排设置并且两个光学器件在垂直于光轴的平面内的空间需求大于共轴设置结构的情况。另外，发射装置与接收装置的光轴之间的被称为视差的平行偏移在至目标物体的距离短时导致接收射束在探测器的有效面上的影像随着从接收光学器件的光轴的距离的减少而发生偏移并且探测器平面内的射束横截面遭到扩大。由于发射装置与接收装置的光轴之间的平行偏移的原因，在发射装置和接收装置的旁轴设置结构的测量装置中需要昂贵的多焦点接收光学器件或者纵向尺寸比较大的分段式探测器。通过多焦点接收光学器件得到如下保障，即与来自远距区域的光相比，来自近距区域的光通过接收光学器件的局部较强的折光力被较强地折射并且尽管存在接收射束偏移还是至少部分地达到探测器。纵向尺寸比较大的分段式探测器使得偏移的接收射束也依然能够被检测到。

发射装置与接收装置的共轴设置结构的测量装置与旁轴设置结构相比具有无视差(Parallaxefreiheit)的优点。不过其缺点在于，由于同一个通道被用于发射路径和接收路径，所以从射束源到探测器产生光学串扰。光学串扰导致循环的测距误差，即测量误差，该测量误差随着距离的变化而周期性地变化。为了减少光学串扰的问题以及减少光在近距区域中的气体粒子上或者气溶胶上的过度散射，DE 203 80 221 U1提出一种整合的光学部件，该部件对激光射束和接收射束进行如此整形，即它们彼此围绕，但是在近距区域内并不高度交叠。其缺点在于，光学部件被构造成大口径和大焦距的透镜，该透镜又要求有效面大的探测器。总体上DE 203 80 221 U1的构造不适于构成经济的和紧凑的激光测距系统用的测量装置。

发明内容

希望能够针对上述不足之处改良测量装置。本发明的目的就在于，提供一种经济的和紧凑的、激光测距系统用的测量精度高的测量装置，其中，该测量装置应该可以用于近距区域和远距区域内。

根据本发明设置有一光学器件支架，该光学器件支架具有用于固定电子光学部件中的第一电子光学部件的第一安装座和用于固定射束整形光学器件的第二安装座，其中，该光学器件支架是构造为整体式的。那些必须被供电才能运行的、并将电流转化为光或者将光转化为电流的光学部件，诸如射束源或者探测器，被称为电子光学部件。

该整体式光学器件支架由一种材料构成，且并非由多个单件组合而成。整体式光学器件支架在第一与第二连接对象之间没有连接区域。与多部件的光学器件支架相比，整体式光学器件支架的优点在于，光学器件支架在温度影响下变化均匀，在该光学器件支架中没有由于不同的材料特性而与温度相关地变化不同的区域。测量装置的稳定性通过整体式光学器件支架得以提高。光学部件可以精确地相互校准并且经校准的位置在不同环境条件下保持不变。光学部件相互定位校准得越精确和越稳定，探测器的有效面、高测量功率所需的接收光学器件的尺寸和整体测量装置就可以构造得越小。由于探测器的有效面小，被检测到的干扰杂光或者阳光就少。反之，通过缩小接收光学器件的焦距，却由于较大的视场角之故，更多的干扰杂光或者阳光会被检测到。探测器的小的有效面至少部分地抵消接收光学器件的被缩小的焦距的影响。

具体而言，本发明提供一种用于测量基准标记与目标物体之间的距离的测量装置，其包括：射束源，该射束源构造成电子光学部件并且沿一光轴发射激光射束；探测器，该探测器构造成另外的电子光学部件并且接收沿一光轴被所述目标物体反射的和/或散射的接收射束；射束整形光学器件，该射束整形光学器件将所述激光射束和所述接收射束沿一光轴整形；以及射束分裂光学器件，该射束分裂光学器件使所述激光射束或者所述接收射束偏转；其特征在于：设置一光学器件支架，该光学器件支架具有用于固定所述电子光学部件中的第一电子光学部件的第一安装座和用于固定所述射束整形光学器件的第二安装座，其中，所述光学器件支架是构造为整体式的；所述电子光学部件中的第一电子光学部件和所述射束整形光学器件至少在所述测量装置的校准过程中在其安装座中只能够沿相配的光轴的方向进行调整。

本发明还提供一种用于测量基准标记与目标物体之间的距离的测量装置，其包括：射束源，该射束源构造成电子光学部件并且沿一光轴发射激光射束；探测器，该探测器构造成另外的电子光学部件并且接收沿一光轴被所述目标物体反射的和/或散射的接收射束；射束整形光学器件，该射束整形光学器件将所述激光射束和所述接收射束沿一光轴整形；以及射束分裂光学器件，该射束分裂光学器件使所述激光射束或者所述接收射束偏转；其特征在于：设置一光学器件支架，该光学器件支架具有用于固定所述电子光学部件中的第一电子光学部件的第一安装座和用于固定所述射束整形光学器件的第二安装座，其中，所述光学器件支架是构造为整体式的；用于固定所述射束整形光学器件的所述第二安装座具有第一支承面、第二支承面和夹紧面，其中，各支承面和夹紧面被整合在所述光学器件支架中。

本发明还提供一种用于测量基准标记与目标物体之间的距离的测量装置，其包括：射束源，该射束源构造成电子光学部件并且沿一光轴发射激光射束；探测器，该探测器构造成另外的电子光学部件并且接收沿一光轴被所述目标物体反射的和/或散射的接收射束；射束整形光学器件，该射束整形光学器件将所述激光射束和所述接收射束沿一光轴整形；以及射束分裂光学器件，该射束分裂光学器件使所述激光射束或者所述接收射束偏转；其特征在于：设置一光学器件支架，该光学器件支架具有用于固定所述电子光学部件中的第一电子光学部件的第一安装座和用于固定所述射束整形光学器件的第二安装座，其中，所述光学器件支架是构造为整体式的；所述光学器件支架具有用于固定所述射束分裂光学器件的、带有三个支承区域的第三安装座，其中，所述三个支承区域被整合在所述光学器件支架中。

按照本发明，提供了一种测量装置，其包括：射束源；射束整形光学器件；射束分裂光学器件；整体式的光学器件支架，所述射束源、射束整形光学器件和射束分裂光学器件安装在该整体式的光学器件支架中；探测器；印刷电路板，所述探测器与该印刷电路板相连接；连接装置，所述印刷电路板与所述整体式的光学器件支架通过该连接装置相连接；其特征在于：所述射束源和所述射束整形光学器件只能够沿该射束源和该射束整形光学器件各自的光轴的方向进行调整。

优选的是，电子光学部件中的第一电子光学部件和射束整形光学器件至少在测量装置的校准过程中可以在其安装座中沿相配的光轴的方向进行调整。通过电子光学部件和射束整形光学器件相对光学器件支架沿基本上平行于各自所属光轴延伸的调整方向的可调整性，避免了印刷电路板与电子光学部件中的第二电子光学部件之间的间隙，该间隙必须通过钎焊连接片搭接。避免钎焊连接片的形成提高了电子光学部件的机械固定的可靠性并且改善了测量装置的高频特性。

在本发明的优选的发展设计中，电子光学部件中第二电子光学部件被设置在印刷电路板上，其中，该印刷电路板通过连接装置可以与光学器件支架相连接。电子光学部件中的第二电子光学部件可以在基本上垂直于激光射束或者接收射束的光轴的平面内调节并且能被固定在被校准的位置中，所述射束是配属于电子光学部件中的第二电子光学部件。所述平面，在该平面中电子光学部件中的第二电子光学部件能被调节，基本上垂直于相配的光轴延伸。只要由此所产生的相对射束整形光学器件的间距变化不超过允许值的话，直角的微小误差是允许的。在垂直于接收射束(探测器作为电子光学部件中的第二电子光学部件)的平面内校准行程为500μm和角偏差为1°时，例如产生约为10μm的相对射束整形光学器件的间距变化。该间距变化导致焦点位置的偏移，在测量装置的校准过程中是不希望出现该偏移的。角偏差只能允许在如下的量级内，即在测量装置的校准过程中所产生的焦点位置的偏移还在容许范围内。设置于光学器件支架中的光学和电子光学部件可以沿各自相配的光轴的方向调节，就是说部件的调整方向基本上与光轴平行延伸。例如由于光学器件支架的加工误差所产生的平行度误差是容许的。

优选地，用于固定射束整形光学器件的第二安装座具有第一支承面、第二支承面和夹紧面，其中，所述支承面和夹紧面被整合在光学器件支架中。一个支承区域被定义为支承面，该支承区域通过射束整形光学器件的重力起作用，以及一个支承区域被定义为夹紧面，该支承区域不是通过射束整形光学器件的重力，而是通过一个附加的力起作用。通过所述支承面和所述夹紧面确保：射束整形光学器件在校准过程中可以精确地调节并且能被固定在被校准的位置中。作为可选，射束整形光学器件可附加地通过粘合连接与光学器件支架相连接。通过附加的粘合连接确保如下，即在很强的机械负荷下，例如测量装置自由落下，被校准的位置保持不变。

特别优选光学器件支架具有一个弹簧元件，该弹簧元件构成射束整形光学器件用的夹紧面。通过将该弹簧元件连同夹紧面整合在光学器件支架中确保：射束整形光学器件用的第二安装座在温度影响下均匀变化，并且保障了力被均匀地导入射束整形光学器件中。

第二安装座优选具有至少一个导向面，该导向面被整合在光学器件支架中。通过该附加的导向面，射束整形光学器件的定位得到改善并且降低了该射束整形光学器件被倾斜地引入光学器件支架的第二安装座中的风险。导向面保障了射束整形光学器件精确地被定位在激光射束的光路中。光学部件相互之间定位越准确和越稳定，探测器的有效面、接收光学器件的焦距以及由此测量装置就可以构造得越小。

在优选的实施方式中，光学器件支架具有用于固定射束分裂光学器件的、带有三个支承区域的第三安装座，其中所述支承区域被整合在光学器件支架中。为了在空间上将激光射束与接收射束相互分开，在共轴设置结构中至少部分地使激光射束或者接收射束偏转的射束分裂光学器件是必要的。射束分裂光学器件例如被构造成偏振射束分裂器。

特别优选的是，第一和第二支承区域被构造成楔形的槽以及第三支承区域被构造成平坦的支承面并且射束分裂光学器件借助夹紧元件被卡紧在所述支承面上。所述夹紧元件例如被构造成弹簧元件并且被如此设置，即弹力尽可能地作用在平坦的支承面上。通过射束分裂光学器件在两个楔形槽中的支承保障了各个压紧力和支承反力尽可能反向地作用在射束分裂光学器件上和防止该射束分裂光学器件拱曲。射束分裂光学器件相对其他光学部件的定位越准确和越稳定，探测器的有效面、接收光学器件的焦距以及由此测量装置就可以构造得越小。

在另一可选的优选实施方式中，射束分裂光学器件被构造成包括开口和反射涂层的孔镜，其中，所述开口被整合在光学器件支架中，所述反射涂层包围该孔镜。所述反射涂层可以通过表面覆层法直接被涂覆在光学器件支架的面上。通过射束分裂光学器件的这种构造可以放弃固定偏振射束分裂器所需的夹紧元件。由于涂覆反射涂层的面被整合在光学器件支架中，保障了射束分裂光学器件和光学器件支架在温度影响下均匀变化以及防止该射束分裂光学器件偏转。测量装置的稳定性得以提高，而同时降低了射束分裂光学器件的装配费用和校准费用。装配费用和校准费用的降低的结果是测量装置制造成本的下降。

优选在射束源与射束分裂光学器件之间的激光射束的光路中设置一个光阑，该光阑被整合在光学器件支架中。在这种情况下射束分裂光学器件例如被构造成偏振射束分裂器、孔镜或者其他合适的射束分裂光学器件。光阑用作限制射束源的视场角或者数值孔径和使激光射束的几何形状与射束分裂光学器件和射束整形光学器件相匹配。在射束源与射束分裂光学器件之间优选作为可选或者作为对光阑的补充设置一个光阱，该光阱被整合在光学器件支架中。光阱用作吸收入射的射束源的光及防止非预期的反射。通过光阑和/或光阱减少了从射束源到探测器的光学的和电的串扰。通过将光阑和/或光阱整合在光学器件支架中降低了校准费用。在加工制造光学器件支架中用于光学部件的安装座时，就已经实现了光阑和光阱相对射束源的校准。

在优选的实施方式中，光学器件支架由金属材料构成。金属光学器件支架使电子光学部件之间产生电屏蔽以及降低射束源与探测器之间的电串扰。

在优选的实施方式中，光学器件支架被构造成压铸件。构造为压铸件的优点在于，能够高精度地制造复杂的几何形状。压铸件具有光滑清洁的表面和棱边。此外，与诸如喷射铸造或者其他金属(例如铝)压铸的制造方法相比，特别是利用锌的压铸法允许制造更小的壁厚。通过制造成压铸件，综合功能诸如弹簧元件或者孔可以在不需昂贵的后续加工的情况下被整合在光学器件支架中。因此降低了光学器件支架的制造成本并且可以构成经济的测量装置。

特别优选的是，光学器件支架构造成由锌或者锌合金构成的压铸件，锌合金被概述为概念“锌”。锌能够在压铸法中被高精度地加工并且另外还具有高的温度稳定性，这样，激光测距系统常常遭受的温度波动对校准状态和由此对激光测距系统的测量特性仅仅产生微小的影响。对于锌，可以进行多种表面涂覆，这样，反射或者吸收涂层可以直接被涂覆在光学器件支架上。另外锌还具有良好的电屏蔽特性。

附图说明

下文借助附图来说明本发明的一些实施例。该附图并非必须按比例绘示各实施例，具体而言，附图为了有助于阐释，是以示意性的和/或略微变样的形式进行说明的。对于由附图能够直接看出的教导的补充，可参阅相关的现有技术。同时应该考虑到，针对某一实施形式的方式和细节可以进行各种各样的变型和改变，而并不脱离发明的总的思想。在说明书以及附图中所公开的发明特征，无论是它们本身单独存在还是任意组合，对于本发明的进一步发展设计都可能是重要的。此外，由在说明书和/或附图中所公开的特征的至少两个构成的全部组合均落入本发明的范围之内。本发明的总的思想并不局限于以下图示的和描述的优选实施形式的确切方式或细节，或者并不局限于一种与提出专利保护的方案主题相比是受到限制的方案主题。对于所给出的尺寸数值范围，应该认为也公开了处在所说极限内的值作为极值，并且可以任意使用以及可以提出专利保护。为了简单起见，以下对于相同的或类似的部件或者具有相同或类似功能的部件均采用同样的附图标记。

附图中：

图1示出的是本发明的具有测量装置的激光测距系统；

图2示出的是一测量装置，其包括被置入整体式光学器件支架中并且发射激光射束的射束源、被设置在印刷电路板的朝向光学器件支架的前面上并且接收接收射束的探测器和使激光射束与接收射束分离的射束分裂光学器件；

图3A、B示出的是图2所示的整体式光学器件支架与射束源用的整合的安装座(图3A)和射束整形光学器件用的整合的安装座(图3B)，该射束整形光学器件用于激光射束和接收射束的整形；

图4示出的是图2所示的整体式光学器件支架与被构造成偏振射束分裂器的射束分裂光学器件用的整合的安装座，该射束分裂光学器件用于激光射束与接收射束的分离；以及

图5示出的是整体式光学器件支架的可选实施方式与被构造成孔镜的射束分裂光学器件，该射束分裂光学器件被整合在光学器件支架中。

具体实施方式

图1示出的是激光测距系统1的三维视图。该激光测距系统1包括壳体2，可以测量至目标物体4的距离的测量装置3，用于显示测量距离的显示装置5和用于启动距离测量和调节该激光测距系统1的操作装置6。

测量装置3被设置在壳体2的内部，而显示装置和操作装置5、6被嵌入该壳体2的上侧面7中。该上侧面7和壳体2的与该上侧面7相对的下侧面8构成激光测距系统1的最大壳体表面。为了构成紧凑的激光测距系统1，壳体2的与上侧面7连接的前面和后面9、10以及侧面11、12被构造得尽可能小。

测量装置3发射激光射束13，该激光射束对准目标物体4。被该目标物体4反射和/或散射的接收射束14被测量装置3检测到。由接收射束14与从激光射束13输出耦合的基准射束之间的时差计算得出至目标物体4的距离。

激光射束13通过输出耦合口15从壳体2中射出，该输出耦合口被嵌入壳体2的前面9中。激光射束13的光轴被调准近乎垂直于前面9。来自目标物体4的接收射束14通过输出耦合口15射入激光测距系统1中。与位于激光测距系统1上的基准标记相关地进行至目标物体4的距离测量。在激光测距系统1中前面9或者后面10被用作基准标记。通过转换装置进行基准标记之间的转换。

图2示出的是测量装置3，该测量装置包括光学组件21和印刷电路板22。光学组件21具有光学器件支架23，该光学器件支架通过连接装置24与印刷电路板22相连接。

光学器件支架23构造成由一种材料构成的整体式光学器件支架而并非由多个单件组合而成。整体式光学器件支架没有第一与第二连接对象之间的连接区域。与多部件的光学器件支架相比，整体式光学器件支架的优点在于，光学器件支架在温度影响下变化均匀，在该光学器件支架中没有由于不同的材料特性而与温度相关地变化不同的区域。光学器件支架23由一种金属材料制成，例如锌。金属光学器件支架23使电子光学部件之间产生电屏蔽并且降低射束源与探测器之间的电串扰。在金属压铸法中锌可以被高精度地加工并且另外具有高的温度稳定性，这样激光测距系统常常遭受的温度波动对校正状态和由此对测量特性仅仅产生微小的影响。

印刷电路板22是电子部件和电子光学部件的支承体并且用作机械固定和电气连接。印刷电路板由电绝缘材料构成，例如纤维加强塑料，聚四氟乙烯或者陶瓷，设置有导体电路。各构件被焊接在焊接表面上或者焊接孔中，并且通过这种方式同时保持机械固定和电气连接。较大的构件可以通过粘合连接或者螺栓连接被固定在印刷电路板22上。

除了印刷电路板22和整体式光学器件支架23之外，测量装置3包括被构造成射束源的电子光学部件25、被构造成探测器的另外的电子光学部件26、射束整形光学器件27、射束分裂光学器件28以及控制和数据处理装置29。射束源25被构造成激光二极管，该激光二极管产生可见光谱内的激光射束，例如波长为635nm的红色激光射束或者波长为532nm的绿色激光射束。探测器26被构造成光电二极管，其中该光电二极管26的特性与激光二极管25相匹配。控制和数据处理装置29与射束源25和探测器26相连接，并且借助数据处理模块根据基准射束与由探测器26检测到的接收射束14之间的时差确定出至目标物体4的距离。射束整形光学器件27被构造成透镜，该透镜既对射出的激光射束13也对反射的和/或散射的接收射束14进行整形。

借助射束分裂光学器件28，来自射束源25的激光射束13与被反射的和/或被散射的接收射束14在空间上被分离。射束分裂光学器件28被设置在射束源25与射束整形光学器件27之间的激光射束13的光路中和被设置在射束整形光学器件27与探测器26之间的接收射束14的光路中。射束分裂光学器件28的任务在于使发射的激光射束13的光轴31与入射到探测器26上的接收射束14的光轴32相互不同。配属于射束整形光学器件27的光轴33构成了激光射束13和接收射束14的共用光轴。

在图2所示的实施方式中，射束分裂光学器件28被构造成偏振射束分裂器，该偏振射束分裂器被构造成对于发射的激光射束13的带偏振方向的射线来说主要是透射的而对于非偏振化的射线来说是部分反射的。在目标物体4上被反射的射线(接收射束的被反射部分)具有高强度并且具有与发射的激光射束13相同的偏振方向，在目标物体4上被散射的射线(接收射束的被散射部分)未被偏振化。对于偏振化射线的透射比例如大于约80％并且对于偏振化射线的反射比小于大约20％；对于非偏振化的射线的反射比约为50％。激光射束在射束分裂光学器件28上被透射的部分越大，该激光在目标物体4上的可见度就越好。由于对于偏振化的射线的反射比小于约20％，所以被反射的射线受到强阻尼，并防止了探测器26过调

光学器件支架23具有射束源25用的第一安装座35，射束整形光学器件27用的第二安装座36和射束分裂光学器件28用的第三安装座37。射束源25和射束整形光学器件27在其安装座35、36中至少在测量装置3的校准过程中分别能够沿往方向和/或返方向38、39相对相配的光轴31、33平行地调整，其中，该往方向和/或返方向38、39也被称为调整方向。

在图2所示的实施结构中，射束源25的光轴31和射束整形光学器件27的光轴33被平行设置。作为可选，射束源25的光轴与射束整形光学器件27的光轴可以成一定角度设置，例如相互垂直。在这种情况下，调整方向是相互不同的，沿该调整方向射束源25和射束整形光学器件27被构造成可调整的。通过射束分裂光学器件28的光学特性进行如下调节，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与射束分裂光学器件28之间设置有光阑41，该光阑被整合在整体式光学器件支架23中。光阑41用作限制射束源25的视场角或者数值孔径以及使激光射束13的几何形状与射束分裂光学器件28和射束整形光学器件27相匹配。在射束源25与光阑41之间设置有光阱42，该光阱如同光阑41一样被整合在整体式光学器件支架23中。光阱42用作吸收入射的光及防止非预期的反射。为此光阱42在内侧面上设置有低反射率的(reflexarm)吸收涂层。通过光阑41和光阱42减少了从射束源25到探测器26的光学的和电的串扰。

探测器26是设置在印刷电路板22的面向光学器件支架23的前面43上并且通过钎焊连接与印刷电路板22材料接合地相连，该探测器26例如在制造印刷电路板22时能够被自动配置并且与该印刷电路板22钎焊连接。所述探测器26仅仅与印刷电路板22相连接及被机械固定，没有使该探测器26直接与光学器件支架23连接的连接工具。光学器件支架23被构造成在组装状态中面向探测器26的一侧至少在该探测器26的区域内是敞开的并且以第一接触面44通过连接装置24与印刷电路板22的第二接触面45相连接。印刷电路板22与光学器件支架23之间的连接装置24被构造成至少在探测器26的校准过程中是可以拆卸的。

借助光学仪器对测量装置3进行校准，该光学仪器包括一个透镜和一个数码相机芯片(Kamerachip)，该相机芯片被设置在所述透镜的聚焦面内。光学仪器被调节到所期望的目标距离范围上，其中该目标距离可以被调节在有限远上，例如10m，或者无限远上。测量装置3被如此地设置在所述透镜前，即该透镜接收到由射束整形光学器件27整形的激光射束和探测器26的有效面的影像并且显示在相机芯片上。在该相机芯片上同时既显示激光射束也显示探测器26的有效面的影像。

测量装置3的校准分两步进行：在第一步中对光学器件支架23中的电子光学部件或者光学部件25、27、28沿其各自的调整方向38、39进行校准和在所述光学器件支架23被校准后在第二步中在垂直于相配的光轴32的平面内对探测器26进行校准。光学器件支架23中的第一和第二安装座35、36被如此构造，即电子光学部件25和射束整形光学器件27基本上只能够沿其调整方向38、39进行调整，不能在垂直于光轴31、33的平面内调整。

在第一步中，首先射束分裂光学器件28被置入第三安装座37中并且被一个弹簧元件固定或者卡紧。然后射束源25和射束整形光学器件27被置入它们的安装座35、36中。为了校准射束整形光学器件27和射束源25，印刷电路板22的第二接触面45被置入与光学器件支架23的第一接触面44止动的部位并且通过连接装置24与光学器件支架23可拆卸地相连接。

射束整形光学器件27沿其调整方向39被移动，直至被调节于所期望的目标距离范围上的光学仪器通过该射束整形光学器件27检测到探测器26的有效面的清晰的影像为止，其中，该影像在高对比度下是清晰的。在最大影像清晰度的情况下射束整形光学器件27与探测器26的有效面相关地被校准在与光学仪器的目标距离相符的所期望的距离上。射束整形光学器件27用的第二安装座36例如被构造成压配合，且该射束整形光学器件27通过所述压配合36的夹紧力被固定；在克服所述压配合36的夹紧力的足够高的压力下使射束整形光学器件27沿调整方向39移动。作为压配合以外的选择或者对压配合的补充，射束整形光学器件27可以材料接合地、例如借助粘合连接与光学器件支架23连接。

在射束整形光学器件27之后，对射束源25进行校准。该射束源25发射激光射束，该激光射束借助所述光学仪器被观测。射束源25沿其调整方向38被移动，直到光学仪器通过射束整形光学器件27检测到所述激光射束的最小焦点为止。在这种情况下激光射束的光束腰处于所期望的距离中。用于射束源25的第一安装座35例如被构造成压配合并且该射束源25通过所述压配合的夹紧力被固定；在克服所述压配合35的夹紧力的足够高的压力下使射束源25沿调整方向38移动。作为压配合以外的选择或者对压配合的补充，射束源25可以材料接合地、例如借助粘合连接与光学器件支架23连接。

在光学器件支架23中的电子光学部件和光学部件25、27、28进行校准之后，对探测器26进行校准。由于探测器26通过钎焊连接材料接合地与印刷电路板22相连，所以通过该印刷电路板22相对光学器件支架23对探测器26进行校准。为此光学器件支架23与印刷电路板22之间的、被构造成至少在测量装置3的校准过程中可以拆卸的连接装置24被拧松。射束源25被接通并且发射出激光射束，该激光射束与探测器26的有效面的影像共同被光学仪器检测到。激光射束在相机芯片上构成焦点，探测器26的有效面构成清晰的影像，该影像与激光射束的焦点重叠。印刷电路板22在垂直于接收射束的光轴32定位的平面内被移动，直到激光射束在相机芯片上的焦点处于探测器26的有效面的一定的区域内为止。在这种情况下激光射束的焦点的位置与聚焦在探测器26上的接收射束的位置相一致，该接收射束由被设置在光学仪器的目标距离内的目标物体散射。在探测器26在垂直于光轴32的平面内被校准的过程中，印刷电路板22通过第二接触面45与光学器件支架23的第一接触面44保持接触。第一接触面44扮演着用于印刷电路板22的沿光轴32方向的止推面的角色。通过所述止推面44保障如下，即探测器26沿光轴32方向的位置在探测器26的校准过程中保持恒定或者不变。

最后，印刷电路板22与光学器件支架23在校准位置中被连接。在这种情况下分为两个步骤进行连接：在第一步中印刷电路板22在不受力的情况下(kraftfrei)通过粘合连接与光学器件支架23被连接。在第二步中该印刷电路板22通过螺栓连接附加地与所述光学器件支架23连接。通过这种方式可以利用粘合连接与螺栓连接的优点。在粘合连接的情况下，力从一个连接对象面式地传递给另一连接对象；粘合连接不需改变连接对象并且在许多情形中能够在不损伤连接对象的情况下是可逆的。不过粘合连接在温度影响下会发生变化，在低温情况下粘合连接会发生脆变和在高温情况下粘合连接会发生软化。在螺栓连接中，在连接对象上产生应力集中，而同时它们之间的空间几乎无助于传递力。不过螺栓连接仅仅遭受微小的温度影响并且另外形成光学器件支架与印刷电路板之间的电连接。

图3A示出的是射束源25的视图中的整体式光学器件支架23，该射束源被置入光学器件支架23的第一安装座35中。为了校准，射束源25能够在第一安装座35中沿调整方向38被移动。

用于将射束源25固定在光学器件支架23上的第一安装座35被构造成具有三个支承区域51、52、53的三点定位支座。三个支承区域51、52、53被整合在光学器件支架23中并且被构造成夹紧元件。为了尽可能均匀地将力导入射束源25中，支承区域51、52、53被环绕射束源25对称设置。

图3B示出的是射束整形光学器件27的视图中的整体式光学器件支架23，该射束整形光学器件被置入整体式光学器件支架23的第二安装座36中。为了校准，射束整形光学器件27能够在第二安装座36中沿调整方向39被移动。

用于将射束整形光学器件27固定在光学器件支架23上的第二安装座36如同射束源25用的第一安装座35一样被构造成具有三个支承区域的三点定位支座，该支承区域被整合在整体式光学器件支架23中。作为第一和第二支承区域，安装座36分别具有支承面61、62。第三支承点被构造成弹簧元件64中的夹紧面63。该弹簧元件64将射束整形光学器件27压入支承面61、62并且同样被整合在整体式光学器件支架23中。为了尽可能均匀地导入力和防止射束整形光学器件27拱曲，支承区域61、62、63环绕该射束整形光学器件27对称设置。

光学器件支架23除了两个支承面61、62之外还具有另外的导向面65、66，该导向面被整合在整体式光学器件支架23中。导向面65、66用作在置入第二安装座36时和在射束整形光学器件27的校准过程中沿调整方向39引导所述射束整形光学器件27。

图4示出的是射束分裂光学器件28的三维视图中的、图2中所示出的整体式光学器件支架23，该射束分裂光学器件被设置在第三安装座37中。

射束分裂光学器件28具有被构造成平的下侧面，该下侧面被放置在整合在整体式光学器件支架23中的支承面71上。用于射束分裂光学器件28的支承面71被构造成具有三个支承区域的三点定位支座，该支承区域被整合在整体式光学器件支架23中。作为第一和第二支承区域72、73支承面71分别具有楔形槽。两个支承区域72、73位于射束分裂光学器件28的平的下侧面的边缘上。第三支承区域74被设置在与两个楔形槽相对的支承平面中并且同样位于射束分裂光学器件28的平的下侧面的边缘上。通过将三个支承区域72、73、74设置在射束分裂光学器件28的平的下侧面上保障了运动或者热膨胀不会导致射束分裂光学器件28的偏转或者拱曲。

射束分裂光学器件28借助固定装置75相对光学器件支架23的支承面71被固定。固定装置75包括弹簧元件76，该弹簧元件通过连接工具77被固定在光学器件支架23上，该弹簧元件76例如通过螺栓连接被固定在光学器件支架23上。射束分裂光学器件28一方面利用弹簧元件76被固定在第三支承区域74上，以及另一方面其被固定在两个被构造成支承区域的楔形槽72、73中。在这种情况下弹力尽可能地作用在第三支承区域74上。通过在两个槽72、73中的支承保障了各个压紧力和支承反力尽可能反向地作用在射束分裂光学器件28上，并防止该射束分裂光学器件28拱曲。

图5示出的是具有射束分裂光学器件82的整体式光学器件支架81的可选实施方式，所述射束分裂光学器件被构造成孔镜(Lochspiegel)，并被整合在光学器件支架81中。孔镜82被设置在射束源25与射束整形光学器件27之间的激光射束13的光路中以及被设置在射束整形光学器件27与探测器26之间的接收射束14的光路中。

孔镜82包括开口83，激光射束13穿过该开口射出。该开口83的直径与激光射束13的尺寸相匹配。激光射束的一部分射到开口83的边缘区域上并且作为基准射束朝向探测器26的方向被转向。开口83被涂层84所包围，该涂层被构造成对于接收射束14来说至少是部分反射的。涂层84的反射比例如大于90％。与被散射的部分相比，接收射束14中被反射的部分具有很高的强度，该部分在目标物体4的反射表面上被反射。被反射的部分具有与激光射束13相似的射束形状并且由射束整形光学器件27基本上穿过开口83被投影在射束源25上，因此大部分未被反射到探测器26上。因此接收射束14中被反射的部分受到强阻尼，并由此防止了探测器26过调。

另外，孔镜82的开口83可以起到激光射束13用的光阑的作用并且限制射束源25的视场角或者数值孔径，并使激光射束13的几何形状与射束分裂光学器件82和射束整形光学器件27相匹配。在射束源25与开口83之间一个光阱能被整合在光学器件支架81中。通过开口83和光阱减少了从射束源25到探测器26的光学和电气串扰。

作为可选方式，开口83可以构造成具有不同于空气折射率的光学透明介质。适合作为光学透明介质的有例如玻璃或者塑料。激光射束13的一小部分、例如4％在透明介质83上被反射，并作为基准射束直接到达探测器26。激光射束的较大部分、例如96％穿过开口83射出。

Claims (13)

1.用于测量基准标记(9、10)与目标物体(4)之间的距离的测量装置(3)，其包括：

射束源(25)，该射束源构造成电子光学部件并且沿一光轴(31)发射激光射束(13)；

探测器(26)，该探测器构造成另外的电子光学部件并且接收沿一光轴(32)被所述目标物体(4)反射的和/或散射的接收射束(14)；

射束整形光学器件(27)，该射束整形光学器件将所述激光射束(13)和所述接收射束(14)沿一光轴(33)整形；以及

射束分裂光学器件(28；82)，该射束分裂光学器件使所述激光射束(13)或者所述接收射束(14)偏转；

其特征在于：设置一光学器件支架(23；81)，该光学器件支架具有用于固定所述电子光学部件(25；26)中的第一电子光学部件的第一安装座(35)和用于固定所述射束整形光学器件(27)的第二安装座(36)，其中，所述光学器件支架(23；81)是构造为整体式的；

所述电子光学部件(25；26)中的第一电子光学部件和所述射束整形光学器件(27)至少在所述测量装置(3)的校准过程中在其安装座(35、36)中只能够沿相配的光轴(31、32)的方向进行调整。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述射束分裂光学器件构造成包括开口(83)和反射涂层(84)的孔镜(82)，其中，所述开口(83)被整合在光学器件支架(23)中，所述反射涂层(84)包围所述开口(83)。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：在所述射束源(25)与所述射束分裂光学器件(28；82)之间的所述激光射束(13)的光路中设置有光阑(41；83)，其中，该光阑(41；83)被整合在所述光学器件支架(23；81)中。

4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：在所述射束源(25)与所述射束分裂光学器件(28；82)之间的所述激光射束(13)的光路中设置有光阱(42)，其中，该光阱(42)被整合在所述光学器件支架(23)中。

5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述光学器件支架(23；81)由金属材料构成。

6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述光学器件支架(23；81)构造成压铸件。

7.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于：所述光学器件支架(23；81)构造成由锌或者锌合金构成的压铸件。

8.用于测量基准标记(9、10)与目标物体(4)之间的距离的测量装置(3)，其包括：

射束源(25)，该射束源构造成电子光学部件并且沿一光轴(31)发射激光射束(13)；

探测器(26)，该探测器构造成另外的电子光学部件并且接收沿一光轴(32)被所述目标物体(4)反射的和/或散射的接收射束(14)；

射束整形光学器件(27)，该射束整形光学器件将所述激光射束(13)和所述接收射束(14)沿一光轴(33)整形；以及

射束分裂光学器件(28；82)，该射束分裂光学器件使所述激光射束(13)或者所述接收射束(14)偏转；

其特征在于：设置一光学器件支架(23；81)，该光学器件支架具有用于固定所述电子光学部件(25；26)中的第一电子光学部件的第一安装座(35)和用于固定所述射束整形光学器件(27)的第二安装座(36)，其中，所述光学器件支架(23；81)是构造为整体式的；

用于固定所述射束整形光学器件(27)的所述第二安装座(36)具有第一支承面(61)、第二支承面(62)和夹紧面(63)，其中，各支承面和夹紧面(61、62、63)被整合在所述光学器件支架(23；81)中。

9.如权利要求8所述的测量装置，其特征在于：所述光学器件支架(23；81)具有弹簧元件(64)，该弹簧元件构成所述夹紧面(63)。

10.如权利要求8至9之任一项所述的测量装置，其特征在于：所述第二安装座(36)具有至少一个附加的导向面(65、66)，该导向面被整合在所述光学器件支架(23；81)中。

11.用于测量基准标记(9、10)与目标物体(4)之间的距离的测量装置(3)，其包括：

射束源(25)，该射束源构造成电子光学部件并且沿一光轴(31)发射激光射束(13)；

探测器(26)，该探测器构造成另外的电子光学部件并且接收沿一光轴(32)被所述目标物体(4)反射的和/或散射的接收射束(14)；

射束整形光学器件(27)，该射束整形光学器件将所述激光射束(13)和所述接收射束(14)沿一光轴(33)整形；以及

射束分裂光学器件(28；82)，该射束分裂光学器件使所述激光射束(13)或者所述接收射束(14)偏转；

其特征在于：设置一光学器件支架(23；81)，该光学器件支架具有用于固定所述电子光学部件(25；26)中的第一电子光学部件的第一安装座(35)和用于固定所述射束整形光学器件(27)的第二安装座(36)，其中，所述光学器件支架(23；81)是构造为整体式的；

所述光学器件支架(23；81)具有用于固定所述射束分裂光学器件(28)的、带有三个支承区域(72、73、74)的第三安装座(37)，其中，所述三个支承区域(72、73、74)被整合在所述光学器件支架(23)中。

12.如权利要求11所述的测量装置，其特征在于：所述三个支承区域(72、73、74)中的第一和第二支承区域(72、73)构造成楔形的槽，所述三个支承区域(72、73、74)中的第三支承区域(74)构造成平坦的支承面，以及，所述射束分裂光学器件(28)借助于夹紧元件(76)在构造成平坦的支承面的所述第三支承区域(74)上被夹紧。

13.测量装置(3)，其包括：

射束源(25)；

射束整形光学器件(27)；

射束分裂光学器件(28；82)；

整体式的光学器件支架(23；81)，所述射束源、射束整形光学器件和射束分裂光学器件安装在该整体式的光学器件支架中；

探测器(26)；

印刷电路板(22)，所述探测器与该印刷电路板相连接；

连接装置(24)，所述印刷电路板与所述整体式的光学器件支架通过该连接装置相连接；

其特征在于：所述射束源(25)和所述射束整形光学器件(27)只能够沿该射束源和该射束整形光学器件各自的光轴(31、32)的方向进行调整。