JP2009503475A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、距離測定装置、殊に手持ち式装置として構成されたレーザ距離測定装置（１０）に関する。ここでこの距離測定装置は、回路基板（１８）と送信または受信ユニット（２０、２２）を有しており、当該送信または受信ユニットは測定信号を送信または受信するために設けられており、ハウジング（３０、４６、８２、９６、１３０）を含んでおり、当該ハウジングは前記回路基板（１８）の方を向いている底面（３２、４８、１０２、１４０）、側面および信号面（３８、５０、９８、１４２）を有している。前記側面が信号面（３８、５０、９８、１４２）として構成されることが提示される。

Description

本発明は距離測定装置、殊に請求項１の上位概念に記載された、手持ち式装置として構成されたレーザ距離測定装置に関する。

ＥＰ１３５１０７０Ａ１号から距離測定装置が公知である。これは回路基板を有しており、この回路基板には測定信号を生成するためのレーザダイオードと、測定信号を受信するためのフォトダイオードが固定されている。これらはそれぞれ、測定信号に対して透過性のガラスカバーを有しているハウジングを含んでいる。

発明の利点
本発明は距離測定装置、殊に手持ち式装置として構成されたレーザ距離測定装置に関する。これは回路基板と、測定信号の送信または受信のために設けられた送信ユニットまたは受信ユニットを備えている。さらにこの送信ユニットまたは受信ユニットは、回路基板の方を向いている底面、側面および信号面を備えたハウジングを有している。

側面を信号面として構成することを提案する。有利には、送信ユニットないしは受信ユニットのハウジングを通して、測定信号の側方送信または受信が行われる。特に有利には、回路基板に対して平行に配向されている測定信号の送信または受信は、簡単な構成によって実現される。送信ユニットまたは受信ユニットの高い安定性を得るために、底面は回路基板に当接してよい。付加的に底面は直接的に回路基板に固定されうる。ハウジングを材料接合的に直に回路基板に固定することが可能である。これによって、材料接続部を介した回路基板との確実な電気的接続が付加的に得られる。底面は有利には平らな面として構成される。底面は有利には、回路基板に対して平行に配向される。「側面」とはこのコンテキストでは、底面および底面と対向して配置されたカバー面とは異なるハウジング面のことである。有利には、底面と側面は３０°〜１２０°の角度を形成する。さらに、「信号面」とは測定信号のための経路が配置されている面のことである。送信ユニットまたは受信ユニットは有利には、可視光線の送信または受信のために設けられる。送信ユニットは有利には、レーザダイオードとして構成され、例えばＶＣＳＥＬ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)ダイオードとして構成され、すなわち、垂直な中空空間を有する表面発光型レーザとして構成される。択一的に、送信ユニットまたは受信ユニットの構成が、別の電磁ビーム（例えば赤外線ビーム、レーダビーム等）または超音波のための送信ないし受信手段として考えられてもよい。

有利にはハウジングは少なくとも２つの材料層を有する。ここでこれらの材料層間の境界面を介して電気的接続が形成される。これによって有利には、ハウジングの内部電気接続が容易に、かつハウジングのコンパクトな構成によって形成される。この境界面は、１つの材料層が隣接する材料層に当接する当接面によって構成される。ハウジングは有利には、複数の材料層の積層を有する。これらは複数の層レベル上で積層方向（Aufschichtrichtung）で積層されている。「積層方向」とはここでは、層方向に対して横向きに配向された、殊に層方向に対して垂直に配向された方向のことである。１つの層レベル上に１つの材料層が配置される。択一的に複数の材料層が１つの層レベル上に配置される。これらの材料層は相互に接している。２つの材料層の間の境界面上には、１つの層レベル上に、または隣接する２つの層レベルの間に電気接続が形成される。電気的接続を形成するために、境界面に有利には導電性部材、例えばはんだ合金が積層される。

有利には、送信ユニットまたは受信ユニットはダイオードチップを有している。このダイオードチップは少なくとも２つの層レベルを上で、それぞれ境界面と電気的に接続されている。これによってダイオードチップの電気的接続が実現される。これらは効果的に、例えば少なくとも１つの層厚によって相互に電気的に絶縁されている。

ハウジングが、境界面と電気的に接続されているはんだ面を有している場合、回路基板へのハウジングの直接的なはんだ付けの際に、回路基板への送信ユニットまたは受信ユニットの確実な電気的接続が、僅かなコストで実現される。さらに電気的接触接続のための外部の電気的接続部材、例えば脚状の接続ピンを省くことができる。これによって送信ユニットまたは受信ユニットのコンパクトな構成が実現される。付加的に、外部に対するハウジング内部空間のシーリングが得られる。なぜなら、ハウジングを通した内部空間内での外部電気接続の侵入が回避されるからである。「はんだ面」とは殊に、回路基板にハウジングをはんだ付けするためにはんだ付け剤が積層されているハウジング外面のことである。

この関連においてさらに、はんだ面が積層方向において、境界面によって制限されることを提案する。ハウジングに複数のはんだ面が設けられている場合には、これによって、境界面間の効果的な電気的絶縁が実現される。ここではこれらのはんだ面を介して、層レベル上での境界面との電気的接続がそれぞれ形成される。

１つの実施形態ではハウジングは、はんだ面を備えた切り欠きを有している。ハウジングを回路基板にはんだ付けする際に、はんだ付け剤の不所望な広がりが回避される。これははんだ付け剤が、例えば溶解時に、切り欠きおよび回路基板によって制限された空間を満たすことによって実現される。はんだ面が積層方向において制限される場合には、はんだ付け剤の広がりによるはんだ面の境界を越えた層レベルの不所望な接触接続が回避される。

本発明の有利な発展形態では、送信ユニットまたは受信ユニットは固定手段を有している。ここでこの固定手段は、底面および信号面とは異なる外面を回路基板に固定するために設けられている。これによって、送信ユニットまたは受信ユニットの使用領域が、測定信号の方向に関連して、回路基板と相対して有利には拡げられる。ハウジングが、はんだ面として構成された少なくとも２つの固定手段を有している場合には、このような柔軟性が容易に得られる。ここでこの２つの固定手段は相互に接している２つの外面上に配置されている。送信ユニットまたは受信ユニットのコンパクトな構成が付加的に得られる。相互に接している外面は有利には相互に相対的に角度を成している。

さらに送信ユニットまたは受信ユニットが、測定信号を偏向させる偏向手段を有することを提案する。この偏向手段はハウジング内に配置されている。これによって距離測定の精度が容易に、かつコンパクトな構成で改善される。ここでこの距離測定は対象物に対して近傍領域で行われ、この際に測定信号は例えば、回路基板に対して平行軸角度で配向される。

この関連において、送信ユニットまたは受信ユニットの製造コストは容易に、偏向手段がハウジングに一体形成されることによって低減される。

さらなる利点は以下の図面の説明から明らかとなる。図面には本発明の実施例が示されている。図面、明細書および請求項は多数の特徴および組み合わせを含む。当業者であればこれらの特徴を有利には単独でも考慮し、またそれらの特徴を有意にさらに組み合わせるであろう。

図面
図１は、回路基板、送信ユニットおよび受信ユニットを有する距離測定装置であり、
図２は、回路基板に固定されたハウジングを有する送信ユニットであり、
図３は、送信ユニットの択一的なハウジングの斜視図であり、
図４は、図３に示された、回路基板上のハウジングを有する送信ユニットの部分切断図であり、
図５は、図３に示されたハウジングの接触接続箇所であり、
図６は、図３に示された、回路基板上のハウジングを有する送信ユニットの平面図であり、
図７は、３つの切り欠きを有する択一的なハウジングであり、
図８は、はんだ面を有する択一的なハウジングを有する送信ユニットであり、
図９は、偏向手段を有する受信ユニットであり、
図１０は、択一的な偏向手段を有する受信ユニットである。

実施例の説明
図１は、レーザ距離測定装置１０として構成された距離測定装置を示している。この距離測定装置はハウジング１２、距離測定装置をオンおよびオフする、測定過程を開始させる、ないし設定するための操作部材１４ならびにディスプレイ１６を有している。ハウジング１２内には回路基板１８が配置されている。この回路基板には、レーザダイオードとして構成された送信ユニット２０およびフォトダイオードとして構成された受信ユニット２２が固定されている。レーザ距離測定装置１０と、離れた対象物との間の距離を測定するために、レーザ距離測定層と１０の作動時に、送信測定信号が光線の形状で送信ユニット２０から、回路基板１８に対して平行に配向された放射方向２４で、送信光学系２６を介して送出される。離れた対象物の表面によって反射されたこの送信測定信号は、受信光学系２８を介して、受信測定信号として受信ユニット２２によって受信される。送信測定信号と受信測定信号との比較から、検出されるべき距離が求められる。

回路基板１８および受信ユニット２２は、図２に断面で示されている。受信ユニット２２はハウジング３０を含む。ここでこのハウジングは、回路基板１８にはんだ付けされている底面３２、底面３２に対向して配置されたカバー面３４、第１の側面３６および信号面３８として構成されている第２の側面を有している。さらに受信ユニットは、ハウジング３０内に配置されている、受信測定信号を受信するためのダイオードチップ４０を有している。信号面３８は、回路基板１８に対して平行に配向された受信測定信号用光軸４２上に配置されており、受信測定信号に対して透過性のガラスカバー４４から構成されている。

受信ユニット２２のハウジング４６の別の実施形態は、図３に、斜視図で示されている。回路基板１８上に受信ユニット２２が取り付けられている状態においては、図６で示されているように、ハウジング４６の底面４８が回路基板１８に固定されている。ハウジング４６はさらに、図４に示された、信号面５０として構成されている側面を含む。回路基板１８に底面４８をはんだ付けするために、ハウジング４６には２つの切り欠き５２、５４が設けられている。これらの切り欠きはそれぞれはんだ面５６ないし５８を含む。はんだ面５６、５８にはそれぞれはんだ合金が積層されている。このはんだ合金は陰影線で概略的に示されている。受信ユニット２２を回路基板１８に固定する際に、図６で示されているように、溶解時はんだ付け時に、切り欠き５２ないし５４と回路基板１８によって制限されている空間がはんだ合金によって満たされる。ハウジング４６はさらに凹部６０を有している。受信ユニット２２が取り付けられた状態において、この凹部内に、図４に示されたダイオードチップ６２が配置されている。

取り付け状態において、ハウジング４６を有する受信ユニット２２は、回路基板１８上に取り付けられており、これが図４の部分切断図で示されている。ハウジング４６は４つの材料層６４、６６、６８、７０を有しており、これらの材料層は積層方向７２で積層されている。材料層６４、６６、６８、７０はセラミックから成る。凹部６０内にはダイオードチップ６２が配置されている。ここでこのダイオードチップは境界面７４にはんだ付けされている。ダイオードチップ６２ははんだ接続を介して境界面７４と電気的に接続されている。さらにダイオードチップ６２は境界面７８と、同じように電気的に接続されており、詳細には一方ではダイオードチップ６２とはんだ付けされ、他方では境界面７８とはんだ付けだれているボンディングワイヤ７６を介して電気的に接続されている。ダイオードチップ６２とボンディングワイヤ７６をはんだ付けするために、境界面７４ないし７８ははんだ合金を有している。図５において詳細に示されているようにこのようなはんだ合金ははんだ面５６ないし５８と接触接続しており、従って境界面７４ないし７８とはんだ面５６ないし５８との間の電気的接続が形成される。これによってダイオードチップ６２は回路基板１８と、一方では境界面７４およびはんだ面５６を介して第１の層レベル上で、他方では境界面７８およびはんだ面５８を介して第２の層レベル上で、回路基板１８と電気的に接続されている。凹部６０は、信号面５０を構成するガラスカバー８０によって外部に対して絶縁されている。１つの実施形態ではハウジング４６は一体的なプラスチック部分から製造される。ここでこのプラスチック部分にはプレスグリッドが設けられている。この場合にはハウジング４６は、積層方向で複数の層レベルで積層されている材料層を有している。ここで積層方向はグリッド軸に対して平行に配向されている。２つの異なる層レベル上および／または１つの層レベル内の隣接する材料層は相互に境界面に接している。ここで境界面は境界面の要素的なグリッドセルによって構成されている。プレスグリッドは有利には導電性材料から製造されているので、ハウジング４６内での内部の電気的接続およびハウジング４６を回路基板１８にはんだ付けするためのはんだ面との電気的接続が、プレスグリッドを介して形成される。

図５はハウジング４６の別の切断図を示している。識別するために、材料層６４、６６、６８、７０および、はんだ面５６を有する切り欠き５２が示されている。その上部にダイオードチップ６２がはんだ付けされている境界面７４（図４）には、はんだ合金が積層されている。このはんだ合金は金属層６６の下方で、はんだ面５６を有する接触接続箇所８１まで貫通している。

図６は、回路基板１８上の、ハウジング４６を有する受信ユニット２２の構成を平面図で示している。

受信ユニット２２のハウジング８２の択一的な実施形態が図７に、斜視図で示されている。以降の説明は、ハウジング４６と８２の構成の相違に限られる。ハウジング４６と８２の同一部分には新たな参照番号は付与していない。ハウジング８２は、３つの切り欠き８４、８６、８８を有している。これらの切り欠きはそれぞれ、底面４８を回路基板１８にはんだ付けするためのはんだ面９０、９２、９４を含んでいる。受信ユニット２２が回路基板１８に取り付けられている状態において、電気的接続が回路基板１８とダイオードチップ６２の間にはんだ面９０、９４および２つの層レベル上での境界面７４、７８を介して形成される。これは詳細には、図４および図５に基づいて既に記載されている方式で形成される。積層方向７２においてより深い方向に位置している第３の層レベル上の境界面９５を介して、ダイオードチップ６２のアース接続部分が回路基板１８に対して形成されている。ここでこの境界面は、一方ではダイオードチップ６２と電気的に接続されており、他方では境界面９２と電気的に接続されている。このより深くに位置する層レベルと上方の層レベルとの間の効果的な電気的絶縁を実現するために、積層方向７２において、一方ではんだ面９２は境界面７８によって制限されており、他方ではんだ面９０、９４は境界面７４によって制限されている。

図８には、ハウジング９６の別の実施形態を有する受信ユニット２２が概略的に示されている。これは信号面９８および底面１０２を有している。ここでこの信号面は、ダイオードチップ１００によって受信される測定信号に対して透過性であり、底面は回路基板１８にはんだ付けされている。さらにハウジング９６は、底面１０２および信号面９８とは異なる外面１０４、１０６、１０８、１１０を含む。底面１０２および外面１０４、１０６、１０８、１１０には、はんだ面として構成されている固定手段１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２４、１２６、１２８が設けられている。１つの取り付け形態において、外面１０４、１０６、１０８、１１０のうちの１つは、固定手段１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２４のうちの１つによって回路基板１８にはんだ付けされる。これによって、回路基板１８に対して相対的な、ダイオードチップ１００によって生成される測定信号の異なる配向が可能になる。

上述した全ての実施例において、送信ユニット２０および受信ユニット２２は、その構造においても、回路基板１８に固定される様式においても同じである。送信ユニット２０および受信ユニット２２の相応する部分には、新たな参照番号は付与されていない。

図９には、受信ユニット２２のハウジング１３０の択一的な実施形態が断面図で示されている。複数の材料層１３２、１３４、１３６、１３８を有しているハウジング１３０は、底面１４０でもって、回路基板１８にはんだ付けされている。ハウジング１３０の側面は信号面１４２として構成されており、受信測定信号に対して透過性のガラスカバー１４４によって形成されている。択一的に、ガラスカバー１４４を省くか、または信号面１４２を注型コンパウンドによって形成することも可能である。ハウジング１３０内に配置されているダイオードチップ１４６は境界面１４８にはんだ付けされている。図４に示された受信ユニット２２に関して上述したように、ダイオードチップ１４６は一方では境界面１４８と電気的に接続されており、さらにボンディングワイヤ１５０を介して境界面１５２と電気的に接続されている。境界面１４８、１５２はそれぞれ、ハウジング１３０の図示されていないはんだ面と電気的に接続されており、これを介してハウジング１３０は回路基板１８にはんだ付けされている。これによってダイオードチップ１４６は回路基板１８と電気的に接続される。近傍領域内に配置された対象物の距離測定の場合には、光線１５３として形成された受信測定信号が、回路基板１８に対して平行軸角度で、信号面１４２に入射する。ダイオードチップ１４６を通したこのような受信測定信号の受信を可能にするために、受信ユニット２２には偏向手段１５４が設けられている。これは材料層１３８の延長部分によって形成されており、場合によっては反射部材が積層されている。

図１０には受信ユニット２２の実施形態が示されている。これは、ハウジング１３０内に配置された偏向手段１５６を有している。

別の実施例では、送信ユニット２０は、受信ユニット２２に関して上述したように構成され、回路基板１８に固定されている。

回路基板、送信ユニットおよび受信ユニットを有する距離測定装置 回路基板に固定されたハウジングを有する送信ユニット 送信ユニットの択一的なハウジングの斜視図 図３に示された、回路基板上のハウジングを有する送信ユニットの部分切断図 図３に示されたハウジングの接触接続箇所 図３に示された、回路基板上のハウジングを有する送信ユニットの平面図 ３つの切り欠きを有する択一的なハウジング はんだ面を有する択一的なハウジングを有する送信ユニット 偏向手段を有する受信ユニット 択一的な偏向手段を有する受信ユニット

Claims (10)

1. 距離測定装置、殊に手持ち式装置として構成されたレーザ距離測定装置（１０）であって、
   当該距離測定装置は回路基板（１８）と送信または受信ユニット（２０、２２）を有しており、
   当該送信または受信ユニットは測定信号を送信または受信するために設けられており、ハウジング（３０、４６、８２、９６、１３０）を含んでおり、
   当該ハウジングは前記回路基板（１８）の方を向いている底面（３２、４８、１０２、１４０）、側面および信号面（３８、５０、９８、１４２）を有している形式のものにおいて、
   前記側面は信号面（３８、５０、９８、１４２）として構成されている、
   ことを特徴とする距離測定装置。
2. 前記ハウジング（４６、８２、１３０）は少なくとも２つの材料層（６４、６６、６８、７０、１３２、１３４、１３６、１３８）を有しており、ここで当該材料層（６４、６６、６８、７０、１３２、１３４、１３６、１３８）の間の境界面（７４、７８、９５、１４８、１５２）を介して電気的な接続が形成される、請求項１記載の距離測定装置。
3. 前記送信および受信ユニット（２０、２２）はダイオードチップ（６２、１４６）を有しており、当該ダイオードチップは少なくとも２つの層レベル上でそれぞれ境界面（７４、７８、１４８、１５２）と電気的に接続されている、請求項２記載の距離測定装置。
4. 前記ハウジング（４６、８２）ははんだ面（５６、５８、９０、９２、９４）を有しており、当該はんだ面は境界面（７４、７８、９５）と電気的に接続されている、請求項２または３記載の距離測定装置。
5. 前記はんだ面（９０、９２、９４）は積層方向（７２）において境界面（７４、７８）によって制限されている、請求項４記載の距離測定装置。
6. 前記ハウジング（４６、８２）ははんだ面（５６、５８、９０、９２、９４）を伴う切り欠き（５２、５４、８４、８６、８８）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の距離測定装置。
7. 前記送信または受信ユニット（２０、２２）は固定手段（１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２４）を有しており、当該固定手段は前記底面（１０２）および信号面（９８）とは異なる外面（１０４、１０６、１０８、１１０）を回路基板（１８）に固定するために設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の距離測定装置。
8. 前記ハウジング（９６）は少なくとも２つの、はんだ面として構成された固定手段（１１２、１１４、１１６、１１８、１２０，１２４）を有しており、当該固定手段は相互に接している２つの外面（１０４、１０６、１０８、１１０）上に配置されている、請求項７記載の距離測定装置。
9. 前記送信または受信ユニット（２０、２２）は測定信号を偏向させる偏向手段（１５４、１５６）を有しており、当該偏向手段はハウジング（１３０）内に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の距離測定装置。
10. 前記偏向手段（１５４）はハウジング（１３０）に一体形成されている、請求項９記載の距離測定装置。

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