专利名称：用于电光距离测量的激光设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电光测量目标物至一个参考标志的距离的激光设备，它包括外 壳，该外壳具有用于从激光设备耦出激光射线的出射开口 ；测量装置，该测量装置发出激光 射线并由来自目标物的接收射线求出距离值；用于显示距离值的显示装置；用于操作激光 设备并起动距离测量的操控装置；以及用于将激光射线对准到目标物上的光学瞄准装置。
背景技术：
用于电光距离测量的激光设备已由现有技术所公开并已商业销售。激光距离测 量设备发射经过调制的激光射线，激光射线射到要求出其与激光设备的距离的目标物表面 上。从目标物表面反射或散射的激光射线的光以下称为接收射线，被激光距离测量设备检 测并用于求出距离。这种激光距离测量设备的应用范围通常包括从几厘米至数百米的距罔。现有技术已知的激光距离测量设备按照发射装置和接收装置的排列可分为两种 类型双轴排列，在这种排列情况下发射装置和接收装置的光轴相互错开地平行前进；以 及同轴排列，在这种排列情况下发射装置和接收装置的光轴相互重合。双轴排列具有以下 优点不需要用于分开发射射线与来自目标物的接收射线的射线分离，并且发射路径和接 收路径可良好地相互分离，从而可避免光的串扰。但是另一方面这存在以下缺点在短距离 范围内由于平行轴而导致检测问题目标物在检测器表面上的成像偏离接收装置光轴一个 小的距离，并且发生检测面中射线横截面的偏差。同轴排列具有没有平行轴和廉价结构的 优点。但缺点是不能避免发射单元对接收单元的光串扰，因为同一个光通道被用于两个单 元。光的串扰导致周期性的距离测量误差。在建筑业中激光距离测量设备还用于室内的距离测量，其中在大的距离(大于50 米)上激光射线也能用肉眼观看到。然而当在室外应用中瞄准具有高的环境光密度的目标 物、例如太阳光所照射的墙壁时，目标物上的激光射线很难看到或者根本看不到。为了改善 可见度，可以设想提高激光器功率。然而由于安全理由，更高的激光器功率是不允许的。激 光距离测量设备的最大功率是由激光器类别规定的。在已知的激光距离测量设备中所包含 的等级2的激光器的情况下，最大功率不可以超过1毫瓦。为了使使用者能看到激光射线 在目标物上的位置，激光距离测量设备被设计成带有光学瞄准装置。图Ia示出一个已知的用于电光距离测量的激光设备1，下面它被称作激光距离测 量设备1，它具有测量装置2，该测量装置将激光射线3对准到目标物4上，并由从目标物4 反射或散射的激光射线(被称为接收射线5)求出距离值；激光距离测量设备1还具有用于 显示距离值的显示装置6和用于操作激光距离测量设备1并起动距离测量的操控装置7。 此外激光距离测量设备1还具有光学瞄准装置8，它使得特别是在室外测量或差的可视环 境下，当用肉眼不能在目标物4上清楚看到或者不再能看到激光射线3时，距离测量变得容 易进行。激光距离测量设备1被外壳9包围。显示装置和操控装置6，7嵌入到外壳9的上
3侧面10中。为了保证操作激光距离测量设备1时和显示距离值时高度的操作舒适性，外壳 9的上侧面10和对着上侧面10的下侧面11是激光距离测量设备1的两个最大的外壳表 面。与上侧面相邻接的前侧面和后侧面12，13以及外壳9的侧向表面14，15尽可能设计得 小，以构造成轻便的激光测量设备1。激光射线3从外壳9的输出通过出射开口 16完成，该出射开口被设置在外壳9的 前侧面12上，并且激光射线3的光轴垂直于前侧面12。来自目标物4的接收射线5通过输 入开口 17进入激光距离测量设备1。至目标物4的距离测量相对于位于激光距离测量设备上的参考标志进行。在已知 的激光距离测量设备1中，前侧面12、后侧面13、瞄准尖端18或测量延伸部分(图中未示 出)被用作参考标志。在参考标志之间的切换通过切换装置19完成或自动实现，例如当瞄 准尖端18折叠180°时。图Ib示出图Ia所示已知激光距离测量设备1内部带有测量装置2和光学瞄准装 置8的视图。测量装置2包括具有射线源21和第一射线成形光系22的发射装置20，具有 检测器24和第二射线成形光系25的接收装置23，以及评估装置26。发射和接收装置20， 23是双轴排列的，即它们的光轴相互平行但不重合。评估单元26通过通信连接27a，27b， 28与检测器24、射线源21和显示装置6相连接。它由射线源21发射的激光射线3与检测 器24检测到的接收射线5之间的时间差确定至目标物4的距离值。光学瞄准装置8具有第一光学元件29和第二光学元件30。使用者通过安装在外 壳9的侧向表面14上的瞄准镜31向光学瞄准装置8中观看。这时使用者向第二光学元件 30上观看。来自目标物4的环境光32携带着目标物4的图像通过前侧面12上的入射开口 33进入光学瞄准装置8并射到第一光学元件29上。从那里环境光被偏转到指向第二光学 元件30的方向。通过目标物4的图像在第一和第二光学元件29，30上两次反射，形成目标 物4的正立的、侧向上的图像，它被使用者在瞄准镜31中观看到。 在从测量装置2耦出的激光射线34的射线路径中设置有一个分光器35，它最好相 对于激光射线34的光轴倾斜45°。分光器35被设计为使得激光射线的绝大部分(例如反 射率R彡95%)作为透射的激光射线36穿过分光器35，同时其余部分(例如5%)作为反 射的激光射线37被偏转。反射的激光射线37穿过光学瞄准装置8的第二光学元件30，并 可被使用者作为明亮的、接近点状的光斑观看到。第二光学元件30被设计为使得它对于激 光波长λ是透射的，而对于从目标物4出发的环境光的波长范围，除了激光波长λ附近一 个窄的范围以外反射占优。使用者在向光学瞄准装置8中观看时看到目标物4的图像和反 射的激光射线37的光斑，此光斑在目标物4的图像中的位置与激光射线3在目标物4表面 上的位置相同。通过由反射的激光射线37所导致的光点在目标物4的图像中的定位实现 激光射线3在目标物4表面上的精确定位。 图2示出另一个已知的激光距离测量设备40，它具有同轴结构的测量装置41和光 学瞄准装置42。测量装置41包括一个具有射线源21和射线成形光系44的发射装置43， 一个具有检测器24和射线成形光系44的接收装置45，评估装置26及一个分光器46。发 射和接收装置43，45是同轴排列的，即它们的光轴重合。射线成形光系44是发射和接收装 置43，45的公共光学元件。此光系被设计为使得从射线源21耦出的激光射线被准直或聚 焦到目标物4上，并且来自目标物4的接收射线通过分光器46被聚焦到检测器24上。借助于分光器46，从射线源21耦出的激光射线与被目标物4反射或散射并应被检测器24检 测到的接收射线分离。分光器46被设计为使得它对于具有激光射线的波长λ和极化方向 的光是透射的，而对于具有与激光射线极化方向垂直的极化方向的光是反射的。光学瞄准装置42包括三个光学元件第一光学元件47，第二光学元件48和第三 光学元件49。第一和第三光学元件47，49对于激光波长λ附近一个窄的波长范围透射占 优，对于可见光频谱范围的其它波长反射占优。第二光学元件48对于可见光频谱范围的所 有波长都是反射占优。使用者通过外壳9侧向表面14上的瞄准镜31向光学瞄准装置42 观看。这时使用者看到第二光学元件48上。通过射线成形光系44从测量装置41耦出的 激光射线50绝大部分(例如95%)通过第一光学元件47并射到第三光学元件49上，在此 元件上绝大部分(例如95%)作为透射的激光射线51穿过并通过前侧面12上的出射开 口 52离开激光距离测量设备40，同时一小部分(例如5% )作为反射的激光射线53反射 到第一光学元件47的方向上。反射的激光射线53在第一光学元件47上又是很小一部分 (例如5% )被反射到第二光学元件48的方向上，并且在第二光学元件上作为反射的激光 射线54被偏转到瞄准镜31的方向上。在瞄准镜31中观看的使用者观看到呈现为尖锐光 点的激光射线34。来自目标物4的环境光55作为目标物图像通过出射开口 52进入激光距离测量设 备40并射到第三光学元件49上，目标物图像55绝大部分穿过此元件。透射的目标物图像 56射到第一光学元件47上，被作为反射的目标物图像57转换到第二光学元件48的方向并 在那里作为目标物图像58反射到瞄准镜31方向上。此目标物图像与反射的激光射线的光 点一起被使用者观看到，使用者可以通过这种方式在目标物上定位激光射线。在所有已知的激光距离测量设备中激光射线出射开口都位于外壳的前侧面上，并 且光学瞄准装置的瞄准镜被设置在外壳的侧向表面上，从而激光射线的调整借助于光学瞄 准装置垂直于从外壳耦出的激光射线的光轴“类似经过拐角”地进行。经过拐角的调整首 先给未经训练的使用者带来问题。如果调整平行于耦出的激光射线的传播方向进行，人类 的眼脑组织的稳定系统工作得特别好。为此在已知的激光距离测量设备中瞄准镜必须设置 在外壳的后侧面上。因为在激光距离测量设备内部除了测量装置还有其它部件，由于空间 的原因在后侧面上光学瞄准装置的瞄准镜与前侧面上激光射线出射开口之间建立一个光 路是很困难的。

发明内容
本发明的目的在于给出一种用于电光距离测量的激光设备，它使得未经训练的使 用者也能借助于光学瞄准装置简单地将激光射线对准到目标物上。上述任务在开始处所述用于电光距离测量的激光设备中按照本发明如此完成使 用者向光学瞄准镜观看的方向与通过出射开口从激光设备耦出的激光射线的光轴平行，最 好是同轴。在这种激光距离测量设备的情况下使用者在激光射线的传播方向上观察。人类 的眼脑组合的稳定系统使得简单并精确地在目标物上对准和定位激光射线成为可能。在一个具有优点的实施方式中，光学瞄准装置具有一个瞄准镜，并且瞄准镜和出 射开口被设置在外壳的彼此相对的表面上。这里特别具有优点的是，瞄准镜被设置在外壳 的上侧面上，对着上侧面的下侧面上，或者侧向表面上。
在一个具有优点的实施方式中设置了一个换向光系，它将从测量装置耦出的激 光射线偏转到出射开口的方向上。其中该换向光系对于激光射线波长附近一个窄的范围 λ 士 Δ λ，Δ λ = ΙΟμπι特别有利的是反射占优，而对于其它波长，特别是来自目标物的环 境光，透射占优。在一个具有优点的实施方式中，换向光系同时构成光学瞄准装置的第一光学元 件。在一个具有优点的实施方式中，光学瞄准装置具有第二光学元件，它结造为成对 于激光射线波长附近一个窄的范围λ 士Δ λ，Δ λ = ΙΟμπι反射占优。特别具有优点的是，第二光学元件通过通信连接与测量装置的评估装置相连接， 并且对使用者例如以光点或距离值的形式在目标物图像中提供附加信息。本发明的其它优点和有利的实施例可从说明书、附图和权利要求书得知。前面所 述及后面还要说明的特征按照本发明可以单独或任意组合使用。所示并说明的实施方式不 应理解为全部，只是它们具有描述本发明的多个代表性特征。


附图中图la，b以外部视图(图la)和内部视图(图lb)示出一个已知的激光距离测量 设备；图2示出另一个已知的激光距离测量设备；图3示出本发明所述的具有一个光学瞄准装置的激光距离测量设备的第一实施 方式；以及图4示出本发明所述的具有一个光学瞄准装置的激光距离测量设备的第二实施 方式。相同的或功能相同的元件在附图中用相同的附图标记表示。
具体实施例方式图3示出本发明所述用于电光测量目标物4至参考标志距离的激光距离测量设备 60的第一实施方式。此激光距离测量设备60除了具有同轴结构的测量装置41以及显示和 操控装置6，7外，还具有光学瞄准装置61。此激光距离测量设备60在光学瞄准装置61的 结构上不同于图Ia所示的激光距离测量设备1，而其它结构是类似的。测量装置41除了包括具有射线源21和射线成形光系44的发射装置43外还包括 具有检测器24和射线成形光系44的接收装置45，评估装置26和分光器46。激光射线在 从射线源21输出之后射到分光器46上并接着射到射线成形光系44上。射线源21例如是 一个半导体激光器，它产生在可见光频谱中的激光射线，例如具有635nm波长的红色激光 射线，或具有适当波长和功率的其它激光。激光射线在一个开口处离开射线源21，在此开 口处激光射线被衍射。基于衍射和发散导致激光射线扩散。为了限制激光射线3在目标物 4上的射线直径，借助于射线成形光系44使激光射线被准直或聚焦到目标物4上。检测器 24例如是光电二极管或其它与射线源21的波长和功率相匹配的接收机。由目标物4反射 或散射的接收射线5借助于射线成形光系44聚焦到检测器24上。评估装置26通过通信
6连接27a，27b与检测器24和射线源21相连接并由射线源所发射的激光射线与由检测器24 检测到的接收射线之间的时间差确定至目标物4的距离值。评估装置26通过通信连接28 与显示测得距离值的显示装置6相连接。光学瞄准装置61具有第一光学元件62和第二光学元件63。使用者通过侧向表面 14上的瞄准镜31向光学瞄准装置61中观看。这时他看到第一光学元件62上。第一光学 元件62被构造成分光器并相对于射线光轴倾斜45°设置在从测量装置41耦出的激光射线 的光路中。从测量装置41经射线成形光系44耦出的激光射线64射到光学瞄准装置61的第 一光学元件62上，此元件被构造成对于激光波长反射占优(例如反射率R > 95% )，从而 激光射线64的绝大部分作为反射的激光射线65通过侧向表面15上的出射开口 66离开激 光距离测量设备60，并且其一小部分作为透射的激光射线67穿过第一光学元件62。在透 射的激光射线67的光路中设置了第二光学元件63，它被构造成对于激光波长λ反射占优。 透射的激光射线67在第二光学元件63上被反射并射到第一光学元件62上。在那里激光 射线67的绝大部分作为反射的激光射线68偏转到瞄准镜31的方向上。反射的激光射线 68作为清晰的光点呈现给使用者并向其指示激光射线65在目标物4上的精确位置。通过出射开口 66从激光距离测量设备60射出的激光射线65射到目标物4上。在 目标物4上，激光射线65的一部分被反射，一部分被散射。反射的激光射线和部分散射的 激光射线作为接收射线69通过输出口 66进入激光距离测量设备60。接收射线69射到第 一光学元件62上，它对于激光波长λ附近一个窄的波长范围士 Δ λ反射占优，而对于其 它波长透射占优。在第一光学元件62上，接收射线69的绝大部分作为反射的激光射线70 偏转到射线成形光系44的方向上，射到射线成形光系44上并聚焦到分光器46的方向上， 通过分光器46在检测器24上成像。携带目标物图像的环境光除了激光波长λ附近一个 窄的波长范围以外都穿过第一光学元件62并通过瞄准镜31抵达使用者的眼睛。目标物图 像与反射的激光射线68的光点一起被使用者观看到，该光点在目标物图像中的位置与激 光射线在目标物4上的位置相同。因为使用者直接向激光射线68观看，光学瞄准装置61的第一光学元件62和第二 光学元件63的透射率和反射率相匹配，使得到达使用者眼睛的功率被强烈衰减，从而避免 伤害眼睛和目标物图像的过度照射。作为替代，也可以使用滤光器，它衰减激光射线68的功率。瞄准镜31和激光射线65的出射开口 66被设置在外壳9的彼此相对的侧向表面 14，15上。使用者向瞄准镜31中观看的方向由方向矢量(箭头71)表示。使用者向光学瞄 准装置的瞄准镜31中观看的方向71与通过出射开口 66从激光距离测量设备60耦出的激 光射线的光轴是同轴的。通过这种同轴排列，使用者向激光射线的传播方向观看。人类眼 脑组合的稳定系统使得简单而精确地实现激光射线在目标物上的对准和定位成为可能。图4示出本发明所述用于电光测量目标物4至参考标志的距离的激光距离测量设 备80的第二实施方式，它在光学瞄准装置81的结构上与本发明所述激光距离测量设备的 第一实施方式60不同，其它结构是类似的。激光距离测量设备80除了包括光学瞄准装置81外还包括测量装置、显示装置和 操控装置41，6，7，这些装置也包含在激光距离测量设备60中。光学瞄准装置81由两个光6件62和第二光学元件82。第一光学元件62被构造成分光器，它 对于激光波长λ有高反射率(例如R > 95% )，对于可见光频谱的所有其它波长有高透射率。从测量装置41通过射线成形光系44耦出的激光射线64的绝大部分在第一光学 元件62上作为反射的激光射线65被偏转到目标物4的方向上。接收射线69射到第一光 学元件62上，在其上接收射线69的绝大部分作为反射的激光射线71被偏转到测量装置41 的方向上。如对激光距离测量设备60所描述的那样，目标物64的图像通过第一光学元件 62抵达使用者的眼睛。此外由第二光学元件82产生一个光场分布，它通过第一光学元件 62上被反射到瞄准镜31的方向上。使用者一方向作为清晰的光点观看到此光场分布，此光 点在目标物4图像中的位置与激光射线在目标物4上的位置相同，从而可以在目标物4上 精确定位激光射线。另一方面使用者通过该光场分布看到目标物图像中的附加信息，例如 距离测量值。第二光学元件82通过通信连接83与测量装置41的评估装置26相连接。光学瞄准装置81的第二光学元件82由微型显像器组成，其显示通过透镜被转换 成无限的。该变换后的图像作为显示内容被使用者观看到。
权利要求
一种用于电光测量目标物(4)至参考标志(10 15，18)的距离的激光设备(60；80)，它包括外壳(9)，其中该外壳(9)具有用于从激光设备(60；80)耦出激光射线(65)的出射开口(66)；测量装置(41)，该测量装置发出激光射线(64)并由来自目标物(4)的接收射线(69)求出距离值；用于显示距离值的显示装置(6)；用于操作激光设备并起动距离测量的操控装置(7)；以及用于将激光射线(65)对准到目标物(4)上的光学瞄准装置(61；81)，其特征在于，使用者向光学瞄准装置(61；81)中观看的方向(71)平行于通过出射开口(66)从激光设备(60；80)耦出的激光射线(65)的光轴。
2.如权利要求1所述的激光设备，其特征在于，使用者向光学瞄准装置(61;81)中观 看的方向(71)与耦出激光射线(65)的光轴同轴。
3.如权利要求1所述的激光设备，其特征在于，光学瞄准装置(61;81)具有瞄准镜 (31)，其中该瞄准镜(31)和出射开口(66)被设置在外壳(9)的相对的表面上。
4.如权利要求3所述的激光设备，其特征在于，瞄准镜(31)被设置在外壳(9)的上侧 面(10)上，对着上侧面(10)的下侧面(11)上，或者侧向表面(14，15)上。
5.如以上权利要求中任一项所述的激光设备，其特征在于，存在一个换向光系(62)， 它将从测量装置(41)输出的激光射线(64)转换到出射开口(66)的方向上。
6.如权利要求5所述的激光设备，其特征在于，换向光系(62)被构造成对于激光射线 (64，65)波长附近一个窄的范围λ 士Δλ，λ = ΙΟμπι反射占优，而对于其它波长范围，特 别是对于来自目标物(4)的环境光是透射的。
7.如权利要求5至6中任一项所述的激光设备，其特征在于，换向光系(62)构成光学 瞄准装置(61 ；81)的第一光学元件(62)。
8.如权利要求7所述的激光设备，其特征在于，光学瞄准装置(61；81)具有第二光 学元件(63 ；82)，该第二光学元件被构造成对于激光射线(64，65)波长附近一个窄的范围 λ 士 Δ λ，Δ λ = 10 μ m 反射占优。
9.如权利要求8所述的激光设备，其特征在于，第二光学元件(82)通过通信连接(83) 与测量装置(41)的评估装置(26)相连接，并在目标物图像中提供附加信息给使用者。
10.如权利要求9所述的激光设备，其特征在于，所述附加信息表现为一个光点。
11.如权利要求9所述的激光设备，其特征在于，所述附加信息表现为距离值。
全文摘要
本发明涉及一种用于电光测量目标物(4)至参考标志(10-15，18)的距离的激光设备(60)，它包括外壳(9)，所述外壳(9)具有用于从激光设备(60)耦出激光射线(65)的出射开口(66)；测量装置(41)，该测量装置发出激光射线(64)并由来自目标物(4)的接收射线(69)求出距离值；用于显示距离值的显示装置(6)；用于操作激光装置并起动距离测量的操控装置(7)；以及用于将激光射线(65)对准到目标物(4)上的光学瞄准装置(61)。其中使用者向光学瞄准装置(61；81)中观看的方向(71)平行于通过出射开口(66)从激光设备(60；80)耦出的激光射线(65)的光轴。
文档编号G01S7/481GK101923160SQ20101018915
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月25日 优先权日2009年5月29日
发明者A·文特, G·舒塞尔, H·塞弗特, T·戈戈拉 申请人:喜利得股份公司