CN101900807A - 用于电光距离测量的激光设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光电测量目标物(4)至参考标志(10-15，18)的距离的激光设备(40)，它包括：外壳(9)，发出激光射线(42)并由来自目标物(4)的接收射线(51)求出距离值的测量装置(41)，用于从外壳(9)耦出激光射线的出射开口(46)，用于显示距离值的显示装置(6)以及用于操作激光设备并起动距离测量的操控装置(7)。显示装置和操控装置(6，7)被设置在外壳(9)的上侧面(10)上。出射开口(46)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。

Description

用于电光距离测量的激光设备

技术领域

本发明涉及一种用于电光测量目标物至参考标志的距离的激光设备，它包括：外壳；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；用于从外壳耦出激光射线的出射开口；用于显示距离值的显示装置和用于操作激光设备并起动距离测量的操控装置，其中显示装置和操控装置设置在外壳的上侧面上。

背景技术

用于光学距离测量的激光设备在下面被称作激光距离测量设备，它们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距离测量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在下面称为接收射线，由激光距离测量设备检测并用于确定距离。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离。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：双轴排列和同轴排列。

图1a示出一种已知的激光距离测量设备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发射或散射的激光射线(它被称为接收射线5)求出距离值；激光距离测量设备1还具有用于显示所求出的距离值的显示装置6和用于操纵激光距离测量设备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包围着。显示装置和操控装置6，7被嵌入到外壳9的上侧面10中。为了保证在操作激光距离测量设备1和显示距离值时高度的操作方便性，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10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距离测量设备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的光轴接近垂直于前侧面12。来自目标物4的接收射线5通过同样设置在前侧面12上的入射开口17进入激光距离测量设备1。在图1a所示激光距离测量设备1的情况下发射和接收装置是双轴排列的，即它们的光轴相互平行但不重合。因此用于接收射线5的入射开口17和用于激光射线3的出射开口16在空间上相互分开地排列在前侧面12上。

至目标物4的距离测量相对于位于激光距离测量设备1中的参考标志来实现。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12，13，18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1b示出图1a所示具有测量装置2、光学瞄准装置8及显示和操控装置6，7的已知激光距离测量设备1的内部视图。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，以及分析装置26。分析装置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发出的激光射线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。使用者通过设置在外壳9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，第二光学元件被设计成对于激光器波长透射占优，而对于从目标物4出发的环境光32反射占优。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。通过使目标物4的图像在第一和第二光学元件29，30上被两次反射，形成目标物4的正立的、侧方向上的图像，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的光路中设置有一个分光器35，它最好相对激光射线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≥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。

在所有的商业上可获得的激光距离测量设备中，用于耦出激光射线的出射开口都像在图1a，b所示激光距离测量设备1一样被设置在外壳的前侧面上，并且距离测量主要相对于作为参考标志的前侧面和后侧面进行。在手持激光距离测量设备的情况下向小而扁平的设备发展。这些小而扁平的激光距离测量设备导致窄的前侧面和后侧面，这使得激光射线在目标物上的定位是困难的，因为在非平面的基础上不能保证激光距离测量设备足够稳定的站立。此外，距离测量只有对于大于外壳长度的距离才可能进行。

发明内容

本发明的目的在于给出一种用于光学距离测量的激光装置，这种激光装置在距离测量时可保证足够稳定的站立。此外还可进行在狭小关系下的小距离的距离测量。

上述任务在开始处所述用于光电距离测量的激光设备中根据本发明如此完成：用于耦出激光射线的出射开口被设置在外壳的上侧面上，对着上侧面的下侧面上或侧向表面上。

用于耦出激光射线的出射开口设置在外壳的上侧面上，对着上侧面的下侧面上或侧向表面上提供了一个稳定的设备表面作为参考标志的优点。在其上从外壳耦出激光射线的表面、对着该表面的外壳表面以及测量延伸部分被用作距离测量的参考标志。由于显示装置和操控装置被设置在外壳的上侧面上，上侧面和下侧面(它们由外壳的长度和宽度确定)通常是两个最大的外壳表面。侧向表面由外壳的长度和深度确定。

具有优点的是，在外壳中设置了另一个出射开口，激光射线可以通过它从外壳耦出。在一个特别具有优点的实施方式中，出射开口和所述的至少一个另外的出射开口被设置在外壳的彼此相对的表面上。利用这种形式的激光距离测量设备可以进行从一个点到在一个空间方向上的两侧的距离测量。例如在要确定两个不太容易到达的目标物之间的距离时这是具有优点的。

在另一具有优点的实施方式中，出射开口和所述至少一个另外的出射开口被设置在彼此邻接的外壳表面上。利用这种激光距离测量设备可以进行从一点到两个空间方向的距离测量。通过分析装置可进行面积计算并将结果在显示装置上显示给使用者。

具有优点的是，设置了三个用于从外壳耦出激光射线的出射开口。在一个特别具有优点的实施方式中，第一出射开口被设置在外壳的上侧面或下侧面上，第二出射开口被设置在外壳的侧向表面上，并且第三出射开口被设置在外壳的前侧面或后侧面上。这种形式的激光距离测量设备提供了从一点到所有三个方向上进行测量的可能性，而无需精确对准激光距离测量设备。通过分析装置可进行面积或体积计算并将结果在显示装置上显示给使用者。

具有优点的是，设置了一个切换装置，用于将激光设备的工作模式从激光射线可从出射开口耦出的第一工作模式切换到激光射线可通过所述至少另一个出射开口耦出的至少另一个工作模式。特别具有优点的是，切换装置被构造为使得一个可旋转的光系在操作切换装置时从第一位置移到至少另一个位置上，并且第一位置和所述至少另一个位置被设计为使得激光射线可通过此出射开口或通过所述至少另一个出射开口从外壳耦出。通过借助于切换装置在不同的出射开口之间切换，使用者可使激光设备适配于当地测量条件。

在一个具有优点的实施方式中设置了一个信号装置，它指示所选择的出射开口，其中特别是该信号装置被设置在外壳的上侧面上。

具有优点的是，设置了一个具有第一光学元件和第二光学元件的光学瞄准装置。

本发明的其它优点和具有优点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本发明特征可以单独或任意组合应用。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。

附图说明

图1a，b以外部视图(图1a)和内部视图(图1b)示出一个已知的激光距离测量设备；

图2示出本发明所述激光测量设备的第一实施方式，它具有三个激光射线出射开口，分别位于外壳的上侧面、前侧面和一个侧向表面上，以及

图3示出具有光学瞄准装置的本发明所述激光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。

具体实施方式

图2示出本发明所述的用于光学测量目标物4至位于激光距离测量设备40上的参考标志10-15，18的距离的激光距离测量设备40的第一实施方式。此激光距离测量设备40在激光射线的耦出方面不同于图1a所示的激光距离测量设备1，而其它结构是类似的。激光距离测量设备40除了包括同轴结构的测量装置41外，还包括显示装置和操控装置6，7，它们被设置在外壳9的上侧面10上。

由测量装置41耦出的激光射线42射到设置在激光射线42的光路中的换向光系43上。换向光系43被设计成可旋转的，并且可借助于调节装置44被调整到多个级上或被无级地调整。在图2所示实施方式中，换向光系43被设置为使得激光射线42在换向光系处旋转90°并作为激光射线45通过设置在外壳9的上侧面上的出射开口46从激光距离测量设备40耦出。

激光距离测量设备40除了具有第一出射开口46之外还具有在侧向表面14上的第二出射开口47以及在前侧面12上的第三出射开口48。通过与调节装置44相耦合的切换装置49，使用者调节激光射线45，45a，45b从某个出射开口46，47，48离开激光距离测量装置40。设置在上侧面10上的信号装置50指示激光射线45，45a，45b从哪个出射开口46，47，48离开激光距离测量装置40。

来自目标物4的接收射线51通过出射开口46进入激光距离测量设备40。

图3示出本发明所述用于光学测量目标物4与位于激光距离测量设备60上的参考标志之间的距离的激光距离测量设备60的第二实施方式。此激光距离测量设备60包括一个同轴结构的测量装置61，一个光学瞄准装置62和设置在外壳9的上侧面10上的显示装置和操控装置6，7。

测量装置61包括具有射线源21和射线成形光系64的发射装置63，具有检测器24和射线成形光系64的接收装置65，分析装置26以及分光器66。发射和接收装置63，65是同轴排列的，即它们的光轴重合。射线源21例如是半导体激光器，它产生可见光频谱中的激光射线，例如波长为635nm的红色激光射线或其它具有适当波长和功率的激光。激光射线在一个开口处离开射线源21，在该开口处激光射线被衍射。基于衍射或发散导致激光射线扩散。为了限制激光射线在目标物4上的射线直径，激光射线借助于射线成形光系64被准直或聚焦到目标物4上。射线成形光系64是发射和接收装置63，65的公共光学元件。它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66被聚焦到检测器24上。借助于分光器66，由射线源21耦出的激光射线与从目标物4反射或散射并应由检测器24检测到的接收射线分离。分光器66被设计为使得它对于激光射线的波长和极化方向透射占优。检测器24例如是光电二极管或者是与射线源21的波长和功率相匹配的其它接收机。由目标物4反射或散射的接收射线借助于射线成形光系64和分光器66被聚焦到检测器24上。分光器66对于激光射线的波长和与激光射线正交的极化方向基本上是反射的。分析装置26通过通信连接27a，27b与检测器24和射线源21相连接，并由射线源所发出的激光射线与由检测器24检测到的接收射线之间的时间确定至目标物4的距离值。分析装置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。

用于从激光距离测量设备60的外壳9耦出激光射线的出射开口67被设置在侧向表面15上。为了使从测量装置61耦出的激光射线68偏转到出射开口67的方向上，设置了一个换向光系69，它最好相对于激光射线68的光轴偏转45°。换向光系69被设计为使得绝大部分(例如95％)作为反射的激光射线70被偏转到出射开口67的方向上。反射的激光射线70通过出射开口67离开激光距离测量设备60并射到目标物4上，在目标物上激光射线70被反射和/或散射。反射和/或反射的激光作为接收射线71通过出射开口67进入激光距离测量设备60并射到换向光系69上。在换向光系69上接收射线71的绝大部分(例如95％)作为反射的接收射线72被偏转到测量装置61的射线成形光系64的方向上。反射的接收射线72被射线成形光系64聚焦并通过分光器66成像在检测器24上。

设置了光学瞄准装置62，用以支持使用者将激光射线70对准目标物4，该光学瞄准装置包括两个光学元件，换向光系69作为第一光学元件，第二光学元件用73表示。使用者通过设置在外壳9侧向表面14上的瞄准镜74向光学瞄准装置62中观看并看到换向光系69上。激光射线70向目标物4的对准将在如下情况下实现：在换向光系69(它被设计成对激光波长而言反射占优)上激光射线68的一小部分作为透射的激光射线75穿过换向光系69。在透射的激光射线75的光路中设置有光学瞄准装置62的第二光学元件73，它被构造成对激光波长而言反射占优。透射的激光射线75在第二光学元件73上被反射并射到换向光系69上。在那里激光射线75的绝大部分作为反射的激光射线76被偏转到瞄准镜74的方向上，并且以这种强烈减弱的方式到达使用者的眼睛，使用者以清晰的光点形式观看到激光射线76。此外来自目标物4的环境光也通过出射开口67和换向光系69并与激光射线76的光点一起被使用者通过瞄准镜74观看到。在此，环境光中的激光波长部分被去除，因为这一部分被换向光系69反射。映入使用者眼睛的激光射线76的光点在目标物图像中的位置与大都不可见的激光射线70的实际光斑在目标物4表面的位置相同。

光学瞄准装置62的瞄准镜74被设置在外壳9的侧向表面14上。来自目标物4的环境光的进入通过入射开口67实现，该入射开口被设置在对着侧向表面14的侧向表面15上。与已知的激光距离测量设备(其中入射开口被设置在外壳9的前侧面12上，且光学瞄准装置的瞄准镜被设置在外壳的一个侧部表面上)不同的是，入射开口67和瞄准镜74位于彼此相对的外壳表面上。当激光距离测量设备60的调整平行于传播方向进行时，人类的眼脑组合的稳定***工作得特别好。在已知激光距离测量设备的情况下，激光射线的调整借助于光学瞄准装置垂直于激光射线的传播方向“经过拐角”进行，并且经过拐角的调整首先会给未经训练的使用者带来问题。

在图3所示激光距离测量设备60的情况下，测量装置61如此被对准，使得耦出的激光射线68的光轴平行于侧向表面15。借助于换向光系69，激光射线的传播方向与设置在侧向表面上的出射开口67相匹配。作为替代，测量装置61也可在外壳9中对准，使得耦出的激光射线的光轴平行于出射开口67的法线矢量。

Claims (10)

1.一种用于光电测量目标物(4)至参考标志(10-15，18)的距离的激光设备(40；60)，它包括：外壳(9)，发出激光射线(42，68)并由来自目标物(4)的接收射线(51；71)求出距离值的测量装置(41，61)，用于从外壳(9)耦出激光射线的出射开口(46；67)，用于显示距离值的显示装置(6)以及用于操作激光设备并起动距离测量的操控装置(7)，其中显示装置和操控装置(6，7)被设置在外壳(9)的上侧面(10)上，其特征在于，出射开口(46；67)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。

2.如权利要求1所述的激光设备，其特征在于，在外壳(9)中设置了至少一个另外的出射开口(47，48)，通过它可从外壳(9)耦出激光射线(45a，45b)。

3.如权利要求2所述的激光设备，其特征在于，出射开口(46)和所述的至少一个另外的出射开口(47，48)被设置在外壳(9)的彼此相对的表面(10-15)上。

4.如权利要求2所述的激光设备，其特征在于，出射开口(46)和所述的至少一个另外的出射开口(47，48)被设置在外壳(9)的彼此邻接的表面(10-15)上。

5.如权利要求2至4中任一项所述的激光设备，其特征在于，设置了三个用于从外壳(9)耦出激光射线(45，45a，45b)的出射开口(46，47，48)。

6.如权利要求5所述的激光设备，其特征在于，第一出射开口(46)被设置在外壳(9)的上侧面或下侧面(10，11)上，第二出射开口(47)被设置在侧部表面(14，15)上，并且第三出射开口(48)被设置在前侧面或后侧面(12，13)上。

7.如权利要求2至6任一项所述的激光设备，其特征在于，设置了切换装置(49)，用于将激光设备(40)的工作模式由激光射线(45)可通过出射开口(46)耦出的第一工作模式变换到激光射线(45a，45b)可通过所述至少一个另外的出射开口(47，48)耦出的至少一个另外的工作模式。

8.如权利要求7所述的激光设备，其特征在于，切换装置(49)被构造为使得在操作切换装置(49)时可旋转的光系(43)从第一位置被移到至少一个另外的位置上，并且第一位置和所述至少一个另外的位置被设计为使得激光射线(45，45a，45b)可通过出射开口(46)或通过所述至少一个另外的出射开口(47，48)从外壳(9)耦出。

9.如权利要求2至8中任一项所述的激光设备，其特征在于，设置了信号装置(50)，该信号装置指示所选用的出射开口(46，47，48)，其中特别是该信号装置(50)被设置在外壳(9)的上侧面(10)上。

10.如以上权利要求中任一项所述的激光设备，其特征在于，设置了具有第一光学元件(69)和第二光学元件(73)的光学瞄准装置(62)。

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