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1. Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Abstandsmessvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bzw. 2.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Es ist eine Abstandsmessvorrichtung
zum Messen eines Abstands von einer Messposition zu einem zu messenden
Gegenstand derart bekannt, dass sichtbares/unsichtbares Licht oder
moduliertes Licht oder Impulslicht, die jeweils als ein Messstrahl aus
Licht verwendet werden, zu dem Gegenstand gestrahlt wird und von
dem Gegenstand reflektiertes Licht durch eine Empfangs- und Umwandlungsvorrichtung
empfangen wird.
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Im Allgemeinen umfasst diese Art
von Abstandsmessvor richtung hauptsächlich einen optischen Teil
zum Ausstrahlen und Empfangen des Messlichts und einen elektronischen
Teil zum Messen des Abstands durch Umwandlung des von dem optischen
Teil empfangenen Messlichts in ein elektrisches Signal.
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Der optische Teil zum Ausstrahlen
und Empfangen des Messlichts enthält einen Lichtemissionsteil
zum emittieren des Messlichts von einer Lichtquelle, ein optisches
Beleuchtungssystem zum Aufstrahlen des Messlichts auf den Gegenstand,
ein optisches Lichtempfangssystem zum Führen von von dem Gegenstand
reflektiertem Licht und einen Lichtempfangsteil zum Empfangen des
von dem optischen Lichtempfangssystem geführten reflektierten Lichts.
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5(A) ist
eine schematische Ansicht, die eine optische Anordnung dieser Art
von Abstandsmessvorrichtung zeigt. In 5(A) hat
ein Lichtemissionsteil eine Lichtquelle 1 zum Emittieren
von Messlicht. Das Messlicht wird von einem reflektierenden Spiegel 2 reflektiert
und gelangt zu einer Objektivlinse 3, die als ein optisches
Beleuchtungssystem dient. Das reflektierte Messlicht wird mittels
der Objektivlinse 3 in im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen
geformt. Ein zu messender Gegenstand 4, welcher sich entlang
einer optischen Achse der Objektivlinse 3 befindet, empfängt und
reflektiert das parallele Messlicht. Das von dem Gegenstand 4 reflektierte
parallele Messlicht wird zu der Objektivlinse 3 geführt.
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Das Messlicht, welches wieder durch
die Objektivlinse 3 hindurchgegangen ist, wird von dem
reflektierenden Spiegel 2 reflektiert und auf einer Lichtempfangsvorrichtung 5 des
Lichtempfangsteils abgebildet.
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Für
den zu messenden Gegenstand wird beispielsweise von einem Corner-Cube-Prisma
(d. h. einem rückstrahlenden
Prisma), das an dem Gegenstand 4 befestigt ist, wie in 5(A) gezeigt ist, einem lichtreflektierenden
Blatt oder dem Gegenstand 4 selbst Gebrauch gemacht.
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Wie in 5(A) gezeigt
ist, sind bei der Abstandsmessvorrichtung von einem Einzellinsentyp,
in welcher die einzige Objektivlinse 3 gemeinsam zwischen
dem optischen Beleuchtungssystem und dem optischen Lichtempfangssystem
verwendet wird, die beiden optischen Systeme so durch die Objektivlinse 3 voneinander
getrennt, dass eines der optischen Systeme auf der oberen Seite
und das andere auf der unteren Seite ist, oder dass das eine auf
der rechten Seite und das andere auf der linken Seite ist, oder dass
das eine auf der inneren Seite und das andere auf der äußeren Seite
ist. Eine Abstandsmessvorrichtung von Zweilinsentyp ist ebenfalls
bekannt, in welcher ein optisches Beleuchtungssystem und ein optisches
Lichtempfangssystem ihre jeweilige Objektivlinse haben.
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Bei der vorerwähnten Abstandsmessvorrichtung
besteht eine Positionsdifferenz zwischen dem beleuchtenden parallelen
Licht und dem reflektierten parallelen Licht, wie in 5(A) gezeigt ist, wenn ein Corner-Cube-Prisma als der
zu messende Gegenstand 4 verwendet wird. Aus diesem Grund
kann, selbst wenn das optische Beleuchtungssystem die Lichtquelle 1 und
das optische Lichtempfangssystem den Lichtempfangssensor haben,
die nicht auf derselben Achse positioniert sind, die Messung durchgeführt werden
ungeachtet des Abstands zwischen der Messposition und dem zu messenden
Gegenstand, mit anderen Worten, ungeachtet dessen, ob der Abstand
groß oder
klein ist.
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Wenn andererseits ein lichtreflektierendes Blatt
oder ein natürlicher
Gegenstand ein zu messender Gegenstand 6 ist, wie in 5(B) gezeigt ist, wird das Messlicht,
welches auf den Gegenstand 6 gefallen ist, reflektiert
und gestreut mit dem Mittelpunkt am Punkt J1, an welchem
das Licht auf den Gegenstand 6 aufgetroffen ist. Das lichtreflektierende
Blatt ist mit rückstrahlenden
feinen ballartigen Glasteilchen oder feinen Prismen an seiner Oberfläche versehen.
Der natürliche
Gegenstand hat bestimmte Reflexionseigenschaften.
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Das Messlicht, welches auf den zu
messenden Gegenstand gefallen ist, ist diffuses Reflexionslicht.
Wenn ein Abstand zwischen der Vorrichtung und dem zu messenden Gegenstand
groß ist,
tritt reflektiertes Licht, welches im Wesentlichen parallel zu der
optischen Achse der Objektivlinse 3 ist, in das optische
Lichtempfangssystem ein. Aus diesem Grund kann der Lichtempfangsteil
reflektiertes Licht empfangen, das für die Abstandsmessung erforderlich
ist, selbst wenn das optische Beleuchtungssystem und das optische
Lichtempfangssystem individuelle angeordnet sind.
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Andererseits hat, wenn der Abstand
zwischen diesen klein ist, das von dem zu messenden ,Gegenstand
reflektierte und gestreute Licht, welches in, das optische Lichtempfangssystem
eintritt, eine große
Neigung mit Bezug auf die optische Achse der Objektivlinse 3.
Aus diesem Grund ist das reflektierte Licht schwierig auf dem Lichtempfangssensor 5 abzubilden.
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Demgemäß bildet die Objektivlinse 3 das
von dem Gegenstand 6 reflektierte Licht an einer Position ab,
die einen Abstand von dem Lichtempfangssensor 5 auf weist.
Als eine Folge ist die tatsächlich
von dem Lichtempfangssensor 5 empfangene Lichtmenge sehr
klein, so dass die Abstandsmiessung schwierig wird.
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Das Messverfahren, bei welchem das
lichtreflektierende Blatt oder der natürliche Gegenstand als der zu
messende Gegenstand 6 verwendet wird, wird aus dem Gesichtspunkt
einer großen
Verwendung verlangt, mit anderen Worten, es besteht keine Grenze
dafür,
was in der vorerwähnten
Lichtwellen-Abstandsmessvorrichtung, die das Laserlicht als das Messlicht
verwendet, gemessen wird.
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Demgemäß könnte vorgeschlagen werden, dass,
wenn die Messung eines kleinen Abstands durchgeführt wird unter Verwendung eines
lichtreflektierenden Blattes oder eines natürlichen Gegenstands als den
zu messenden Gegenstand 6, ein Prisma 7 (siehe 6(A)) oder eine Linse 8 (siehe 6(B)) für die Korrektur auf einem optischen
Pfad zwischen der Objektivlinse 3 und, dem zu messenden
Gegenstand 6 so angeordnet wird, dass ein Teil des von
dem Gegenstand reflektiertem und gestreuten Lichts mittels des Prismas 7 oder
der Linse 8 auf dem Lichtempfangsmaterial 5 abgebildet
wird.
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Wenn jedoch das Prisma 7 oder
die Linse 8 verwendet wird, müssen das Prisma 7 oder
die Linse 8 aus dem optischen Pfad entfernt werden, wenn
die Messung eines großen
Abstands durchgeführt
wird, und müssen
in den optischen Pfad eingefügt
werden, wenn die Messung eines kleinen Abstands durchgeführt wird.
Aus diesem Grund führen
die hinzugefügten
Teile für
die Korrektur zu einem neuen Nachteil derart, dass die Kosten steigen
und der Körper
der Vorrichtung groß und
schwer wird.
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Darüber hinaus ist nachteiligerweise
der Vorgang des Entfernens und Einfügens des, Prismas 7 oder
der Linse 8, neben dem Messvorgang erforderlich. Weiterhin
kann eine fehlerhafte Operation stattfinden, wenn die Abstandsmessung
unter den Bedingungen durchgeführt
wird, unter welchen beispielsweise das Prisma 7 oder die
Linse 8 ungeachtet des Umstands eingefügt ist, dass von dem Corner-Cube 4 als
einem zu messenden Gegenstand 6 Gebrauch gemacht wird oder
das Prisma 7 oder die Linse 8 entfernt sind ungeachtet
des Umstands, dass von dem lichtreflektierenden Blatt oder dem natürlichen
Gegenstand als dem Gegenstand 6 Gebrauch gemacht wird.
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Weiterhin beschreibt US-4 748 333
einen Oberflächenversetzungssensor,
bei welchem ein vorbestimmtes Lichtmuster auf eine zu erfassende Oberfläche, welche
einen optisch transparenten dünnen
Film hat, projiziert wird. Eine Abweichung der Position des Lichtmusters,
welches wieder fokussiert wird durch den von der Oberfläche reflektierten
Lichtstrahl, wird optoelektrisch erfasst. Eine Vorrichtung zum Steuern
des Öffnungswinkels
ist vorgesehen, welche in den Pfand des Beleuchtungsstrahls so eingefügt ist,
dass der Öffnungswinkel
des Beleuchtungsstrahls, der das Beleuchtungsmuster in eine Ebene
des Auftreffens enthaltend eine Normallinie senkrecht zu der zu
erfassenden Oberfläche
gesteuert wird. Auf diese 'Weise kann die Versetzung der Oberfläche mit
einem hohen Grad von Genauigkeit erfasst werden, ohne nachteilig
durch die Indifferenz der Strahlung, welche in Abhängigkeit
von der Dicke des optisch transparenten dünnen Films verändert wird,
beeinflusst zu werden.
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Weiterhin offenbart die
DE 43 16 348 A1 bereits
eine Abstandsmessvorrichtung, die ein Lichtprojektionssystem mit
einem optischen Lchtprojektionssystem zum Projizieren eines Messstrahls
aus Licht auf einen zu messenden Gegenstand und ein Lichtempfangssystem
mit einem optischen Lichtempfangssystem, um zu bewirken, dass eine
Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung einen von dem Gegenstand
reflektierten Lichtstrahl empfängt,
aufweist. In dieser Vorrichtung wird ein Abstand von einer Messposition
zu dem Gegenstand auf der Grundlage von reflektiertem Licht gemessen,
das von der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung empfangen
wurde. Eine Ablenkvorrichtung ist vorgesehen für die Ablenkung eines Teils
eines reflektierten Lichtstrahls zu der Lichtempfangs- und- umwandlungsvorrichtung,
wobei dieser Teil eines reflektierten Lichtstrahls schräg mit Bezug
zu der optischen Achse von dem optischen Lichtempfangssystem zu
der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung verläuft und
die Ablenkvorrichtung sich derart an einer Position nahe des optischen
Pfades befindet, dass ein reflektierter Lichtstrahl, der parallel
zu der optischen Achse verläuft,
nicht unterbrochen wird. Die Ablenkvorrichtung besteht aus einem
Spiegel, der schräg
mit Bezug auf die optische Achse angeordnet ist. Der Spiegel kann
flach oder gekrümmt
sein, so dass er das Licht in viele Richtungen reflektiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Distanzmessvorrichtung vorzusehen, mit der Messungen großer und
kleiner Abstände durch
die eine Vorrichtung durchgeführt
werden können,
bei der die Kosten für
zusätzliche
Teile, die für die
Korrektur verwendet werden, verringert werden können, deren Körper klein
und leicht gemacht werden kann und bei der der Wirkungsgrad des
Messvorgangs verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Abstandsmessvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1(A) ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine optische Abstandsmessvorrichtung in dem Fall der
Durchführung
der Messung eines großen
Abstands gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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1(B) ist
eine erläuternde
Ansicht, welche eine Abstandsmessvorrichtung in dem Fall der Durchführung der
Messung eines kleinen Abstands gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine optische Abstandsmessvorrichtung in dem Fall der Durchführung der
Messung eines kleinen Abstands gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche eine optische Abstandsmessvorrichtung für den Fall der
Durchführung
der Messung eines kleinen Abstands gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine optische Abstandsmessvorrichtung für den Fall der Durchführung der
Messung eines kleinen Abstands gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5(A) ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine her kömmliche
optische Abstandsmessvorrichtung für den Fall der Durchführung der
Messung eines großen
Abstands zeigt;
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5(B) ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine herkömmliche
optische Abstandsmessvorrichtung für den Fall der Durchführung der
Messung eines kleinen Abstands zeigt;
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6(A) ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine herkömmliche
optische Messvorrichtung für
kurze Abstände
für den
Fall der Durchführung
einer Messung eines kleinen Abstands mittels eines Prismas zeigt;
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6(B) ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine herkömmliche
optische Abstandsmessvorrichtung für den Fall der Durchführung der
Messung eines kleinen Abstands mittels einer Linse zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Abstandsmessvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung, welche auf eine Lichtwellen-Abstandsmessvorrichtung
angewendet wird, wird nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
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1(A) ist
eine optische Ansicht, die eine normale Messung unter Verwendung
eines Corner-Cube erläutert.
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1(B) ist
eine optische Ansicht, die eine Messung eines kleinen Abstands unter
Verwendung eines lichtreflektierenden Blattes oder dergleichen erläutert.
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In 1(A) umfasst
eine Abstandsmessvorrichtung 10 eine Lichtquelle 11,
einen reflektierenden Spiegel 12 zum Reflektieren eines
Messstrahls aus Licht, der von der Lichtquelle 11 emittiert
wurde, eine Objektivlinse 13, durch welche der von dem
reflektierenden Spiegel 12 reflektierte Messstrahl aus
Licht in parallele Lichtstrahlen umgewandelt wird, einen Corner-Cube 14,
welcher an einem zu messenden Gegenstand (nicht gezeigt) befestigt
ist und der tatsächlich
gemessene Gegenstand wird, eine Ablenkvorrichtung 15 aus
lichtstreuendem Material wie geschliffenem Glas und eine Lichtempfangs-
und -umwandlungsvorrichtung 16.
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Die Lichtquelle 11 und die
Lichtempfangs- und- umwandlungsvorrichtung 16 befinden
sich an Fokussierungspositionen der Objektivlinse 13. In 1(A) bezeichnet das Bezugszeichen Q1 einen mittleren
optischen Pfad eines lichtemittierenden,systems zwischen der Lichtquelle 11 und
dem Corner-Cube 14 und eines Lichtempfangssystems zwischen
dem Corner-Cube 14 undder Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16,
und das Bezugszeichen Q2 bezeichnet eine optische Achse eines
optischen Systems. Der reflektierende Spiegel 12 reflektiert
den Messstrahl aus Licht entlang der Achse Q2 und reflektiert
das reflektierte Licht in einer Richtung senkrecht zu der Achse Q2.
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Die Lichtquelle 11 emittiert
sichtbares/unsichtbares Licht, moduliertes Licht oder Impulslicht als
den Messstrahl aus Licht. Die Emissionszeiten der Lichtquelle 11 werden
durch ein Steuerteil (nicht gezeigt) gesteuert.
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Die Ablenkvorrichtung 15 befindet
sich auf einem Lichtempfangspfad zwischen der Objektivlinse 13 und
der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 nahe dieser. Die
Ablenkvorrichtung 15 ist im Abstand von dem optischen Pfad
angeordnet, um nicht das reflektierte Licht in einem Fall zu unterbrechen,
in welchem das auf die Objektivlinse 13 fallende reflektierte
Licht normalerweise auf der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 abgebildet wird,
ohne durch die Objektivlinse 13 abgelenkt worden zu sein.
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Anstelle des geschliffenen Glases
kann als die vorerwähnte
Ablenkvorrichtung 15 eine Ablenkvorrichtung eines Typs
verwendet werden, die in der Lage ist, eine Streurichtung und einen
Winkel frei einzustellen. Dieser Typ von Ablenkvorrichtung kann
bewirken, dass das gestreute und reflektierte Licht wirksamer von
der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 empfangen
wird.
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Wenn der Abstand von dem zu messenden Gegenstand
gemessen wird, wird vorher der Corner-Cube 14 an zu messenden
Gegenstand so befestigt, dass der Corner-Cube 14 der tatsächlich zu messende
Gegenstand wird. Ein Messstrahl aus Licht von der Lichtquelle 11 wird
dann auf den Corner-Cube 14 gestrahlt. Der Messstrahl aus
Licht wird durch den reflektierenden Spiegel 12 reflektiert
und geht durch eine auftreffende Seite der Objektivlinse 13 hindurch
und wird in parallele Lichtstrahlen geformt. Danach werden die parallelen
Lichtstrahlen durch den Corner-Cube 14 reflektiert. Zu
dieser Zeit ist das reflektierte Licht parallel. Die parallelen
reflektierten Lichtstrahlen werden durch eine Lichtempfangsseite
der Objektivlinse 13 konvergiert und durch den reflektierenden
Spiegel 12 reflektiert. Das von dem Spiegel 12 reflektierte
Licht wird auf der Lichtempfangs- und- umwandlungsvorrichtung 16 abgebildet
und in der Form eines elektrischen Signals herausgeführt. Ein
Abstand zu dem zu messenden Gegenstand wird gemessen durch Mess-
und Berechnungsbereiche (nicht gezeigt).
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Andererseits wird, wie in 1(B) gezeigt ist, bei der Messung kleiner
Abstände,
wenn ein zumessender Gegenstand 17 ein lichtreflektierendes Blatt
oder der natürliche
Gegenstand ist, der Messstrahl aus Licht, welcher von der Lichtquelle 11 emittiert
und durch die Objektivlinse 13 in parallele Ausrichtung
gebracht wurde, an einer beleuchteten Position des zu messenden
Gegenstands 17 gestreutes und reflektiertes Licht, wie
durch Pfeile gezeigt ist. Aus diesem Grund hat das in das Lichtempfangssystem
eintretende reflektierte Licht eine große Neigung mit Bezug auf die
Achse Q2.
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Ein Teil des gestreuten und reflektierten Lichts
tritt schräg
auf der Lichtempfangsseite der Objektivlinse 13 ein und
wird durch den reflektierenden Spiegel 12 so reflektiert,
wie es ist.
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Zu dieser Zeit wird, da eine Versetzung
einer Abbildungsposition stattfindet aufgrund des schrägen Auftreffens
auf die Objektivlinse 13, das auf die Objektivlinse 13 konvergierte
reflektierte Licht an einer Position abgebildet, an der das von
dem reflektierenden Spiegel 12 reflektierte Licht nicht
direkt in die Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 eintritt.
Da die Ablenkvorrichtung 15 nach der vorliegenden Erfindung,
welche zum Streuen und Übertragen
des Lichtstrahls dient, außerhalb
der Achse unmittelbar vor der Lichtempfangs- und- umwandlungsvorrichtung 16 angeordnet
ist, tritt der von der Ablenkvorrichtung 15 abgelenkte
Lichtstrahl in die Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 ein.
Die Abstandsmessung kann auf der Grundlage dieses auftreffenden
Lichtstrahls durchgeführt
werden.
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Der auf die Lichtempfangs- und- umwandlungsvorrichtung 16 auftreffende
Lichtstrahl ist Licht, das durch weitere Ablenkung eines Teils des
von dem zu messenden Gegenstand 17 gestreuten und reflektierten
Lichts mittels der Ablenkvorrichtung 15 erhalten wurde.
Da sich der zu messende Gegenstand 17 in einem kurzen Abstand
befindet, tritt der Fall nicht auf, dass die Messung wegen mangelnder Lichtmenge
nicht durchgeführt
werden kann.
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Demgemäß wird in dem Fall der Messung
eines großen
Abstand die Messung auf der Grundlage des parallelen Lichts, das
von dem Corner-Cube 14 als dem zu messenden Gegenstand
reflektiert wurde, durchgeführt.
In dem Fall der Messung eines kleinen Abstands kann die Messung
selbst dann durchgeführt
werden, wenn der zu messende Gegenstand das lichtreflektierende
Blatt oder der natürliche
Gegenstand usw. anstelle des Corner-Cubes 14 ist. In diesem
Fall kann, selbst wenn das lichtreflektierende Blatt oder der natürliche Gegenstand
als zu messender Gegenstand die lichtstreuenden und -reflektierenden
Eigenschaften hat, die Abstandsmessung durch die Ablenkvorrichtung 15,
welche immer fixiert ist, durchgeführt werden. Weiterhin besteht
keine Notwendigkeit, das optische System auf der Lichtempfangsseite
mit einer speziellen Antriebsvorrichtung oder dergleichen zu versehen.
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Demgemäß kann die Messung großer und kleiner
Abstände
mittels einer Vorrichtung durchgeführt werden. In dem Fall der
Messung eines kleinen Abstands kann, selbst wenn der zu messende
Gegenstand den Messstrahl aus Licht streut und reflektiert, die
Abstandsmessung durchgeführt
werden. Zusätzlich
besteht keine Notwendigkeit, eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb
eines optischen Teils (Ablenkvorrichtung 15) zu verwenden,
die für
die Messung eines kleinen Abstands verwendet wird, durch welche
gestreutes und reflektiertes Licht zu der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 geführt wird.
Somit können
die Kosten verringert wer den und ein Körper der Vorrichtung kann kleiner
und leichter gemacht werden. Darüber
hinaus kann, da die optischen Teile für die Messung eines kleinen
Abstands fixiert sind, ungeachtet des Abstands und der lichtreflektierenden
Eigenschaften des zu messenden Gegenstands die Abstandsmessung durch
nur eine Operation durchgeführt
werden ohne die herkömmliche
Voroperation zum Einfügen
und Entfernen des Prismas 7 oder der Linse 8.
Daher kann der Wirkungsgrad der Durchführung verbessert werden.
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Wie vorstehend erwähnt ist,
ist bei der Abstandsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
die Ab- lenkvorrichtung zum Ablenken wenigstens eines Teils des
reflektierten Lichts auf dem optischen Pfad zwischen dem zu messenden
Gegenstand und der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung nahe
der letzteren angeordnet. Daher kann die Messung großer und
kleiner Abstände durch
eine Vorrichtung durchgeführt
werden, und die Kosten für
zusätzliche
Teile für
die Korrektur können verringert
werden. Zusätzlich
kann der Körper
der Vorrichtung kleiner und leichter gemacht werden und der Wirkungsgrad
der Durchführung
kann verbessert werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Abstandsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Abstandsmessvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist praktischer und konkreter als die des ersten Ausführungsbeispiels.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird nur der Fall der Messung eines kleinen Abstand beschrieben.
Da die Abstandsmessvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
optisch dieselbe ist wie die nach dem ersten Ausfüh rungsbeispiel, sind
dieselben Teile durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet und
die Beschreibung von diesen ist weggelassen (ebenso wie bei dem
folgenden dritten, vierten und fünften
Ausführungsbeispiel).
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Die Abstandsmessvorrichtung 20 umfasst eine
Lichtquelle 11, eine lichtemittierende Phase 21, ein
Spaltprisma 22, einen reflektierenden Spiegel 12, eine
Objektivlinse 13, einen zu messenden Gegenstand 17,
eine Blende 23, ein ND-Filter (Graufilter) 24,
eine Ablenkvorrichtung 15, ein BPF (Bandpassfilter) 25,
ein Prisma 26, eine Lichtempfangsfaser 27, eine
Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16, sowie Linsen 28 und 29.
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Ein von der Lichtquelle 11 emittierter
Beleuchtungsstrahl aus Licht geht durch die lichtemittierende Faser 21 hindurch
und wird mittels des Spaltprismas 22 in Messlicht und Bezugslicht
aufgespalten. Das gespaltene Messlicht wird durch den reflektierenden
Spiegel 12 reflektiert und geht durch die Objektiv- linse 13 hindurch
und wird in parallele Lichtstrahlen geformt. Die parallelen Lichtstrahlen
werden durch den zu messenden Gegenstand 17 gestreut und
reflektiert.
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Ein Teil des von dem zu messenden
Gegenstand 17 gestreuten und reflektierten Lichts wird durch
die Lichtempfangsseite der Objektivlinse 13 konvergiert
und durch den reflektierenden Spiegel 12 reflektiert. Das
reflektierte Licht geht durch die Blende 23 hindurch, welche
als ein Übertragungsschalter für das Messlicht
und, das Bezugslicht dient, und wird durch das ND-Filter 24 auf
eine bestimmte Lichtmenge eingestellt. Danach wird das eingestellte
Licht durch die Ablenkvorrichtung 15 zu der Lichtempfangsfaser 27 ab gelenkt.
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Von dem durch die Ablenkvorrichtung 15 abgelenkten
reflektierten Licht geht nur. ein Teil, dessen Wellenlänge der
des von der Lichtquelle 11 emittierten Lichts entspricht,
durch das BPF 25 und das Prisma 26, welches das
Messlicht und das Bezugslicht kombiniert, hindurch. Der Teil des
reflektierten Lichts wird dann von einer Endfläche der Lichtempfangsfaser 27 empfangen.
Danach wird das Licht, welches durch die Lichtempfangsfaser 27 hindurchgegangen ist,
von der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 15 empfangen
und als ein elektrisches Signal herausgeführt. Ein Abstand zu dem zu
messenden Gegenstand wird durch einen Messbereich und einen Berechnungsbereich
(nicht gezeigt) gemessen.
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Andererseits wird das Bezugslicht
des durch das Spaltprisma 22 gespaltenen Lichts durch das Spaltprisma 22 reflektiert
und geht durch die Übertragungslinse 28 hindurch.
Durch Betätigen
des Übertragungsschalters
geht das Bezugslicht durch die Blende 21 und die Übertragungslinse 29 hindurch. Das
Bezugslicht wird dann durch das Prisma 26 reflektiert und
geführt
und durch die Lichtempfangsfaser 27 abgebildet und von
der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 empfangen.
Hierdurch wird das von der Lichtquelle 11 emittierte Bezugslicht unterschieden.
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Wenn der zu messende Gegenstand als
unendlich entfernt angesehen werden kann, wird von dem zu messenden
Gegenstand reflektiertes Licht auf der Lichtempfangsseite der Objektivlinse
konvergiert und durch den reflektierten Spiegel 12 reflektiert.
Danach geht das reflektierte Licht durch die Blende 23,
das ND- Filter 24,
das BPF 25 und das Prisma 26 hindurch und wird
dann durch die Lichtempfangsfaser 27 abgebildet. Nach dem
Durchgang durch die Lichtempfangsfaser 27 wird das abgebildete
Licht von der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 empfangen.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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3,
zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer
Abstandsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel
ist der Einzellinsentyp der Objektivlinse 13 in einen rechten
und einen linken Teil geteilt, und die beiden Teile dienen als eine
Lichtemissionsseite bzw. eine Lichtempfangsseite. Bei dem dritten
Ausführungsbeispiel
hat eine in 3 gezeigte
Abstandsmessvorrichtung eine Objektivlinse 13a vom Zweilinsentyp,
von denen die eine als eine Lichtemissionsseite und die andere als
eine Lchtempfangsseite dienen.
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Mit Ausnahme hiervon ist die Abstandsmessvorrichtung 30 im
Wesentlichen dieselbe in ihrer optischen Ausbildung wie die des
ersten Ausführungsbeispiels.
So mit wird die Beschreibung hiervon weggelassen.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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4 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel einer
Abstandsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel
hat eine in 4, gezeigte
Abstandsmessvorrichtung 40 einen schrägen Spiegel 41, der
auf einer Achse der Objektivlinse 13 angeordnet ist. Der
schräge
Spiegel 41 reflektiert einen von der Lichtquelle 11 emittierten
Messstrahl aus Licht derart, dass der Messstrahl aus Licht in parallele
Lichtstrahlen geformt wird, die dieselbe optische Achse wie die
der Objektivlinse 13 haben. Weiterhin ist die Lichtempfangs-
und – umwandlungsvorrichtung 16 auf
derselben Achse wie der der Objektivlinse 13 angeordnet. Demgemäß geht der
von der Lichtquelle 11 emittierte Messstrahl aus Licht
durch die Mitte der Objektivlinse 13 hindurch und trifft
auf den zu messenden Gegenstand. Danach geht von dem zu messenden
Gegenstand reflektiertes Licht durch die Peripherie der Objektivlinse 13 hindurch.
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Andererseits ist eine Ablenkvorrichtung 15' mit
Lichtstreueigenschaften nahe der Lichtempfangs- und – umwandlungsvorrichtung 16 angeordnet.
Die Ablenkvorrichtung 15' ist wie ein Ring geformt, dessen
Mitte eine Öffnung
hat, sodass der optische Pfad durch sie hindurchgehen kann. Wenn
der zu messende Gegenstand ausreichend entfernt ist, um einen Abstand
zu messen, wird das reflektierte Licht auf die Objektivlinse 13 konvergiert
und geht durch die Mittelöffnung
der Ablenkvorrichtung 15' hindurch. Das reflektierte Licht
wird dann auf der Lichtempfangs- und- umwandlungsvorrichtung 16 abgebildet.
Wenn der zu. messende Gegenstand 17 ein lichtreflektierendes
Blatt oder der natürliche
Gegenstand ist, wird ein Teil des gestreuten Lichts durch die Ablenkvorrichtung 15' von
der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 empfangen.
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Bei den vorgehenden Ausführungsbeispielen
ist eine Ablenkvorrichtung beschrieben, welche Lichtablenkeigenschaften
hat. Statt dessen kann die Ablenkvorrichtung beispielsweise aus
einem lichtbrechenden Materi- al bestehen, durch welches eine Verwendung
von gestreutem Licht durch ein Lichtstreublatt, emittiertem Licht
durch ein Prisma oder eine Konkavlinse oder e mittiertem Licht, das
nach der Durchführung
der Bildformung durch eine Konvexlinse mit einer relativ kurzen
Brennweite erhalten wurde, gemacht wird.
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Fresnel-Linsen oder ein Feld von
Linsen, welche durch Minimieren der vorgenannten Linsen und Differenzieren
ihrer Brechrichtungen erhalten wurden und die an einer Oberfläche angeordnet
sind, können
als lichtbrechendes Material verwendet werden. Wenn eine zylindrische
Linse verwendet wird, in welcher die Brechungsrichtungen der vorgenannten Linsen
auf eine Richtung begrenzt sind, kann gestreutes Licht wirksamer
zu der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 geführt werden.
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Darüber hinaus kann anstelle dieser
Art von lichtbrechendem Material ein lichtbeugendes Material zum
Beugen von Licht mittels seiner Beugungsgitter verwendet werden.
In diesem Fall durch Änderung
der Gitterbreite gemäß einer
auftreffenden Position des gestreuten Lichts das gestreute Licht
wirksamer zu der Lichtempfangs- und -umwandlungsvorrichtung 16 geführt werden.
Weiterhin können
die vorerwähnten
Materialien als die Ablenkvorrichtung miteinander kombiniert werden.