專利名稱：測距設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1、2和13的總構(gòu)思中所述特征的測距設(shè)備。
由Fa.Wild Heerbrugg AG.Schweig，V.86發(fā)表的公開文獻(xiàn)中，其題目為“用具有大地測量精度的渡越時(shí)間測量法測距”，已知一種這種類型的設(shè)備。這種設(shè)備也用于測量具有天然粗糙表面物體的距離。所以有些設(shè)備可以用于測量難以接近的表面，例如巖石裂縫、洞穴內(nèi)壁、隧道輪廓等等，其待測距離可能達(dá)數(shù)百米。這些設(shè)備使用大發(fā)光表面脈沖紅外半導(dǎo)體激光二極管作為光源。使用的脈沖寬度為12ns。這種光源的優(yōu)點(diǎn)在于可以產(chǎn)生峰值功率高達(dá)數(shù)瓦數(shù)量級的光脈沖，從而可以滿足測距為數(shù)百米的要求。測量精度為5-10mm。這種設(shè)備的缺點(diǎn)在于這種激光器具有數(shù)量級為300μ的較大發(fā)光表面，因?yàn)橛纱耸乖撛O(shè)備的發(fā)射光束具有約2mrad的發(fā)散度，所以在50m處光束橫截面已是0.1m。在很短的距離時(shí)這種設(shè)備的光束橫截面總還有數(shù)cm的直徑，因?yàn)闉榱艘?mrad光束發(fā)散度發(fā)射脈沖功率為數(shù)瓦的光束需要數(shù)cm物鏡直徑。
因?yàn)榘l(fā)射和接收物鏡是分開安裝的，所以為了要測量少于10到15m的近距離，必須要安裝一個前置透鏡使發(fā)射和接收光束重疊。另一個缺點(diǎn)是由于紅外測量光束不能識別實(shí)際被測物體的位置。為了可以看到目標(biāo)位置要附加一個發(fā)射可見光的激光器，而且其光軸對發(fā)射光軸的相互位置必須進(jìn)行細(xì)心的調(diào)整。這種測量儀器裝有電子分析和顯示裝置，該裝置可用鍵盤輸入其它數(shù)據(jù)并完成計(jì)算。
同樣由專利DE4002356C1已知一種具有分開的發(fā)射和接收物鏡的測距儀。該儀器的發(fā)射裝置具有兩個電子互補(bǔ)開關(guān)的激光二極管，其中之一將光波群送往測量光路，另一激光器將光波群送往參考光路。兩個光波群由同一個光接收器交替接收，該光接收器與計(jì)值電路系統(tǒng)連接。從該專利文件不知激光器是否發(fā)出可見光?？蓽y量距離的范圍為2到10m并且測量精度約在數(shù)mm范圍。
在雜志“Industrie”，11/92，6-8頁敘述了一種以渡越時(shí)間測量為基礎(chǔ)的光學(xué)測距儀，即Fa，Sick Gmbh公司的DME 2000型測距儀。這種測距儀用兩個發(fā)射可見光的半導(dǎo)體激光器工作。其一個激光器具有準(zhǔn)直器光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生所需要的發(fā)射光，另一個激光器直接向接收器提供必要的參考信號。發(fā)射光束和接收光束彼此同軸安裝，所以只用一個唯一的具有較大直徑的物鏡。用直徑約3mm的光斑對天然粗糙表面的測量距離為0.1到2m。對于可達(dá)130m較遠(yuǎn)的物體必須在被測物體上裝一反射薄膜。對這些距離光斑直徑約250mm。在同軸發(fā)射—接收光學(xué)系統(tǒng)中光接收器使用了一種較大面積的PIN-光電二極管。從而強(qiáng)發(fā)散的接收光束與發(fā)射光束重疊在一起，所以可以測量小到0.1m的距離，然而用這種大面積的光探測器在無附加的反射鏡時(shí)仍不能測量遠(yuǎn)距離。
在建筑業(yè)，特別是在內(nèi)部建筑和裝修業(yè)要求不用加反射鏡對表面作額外處理就可以測量距離達(dá)30m的粗糙表面。當(dāng)要求測量精度為1到2mm時(shí)，接收光束的發(fā)散度為此必須盡可能小，因?yàn)榉駝t在接收器中同時(shí)被接收的周圍光分量可能引入大的噪聲信號。然而約2mrad的小發(fā)散度接收光束的缺點(diǎn)是，在分離的發(fā)射—和接收光學(xué)系統(tǒng)中，發(fā)射光束與接收光束的重疊只有在1到2m之外才出現(xiàn)，所以當(dāng)沒有其它輔助措施時(shí)只有大于此距離才能進(jìn)行距離測量。
因此本發(fā)明的任務(wù)是，采用一個經(jīng)很好準(zhǔn)直的可見光測量光束，此光束在近距離范圍內(nèi)直徑小于0.5cm而在遠(yuǎn)距離的邊緣區(qū)域直徑小于1到2cm，可以對天然粗糙表面進(jìn)行測量，總的測量范圍由儀器前緣起至少可到30m。測量精度應(yīng)在毫米范圍。
在本文開始所述類型的設(shè)備中，此項(xiàng)任務(wù)根據(jù)本發(fā)明用權(quán)利要求1、2和13所述特征予以解決。從屬權(quán)利要求3至12和14至20所述特征給出了本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施結(jié)構(gòu)和其改進(jìn)結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的設(shè)備中，準(zhǔn)直器物鏡產(chǎn)生一個沿其光軸很好聚束的測量光束。在其一旁安裝的接收物鏡的光軸與準(zhǔn)直器物鏡光軸至少接近平行，并且與此軸位于同一平面。測量光束不可避免的發(fā)散度、比較近地相互靠在一起的光學(xué)成象系統(tǒng)和這些系統(tǒng)的焦距共同的作用在于從約到2m距離的物體反射的測量光束在接收物鏡的焦點(diǎn)附近成象。由于接收光束能集中在小的面積上，所以對信號的分析、甚至對遠(yuǎn)的測量距離都不存在光強(qiáng)太弱的問題。
然而在近距離測量時(shí)觀察到，隨測量距離的減小從被測物體反射回的測量光斑的成象位置與焦點(diǎn)的距離沿接收物鏡光軸的縱向與橫向不斷增加。于是在焦點(diǎn)處安裝的光導(dǎo)纖維的入射面接收不到反射光，從而達(dá)到測量下限。根據(jù)本發(fā)明，在第一種實(shí)施結(jié)構(gòu)中，把光導(dǎo)纖維的入射面移到測量光斑成象偏移到的位置，并且只需垂直于接收物鏡的光軸移動?？梢圆槐匮毓廨S方向調(diào)整，因?yàn)樵诮嚯x被測物體反射的測量光束的光強(qiáng)是不成問題的。實(shí)驗(yàn)甚至證實(shí)，調(diào)整到準(zhǔn)確成象位置會導(dǎo)致分析電路過載。移動可調(diào)的光導(dǎo)纖維入射面為各種距離的測量提供了與最佳信號功率相匹配的可能性。對此問題的另一種解決方法是，讓光導(dǎo)纖維入射面固定不動，而使用光偏轉(zhuǎn)部件把在近距離時(shí)愈加傾斜進(jìn)入接收物鏡的測量光束偏轉(zhuǎn)到光導(dǎo)纖維入射面。這里也利用了這樣的見解，即偏轉(zhuǎn)時(shí)不必考慮精確的光學(xué)成象，因?yàn)闇y量近距離的物體不存在光強(qiáng)問題。這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是在接收光路中可以不需要移動的元件。
限制本發(fā)明設(shè)備測量精度的效應(yīng)是由被調(diào)制的激光束的物理特性與被測粗糙表面的共同作用產(chǎn)生的。
半導(dǎo)體激光二極管的可見光以等距譜線(模式)光譜向外發(fā)射。在調(diào)制電流作用期間不僅改變波長而且也改變模式的光密度(光強(qiáng))。因此依據(jù)電調(diào)制脈沖、激光脈沖的各種波長產(chǎn)生不同的調(diào)制相位延遲。此調(diào)制相位涉及一個調(diào)制脈沖期間、在激光脈沖光發(fā)射持續(xù)時(shí)間內(nèi)光強(qiáng)變化I(t)的時(shí)間重心ts。數(shù)學(xué)上ts等于I(t)*t*dt的積分除以I(t)*dt的積分，其中積分范圍等于整個激光脈沖持續(xù)時(shí)間。
根據(jù)調(diào)制方式和調(diào)制脈寬與不同波長所決定的調(diào)制相位差相對應(yīng)的激光脈沖時(shí)間延遲可達(dá)1.3nS。其相應(yīng)的視在距離差可達(dá)200mm。
由被測粗糙表面散射回的光由于激光的相干性形成光強(qiáng)的顆粒化分布，這種顆粒通常稱為色斑。只有在激光可能反射的方向，如果粗糙表面是鏡面的話，激光不同模式的光斑將重合在一起。由于模式的不同波長，對所有其它方向都不出現(xiàn)這種情況，以致存在一個具有空間不同調(diào)制相位的光場。
進(jìn)入接收物鏡并導(dǎo)向光電探測器的光束，有一個具有代表性的調(diào)制相位，此相位是從進(jìn)入物鏡的光場所有調(diào)制相位經(jīng)對相應(yīng)的光強(qiáng)取加權(quán)平均值產(chǎn)生的。此平均值依據(jù)光場上色斑結(jié)構(gòu)，即依據(jù)粗糙表面的結(jié)構(gòu)而起伏。通過在垂直于測量方向上的一個宏觀上顯現(xiàn)具有均勻表面的物鏡的位移可以證實(shí)，由調(diào)制相位起伏所決定的距離測量誤差可達(dá)20mm。
令人感到驚訝的是結(jié)果表明，僅用激勵脈寬小于2ns的激勵脈沖調(diào)制激光二極管就可對物理性能有決定性的改善。于是依據(jù)波長之不同調(diào)制相位差足以小到使相應(yīng)的距離測量起伏小于2mm。
就測距儀中應(yīng)用光導(dǎo)纖維而言是眾所周知的。在本發(fā)明的儀器中使用光導(dǎo)纖維有著特殊的優(yōu)點(diǎn)，即光導(dǎo)纖維在其通向光電轉(zhuǎn)換器的路徑中可以多次彎曲。從而使上述就所有調(diào)制相位取得的加權(quán)平均值得到進(jìn)一步改善。
眾所周知，為了補(bǔ)償在電子電路中和光電轉(zhuǎn)換器中的漂移效應(yīng)，為了對測量外部距離之前和之后進(jìn)行比較，需測量一個內(nèi)部已知長度的參考距離。為此目的在本發(fā)明的儀器中，在準(zhǔn)直測量光束中插入一個光散射元件，使光不經(jīng)外部光路進(jìn)入。此元件的散射特性與調(diào)整光纖入射面的空間范圍相匹配。從而得到了本設(shè)備功能的兩個主要優(yōu)點(diǎn)。其一是實(shí)現(xiàn)了測量光束的每一部分都有光進(jìn)入光導(dǎo)纖維入射面，從而在測量光束整個橫截面上的調(diào)制相位差對距離測量沒有影響。因?yàn)楣馍⑸湓压馍⑸湓诠鈱?dǎo)纖維入射面活動的整個空間范圍內(nèi)，所以在光導(dǎo)纖維入射面的每一個位置可以立即完成參考測量而不需要重新調(diào)位，從而實(shí)現(xiàn)短的測量時(shí)間。單位面積的散射強(qiáng)度可以適當(dāng)調(diào)整，以保證分析系統(tǒng)不出現(xiàn)過載。因此這種措施不僅對于光導(dǎo)纖維入射面可調(diào)的裝置，而且以同樣的方式對于具有固定的光導(dǎo)纖維入射面和附加的光束偏轉(zhuǎn)部件的另一種可選用的裝置都具有意義。
下面借助在附圖中示意性示出的實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的設(shè)備，其中還進(jìn)一步談及其它的優(yōu)點(diǎn)。這些附圖分別是

圖1具有可調(diào)光導(dǎo)纖維入射面設(shè)備的整機(jī)俯視圖，圖2具有光偏轉(zhuǎn)反射鏡的接收部件，圖3具有光折射偏轉(zhuǎn)元件的接收部件，圖4具有光繞射偏轉(zhuǎn)元件的接收部件，圖5在發(fā)射光束中插入的分光器，圖6在發(fā)射光束中可接入的偏轉(zhuǎn)棱鏡。
圖1中半導(dǎo)體激光器10產(chǎn)生可見光測量光束11，此光束經(jīng)準(zhǔn)直器透鏡12沿光軸13的方向以平行光束發(fā)出，其直徑約為4mm。接收物鏡15的光軸14與準(zhǔn)直器透鏡12的光軸13至少接近平行并與此位于同一平面內(nèi)。接收物鏡15的直徑約30mm和接收角約120°，所以一方面光束截面對遠(yuǎn)距離被測物體16反射的光強(qiáng)足夠大，而另一方面也可以接收由近物體以大的入射角反射的光。
遠(yuǎn)距離被測物體16對接收光學(xué)系統(tǒng)15好像是處于無窮遠(yuǎn)，所以在被測物體上產(chǎn)生測量光斑的成像點(diǎn)位于光軸14上接收物鏡15的焦點(diǎn)處。在這種情況下光導(dǎo)纖維入射面17安裝于其基準(zhǔn)位置。光導(dǎo)纖維末端用支撐架18固定，此架與一彈簧片19連接。彈簧片19的另一端牢固地固定在測距設(shè)備的機(jī)殼20上并且從而構(gòu)成一個彈簧聯(lián)桿。彈簧片19在預(yù)應(yīng)力下靠在一個偏心輪21上，此偏心輪可在馬達(dá)帶動下繞軸22轉(zhuǎn)動。在偏心輪21轉(zhuǎn)動時(shí)支架18移動到例如垂直于光軸14的位置18′。在一個實(shí)際的實(shí)施例中調(diào)整距離約3mm。在位置18′接收由一個近距離被測物體反射的光，圖中用虛線標(biāo)出的接收光束示出了這樣的光接收。光導(dǎo)纖維入射面的調(diào)位大體上在接收物鏡15的焦面內(nèi)進(jìn)行。顯然近距離測量光斑的準(zhǔn)確成像位置位于光線方向焦面的后面。
用其它設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)例如滑塊元件或多聯(lián)桿元件代替實(shí)施例中選用的彈簧聯(lián)桿和偏心輪的調(diào)位裝置是可能的。
光導(dǎo)纖維17′在其前面的部分是可以自由移動的，所以它可以跟隨支架18移動。在其后面部分23是經(jīng)多次彎曲后固定的，在其末端的出光面處連接了一個光電轉(zhuǎn)換器24。接收信號被傳送給分析裝置25。
在由設(shè)備機(jī)殼20發(fā)出的測量光束11的出口處安裝一個制成低反射鏡面的保護(hù)片26，為了減少反射也可以將其對光束傾斜安置。此外，為了防止剩余散射進(jìn)入光導(dǎo)纖維入射面17，還安裝了一個管狀光闌27。在此光闌27入射口處的前面安裝了一個可接入的光偏轉(zhuǎn)位置28，此裝置可經(jīng)馬達(dá)繞軸29轉(zhuǎn)動。光偏轉(zhuǎn)裝置28受測量光束11照射的表面對光是散射的，從而產(chǎn)生一個發(fā)射的散射錐體30。散射錐體30的開口在光導(dǎo)纖維入射面17的活動范圍內(nèi)開得很大，致使在所有位置都可以接收到來自這樣產(chǎn)生的參考光路的光線。
分析裝置25還含有調(diào)制半導(dǎo)體激光器10的電路，為了把半導(dǎo)體激光器10的光發(fā)射方向調(diào)到準(zhǔn)直透鏡12的光軸13，安裝半導(dǎo)體激光器10的外殼可圍繞軸31或者一個與此垂直的軸轉(zhuǎn)動。其調(diào)整可以依據(jù)一個選定的接收信號經(jīng)計(jì)值裝置25用馬達(dá)控制。為了補(bǔ)償光軸13、14調(diào)到一個共同平面的微小調(diào)整誤差，光導(dǎo)纖維入射面不僅可在光軸13、14的平面內(nèi)而且也可在其垂直的方向調(diào)位是有益的。經(jīng)在接收物鏡15焦面內(nèi)適當(dāng)?shù)膾呙柽\(yùn)動，可以找到最佳信號電平的位置，并且在光導(dǎo)纖維入射面17的這個位置進(jìn)行信號分析。
分析裝置25有一個指示裝置32和鍵盤33，經(jīng)此鍵盤可以輸入例如校正值或用于實(shí)際距離測量的補(bǔ)充信息。一個重要的補(bǔ)充信息是關(guān)于由兩個光軸13、14所定義平面的水平和垂直位置的數(shù)據(jù)，以便能確實(shí)垂直于被測物進(jìn)行測量。為此可以為設(shè)備安裝一個雙軸向電子傾斜計(jì)34，其水平軸位于光軸13、14的平面內(nèi)并且調(diào)到平行和垂直于這些軸。
傾斜計(jì)34的輸出信號可以傳送給分析裝置25，并且在測量距離時(shí)自動予以考慮。但是這些輸出信號也可用于半導(dǎo)體激光器10的機(jī)械調(diào)位或者用于在發(fā)射光路中的一個未示出的有源光器件的機(jī)械調(diào)位，以便自動把準(zhǔn)直光束調(diào)整成水平方向。
除關(guān)于設(shè)備在空間傾斜角的信息外，對方位角的考慮即在水平平面內(nèi)的測量光束輻射到被測物表面的角度擴(kuò)大了距離測量的應(yīng)用范圍，而且以極性測描圖的形式給出測量值。為此可以在設(shè)備上安裝一個數(shù)字磁羅盤儀35，其方位角參考方向被調(diào)整到與準(zhǔn)直透鏡12的光軸13平行。用一個單一的測量地點(diǎn)為起點(diǎn)、以實(shí)際上已知的方式、參照測量光束傾斜角和方位角、經(jīng)多次距離測量，便能夠確定空間的若干點(diǎn)和若干面的距離并且也能夠確定若干面相互之間的位置。同樣也可以用計(jì)算方法求得水平距離，如否則只有在具有機(jī)械軸的電子測距儀的測量系統(tǒng)中這樣計(jì)算求值的方法是可能的。
作為測量的零點(diǎn)可以選擇設(shè)備機(jī)殼20的前面板、后面板或中間位置，并且有選擇地例如經(jīng)鍵盤33輸入分析裝置25和由它在距離測量時(shí)自動予以考慮。
圖2示出把近距離被測物表面反射的光束偏轉(zhuǎn)到固定的光導(dǎo)纖維入射面17的方向的第一種解決方案。為此這里使用一個位于光軸14外面，并對光軸在一定傾斜角下安裝的平面反光鏡36，此反光鏡也可以是輕微彎曲的和散射的。其適當(dāng)?shù)男螤睢惭b部位和結(jié)構(gòu)可以通過專業(yè)人員進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)很容易確定。為了補(bǔ)償光軸13、14之間可能存在的位置傾斜，把反光鏡設(shè)計(jì)成圍繞光軸14的環(huán)形面是特別有益的。上述裝置的優(yōu)點(diǎn)是偏轉(zhuǎn)部件不影響從遠(yuǎn)處被測物體接收的光束。
在圖3中作為偏轉(zhuǎn)傾斜入射的測量光束的另一種可能性是安裝一個棱鏡37做為折射元件。這里也是通過實(shí)驗(yàn)確定棱鏡37的最佳安裝位置，在此位置一方面從遠(yuǎn)距離被測物體接收的光束不會很遠(yuǎn)地偏轉(zhuǎn)，以致于出現(xiàn)光強(qiáng)不夠的困難，并且另一方面傾斜入射的測量光束有足夠的分量被偏轉(zhuǎn)到光導(dǎo)纖維入射面17的方向。尤其有利的是把折射面對光軸14環(huán)形對稱安置，并且在中心讓一部分不受影響。棱鏡37也是可以接入的，致使其只有在測量近距離物體時(shí)起作用。
圖4示出借助一個繞射元件38實(shí)現(xiàn)與方向相關(guān)的偏轉(zhuǎn)光束的另一種可能性。這些元件由于全息照像元件、分區(qū)板和雙光學(xué)系統(tǒng)的微結(jié)構(gòu)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展而獲得日益增長的重要性。關(guān)于這些元件的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用概貌可以由Centre Suisse d′Electroniqueet de Microtechnique S.A.1991年6月出版的關(guān)于繞射光學(xué)元件(DOE)讀物中獲得。這種元件的優(yōu)點(diǎn)在于，其繞射結(jié)構(gòu)可以與各成像特性相匹配。其中也可以相當(dāng)容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的光學(xué)變換功能。尤其是可以計(jì)算出一種繞射結(jié)構(gòu)，并且可以用光刻技術(shù)把它制造出來，這種結(jié)構(gòu)可以把由不同方向入射的光束偏轉(zhuǎn)到同一個方向。因此在發(fā)射光束方向物鏡15的接收角可以顯著增大。
在發(fā)射的準(zhǔn)直測量光束光路中加入一個可轉(zhuǎn)動的雙光束棱鏡可以擴(kuò)大本發(fā)明設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域。如圖5所示，為此可以把保護(hù)片26去掉，并在其位置上把一個鏡筒39插入管狀光闌27中。在鏡筒39中裝入一個具有能夠分光的膠合面41的棱鏡40。以這種方式可以經(jīng)鏡筒39的開口42產(chǎn)生一個垂直于測量光束光軸13的附加可見光束。此光束例如可以應(yīng)用于將其射向一個已存在的表面，以便能夠測量垂直于此表面的距離。在安排測量設(shè)備垂直于被測物體的情況下也可以用此附加光束把距離數(shù)值轉(zhuǎn)移到其它表面。
圖5所示用于產(chǎn)生垂直于測量光束的定位光束的附件實(shí)際上也可以按已知的方式用具有許多分光平面或者其它光的偏轉(zhuǎn)面的棱鏡，例如用五棱鏡進(jìn)行改裝。
附件的另一項(xiàng)任務(wù)在于，可以把測量光束的光軸13偏轉(zhuǎn)到接收物鏡15的光軸14的方向。圖6示出了這樣一種結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，甚至位于機(jī)殼20前緣20′的被測物體都可以把光反射到接收光路。在此情況下出于結(jié)構(gòu)上對固定物鏡15的需要，把接收物鏡15稍向機(jī)殼20內(nèi)移一段距離是有益的。用于偏轉(zhuǎn)光束而設(shè)置的棱鏡43安裝在一個滑塊44上，在測量很短的距離時(shí)，可以用手將其推入光路。
本發(fā)明設(shè)備所用功能元器件的費(fèi)用很低，且適于小型化。因此本設(shè)備結(jié)構(gòu)可以特別緊湊，尤其是可以制成袖珍式儀器。
權(quán)利要求
1.測距設(shè)備具有—一個由半導(dǎo)體激光器(10)產(chǎn)生的可見光測量光束(11)，—一個準(zhǔn)直器物鏡(12)，用于把測量光束(11)準(zhǔn)直到準(zhǔn)直器物鏡(12)光軸(13)的方向，—一個調(diào)制測量光束的電路裝置，—一個接收物鏡(15)，用于接收和把從一個遠(yuǎn)距離被測物體(16)反射回來的測量光束(11)成象到一個接收裝置，—一個可接入的光偏轉(zhuǎn)裝置(28)，用于產(chǎn)生一個介于半導(dǎo)體激光器(10)和接收裝置之間的內(nèi)部參考距離和—一個電子分析裝置(25)，用于測出和顯示所測出的物體(16)的距離，其特征在于，接收裝置有一段連接著光電轉(zhuǎn)換器(24)的光導(dǎo)纖維(17′)，其中為測量遠(yuǎn)距離物體把光導(dǎo)纖維入射面(17)安置在接收物鏡(15)的成象平面內(nèi)，并且可控制光導(dǎo)纖維入射面由此位置(18)垂直于接收物鏡(15)的光軸(14)移動。
2.測距設(shè)備具有—一個由半導(dǎo)體激光器(10)產(chǎn)生的可見光測量光束(11)，—一個準(zhǔn)直器物鏡(12)，用于把測量光束(11)準(zhǔn)直到準(zhǔn)直器物鏡(12)光軸(13)的方向，—一個調(diào)制測量光束的電路裝置，—一個接收物鏡(15)，用于接收和把從一個遠(yuǎn)距離被測物體(16)反射回來的測量光束(11)成象到一個接收裝置，—一個可接入的光偏轉(zhuǎn)裝置(28)，用于產(chǎn)生一個介于半導(dǎo)體激光器(10)和接收裝置之間的內(nèi)部參考距離和—一個電子分析裝置(25)，用于測出和顯示所測出的物體(16)的距離，其特征在于，接收裝置有一段連接著光電轉(zhuǎn)換器(24)的光導(dǎo)纖維(17′)，其中為測遠(yuǎn)距離物體把光導(dǎo)纖維入射面(17)安置在接收物鏡(15)的光軸(14)上的成象平面內(nèi)，并且在接收物鏡(15)與光導(dǎo)纖維入射面(17)之間，接收物鏡(15)的光軸(14)之外設(shè)置光學(xué)部件(36、37、38)，這些部件能夠在測量較近距離的物體時(shí)，把測量光束(11)的成象位置偏轉(zhuǎn)到接收物鏡(15)的光軸(14)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述設(shè)備，其特征在于，測量光束用脈沖寬度小于兩毫微秒的激勵脈沖進(jìn)行脈沖調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述設(shè)備，其特征在于，光導(dǎo)纖維(17′)在其路徑中多次彎曲(23)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，光導(dǎo)纖維(17′)的光入射端(17)固定在機(jī)械調(diào)位裝置(18、19、21、22)上，調(diào)位裝置可在一個平面內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，此平面由準(zhǔn)直物鏡(12)和接收物鏡(15)的光軸(13、14)確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述設(shè)備，其特征在于，調(diào)位裝置還可以沿垂直于光軸(13、14)確定平面的方向調(diào)位。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述設(shè)備，其特征在于，設(shè)置了一個具有控制裝置的電動機(jī)驅(qū)動裝置，此裝置帶動調(diào)位裝置由基準(zhǔn)位置(18)開始在預(yù)定的調(diào)位范圍(18′)內(nèi)移動，此時(shí)所接收的光強(qiáng)被測量和存儲并據(jù)此把調(diào)位裝置移到一個對接收信號分析為最佳光強(qiáng)的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述設(shè)備，其特征在于，調(diào)位裝置由一個具有電動機(jī)驅(qū)動偏心輪(21、22)的彈簧聯(lián)桿(19)組成。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述設(shè)備，其特征在于，設(shè)置一個光散射元件(28)，作為產(chǎn)生參考距離的可接入的光偏轉(zhuǎn)裝置，其散射特性(30)與光導(dǎo)纖維入射面(17)的調(diào)整范圍(18、18′)相匹配。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述設(shè)備，其特征在于，為了偏轉(zhuǎn)成象位置，設(shè)置了一個適當(dāng)?shù)南蛑邮瘴镧R(15)光軸(14)的反光鏡(36)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述設(shè)備，其特征在于，為了偏轉(zhuǎn)成象位置，設(shè)置一個在接收物鏡(15)的邊緣區(qū)域內(nèi)安裝的光折射元件(37)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述設(shè)備，其特征在于，為了偏轉(zhuǎn)成象位置，為接收物鏡(15)安裝一個光繞射元件(38)。
13.測距設(shè)備有—一個由半導(dǎo)體激光器(110)產(chǎn)生的可見光測量光束(11)，—一個準(zhǔn)直器物鏡(12)，用于把測量光束(11)準(zhǔn)直到準(zhǔn)直器物鏡(12)光軸(13)的方向，—一個調(diào)制測量光束的電路裝置，—一個接收物鏡(15)，用于接收和把從一個遠(yuǎn)距離被測物體(16)反射回來的測量光束(11)成象到一個接收裝置，—一個可接入的光偏轉(zhuǎn)裝置(28)，用于產(chǎn)生一個介于半導(dǎo)體激光器(10)和接收裝置之間的內(nèi)部參考距離和—一個電子計(jì)值裝置(25)，用于求出和顯示測出的物體(16)的距離，其特征在于，測量光束用脈沖寬度小于兩毫微秒的激勵脈沖進(jìn)行脈沖調(diào)制。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述設(shè)備，其特征在于，接收裝置有一個連接著光電轉(zhuǎn)換器(24)的光導(dǎo)纖維(17′)，其中光導(dǎo)纖維(17′)在其路徑中多次彎曲(23)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述設(shè)備，其特征在于，有一電子傾斜計(jì)(34)，調(diào)整其測量軸平行于準(zhǔn)直器物鏡(12)的光軸(13)。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述設(shè)備，其特征在于，有一個雙軸電子傾斜計(jì)(34)，其一個軸調(diào)整到與準(zhǔn)直器物鏡(12)的光軸(13)平行，其另一個軸調(diào)整到與光軸(13)垂直并且平行于由準(zhǔn)直器物鏡(12)和接收物鏡(15)的光軸(13、14)所組成的平面。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述設(shè)備，其特征在于，有一個數(shù)字磁羅盤儀(35)，其方位角一參考方向調(diào)整到平行于準(zhǔn)直器物鏡(12)的光軸(13)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17之一所述設(shè)備，其特征在于，傾斜計(jì)(34)和/或羅盤儀(35)的輸出信號作為附加的輸入信號傳送給分析裝置(25)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述設(shè)備，其特征在于，傾斜計(jì)(34)的輸出信號傳送給一個有源的光學(xué)或機(jī)械調(diào)位元件，用于把準(zhǔn)直測量光束(11)調(diào)成水平。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述設(shè)備，其特征在于，有一個可插入所發(fā)出的測量光束(11)中的棱鏡(40、41、43)。
全文摘要
本發(fā)明的測距設(shè)備具有一個由半導(dǎo)體激光器(10)產(chǎn)生的可見光測量光束(11)；一個準(zhǔn)直器物鏡(12)，用于在準(zhǔn)直器物鏡(12)的光軸(13)的方向把測量光束進(jìn)行準(zhǔn)直；一個調(diào)制測量光束的電路裝置；一個接收物鏡(15)，用于接收和把一個遠(yuǎn)距離被測物體(16)反射回來的測量光束成像到一個接收裝置上；一個可接入的光偏轉(zhuǎn)裝置(28)，用于產(chǎn)生一個介于半導(dǎo)體激光器(10)和接收裝置之間的內(nèi)部參考距離；和一個電子分析裝置(25)，用于測出和顯示所測量的被測物體(16)的距離。根據(jù)本發(fā)明，接收裝置有一段光導(dǎo)纖維(17′)與光電轉(zhuǎn)換器(24)連接，其中為測量遠(yuǎn)距離物體把光導(dǎo)纖維入射面(17)安置在接收物鏡(15)的成像平面內(nèi)，并且可控制入射面由此位置(18)垂直于光軸(14)移動(18′)。在另一種可選擇的結(jié)構(gòu)中，光導(dǎo)纖維入射面(17)是固定的，而在接收物鏡(15)的光軸(14)之外，設(shè)置某些光學(xué)部件(36)，對較近距離被測物體，這些光學(xué)部件把測量光束偏轉(zhuǎn)到接收物鏡(15)的光軸(14)。測量光束是用小于兩毫微秒脈寬的激勵脈沖調(diào)制的。
文檔編號G01S17/02GK1123573SQ94192114
公開日1996年5月29日 申請日期1994年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月15日
發(fā)明者H·艾貝斯, H·貝納德, K·蓋格, J·興德林 申請人:萊卡公開股份有限公司