(57)【要約】  本発明は、とりわけ非接触距離測定のための手持ち式装置（１０）である電気光学的測定装置に関する。本発明の電気光学的測定装置は、測定信号を送信するために少なくとも１つの光学的送信器（２０）を有する光学的送信経路（２８）と、受信器（２６）の方向に測定信号を集束するための少なくとも１つの受信光学系（３２）を有する受信経路（２９）と、視差補償のための光学的な近距離領域エレメント（６０）とを備えており、該光学的送信経路（２８）は第１の光軸（７２）を有し、該受信経路（２９）は、該第１の光軸（７２）から離隔されている第２の光軸（７４）を有し、該近距離領域エレメント（６０）は、該第２の光軸（７４）に対して回転対称的に形成されている。近距離領域エレメント（６０）は、前記第２の光軸（７４）に対して回転対称的に形成されることを提案する。
2009508124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学的測定装置であって、
とりわけ、非接触距離測定のための手持ち式装置（１０）であり、
測定信号を送信するために少なくとも１つの光学的送信器（２０）を有する光学的送信経路（２８）と、受信器（２６）の方向に測定信号を集束するための少なくとも１つの受信光学系（３２）を有する受信経路（２９）と、視差補償のための光学的な近距離領域エレメント（６０）とを備えており、
該光学的送信経路（２８）は第１の光軸（７２）を有し、
該受信経路（２９）は、該第１の光軸（７２）から離隔されている第２の光軸（７４）を有する形式のものにおいて、
該近距離領域エレメント（６０）は、該第２の光軸（７４）に対して回転対称的に形成されていることを特徴とする、電気光学的測定装置。
【請求項２】
前記近距離領域エレメント（６０）は前記受信光学系（３２）に対して同心に形成されている、請求項１記載の電気光学的測定装置。
【請求項３】
前記近距離領域エレメント（６０）は前記受信光学系（３２）と一体形に形成されている、請求項１または２記載の電気光学的測定装置。
【請求項４】
前記近距離領域エレメント（６０）と受信光学系（３２）とが、円対称的な多焦点レンズ（７６）を構成する、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気光学的測定装置。
【請求項５】
前記多焦点レンズ（７６）は、非球面の表面曲率を有する第１の領域（７８）を有する、請求項４記載の電気光学的測定装置。
【請求項６】
前記多焦点レンズ（７６）は、連続的に変化する表面曲率を有する第２の領域（８０）を有する、請求項４または５記載の電気光学的測定装置。
【請求項７】
前記多焦点レンズ（７６）は、一定の表面曲率を有する第２の領域（８０）を有する、請求項４または５記載の電気光学的測定装置。
【請求項８】
前記第２の領域（８０）は前記第１の領域（７８）を環状に包囲する、請求項５および６記載の電気光学的測定装置、ないしは請求項５および７記載の電気光学的測定装置。
【請求項９】
前記近距離領域エレメント（６０）は回折構造（８８）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気光学的測定装置。
【請求項１０】
前記受信光学系（３２）は前記近距離領域エレメント（６０）とともにプラスチックから成る、請求項３から９までのいずれか１項記載の電気光学的測定装置。
【請求項１１】
前記受信光学系（３２）は前記近距離領域エレメント（６０）とともに射出成形技術で成形される、請求項３から１０までのいずれか１項記載の電気光学的測定装置。
【請求項１２】
レーザ測距装置（１０）である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電気光学的測定装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の２軸光学的測定装置のための多焦点レンズであって、
とりわけ受信レンズとして使用される形式のものにおいて、
付加的な回折構造体（８８）を有することを特徴とする、多焦点レンズ。
【請求項１４】
前記回折構造体（８８）はホログラム構造体として、多焦点レンズ（７６）の内部または表面に形成されている、請求項１３記載の多焦点レンズ。
【請求項１５】
前記回折構造体（８８）は拡散構造体またはビーム分割構造体として形成されている、請求項１３または１４記載の多焦点レンズ。
【請求項１６】
レンズ誤差を補正するためのホログラフィック構造体を有する、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の多焦点レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の電気光学的測定装置に関する。すなわち、とりわけ、非接触距離測定のための手持ち式装置であり、測定信号を送信するために少なくとも１つの光学的送信器を有する光学的送信経路と、受信器の方向に測定信号を集束するための少なくとも１つの受信光学系を有する受信経路と、視差補償のための光学的な近距離領域エレメントとを備えており、該光学的送信経路は第１の光軸を有し、該受信経路は、該第１の光軸から離隔されている第２の光軸を有する形式の電気光学的測定装置に関する。
【０００２】
従来技術
送信経路ないしは受信経路の２軸システムを有する電気光学的測定装置は、たとえば非接触式の測距装置として使用され、このような測定装置は、しばらく前から市販されている。この装置は送信経路を介して、変調された測定信号を送信し、この測定信号は、該装置との距離を測定すべき目標対象物の表面で反射ないしは散乱される。反射ないしは散乱されたこの測定放射の一部は測定装置に戻って到達し、ここで受信ユニットによって検出される。
【０００３】
測定信号の伝搬時間から、または、送信された測定信号と戻ってきて検出された測定信号との間の位相シフトと伝搬時間との相関付けから、目標対象物と装置との間の間隔を推定することができる。
【０００４】
送信経路が受信経路から離隔されて配置されている２軸測定システムは次のような利点、すなわち、戻り測定信号を選択するために面倒な放射分割システムは必要なく、たとえば、送信経路から受信経路に直接生じる光学的クロストークを比較的大きな割合まで抑圧できるという利点を有する。
【０００５】
それと同時に２軸測定装置は、送信経路と受信経路との間の視差を補償するための手段を必要とする。大きな目標距離では、受信器の検出器表面への目標対象物の結像は、未だ受信器において一義的であるのに対し、測定距離が短くなるにつれてますます受信経路の光軸から離れていき、また、受信器面におけるビーム断面の変動も生じる。
【０００６】
このことによって、機器において付加的な手段なしでは、近距離の検出領域において、すなわち、所望の目標対象物と測定装置との間の距離が小さい場合には、測定信号はほぼ０になってしまう。
【０００７】
従来技術から、２軸測定システムの視差補償を行うための種々の手段が公知である。このような手段は、受信器の構成に適用され、ないしは、受信光学系の構成に適用される。
【０００８】
ＤＥ４３１６３４８Ａ１から、半導体レーザによって生成された可視の測定光線束による距離測定用の装置が公知である。この装置の受信装置は、後置接続された光電変換器を有する光導体を有する。光導体のファイバの光入射面は、大きな対象物距離に対しては、測定装置の受光対物レンズの結像面に配置されており、この位置から光軸に対して横方向に移動可能である。このようにして、光ファイバの追従調整を介して、ＤＥ４３１６３４８Ａ１の装置を、対象物距離が短くなるほど受光対物レンズにますます斜めに入射するようになる測定ビームを、空間的に変化しない検出器の場合には検出器の感光性の表面に導くことができる。
【０００９】
択一的にＤＥ４３１６３４８Ａ１は、２軸測定装置の視差問題を解決するために、光導体入射面を定置し、対象物距離が比較的短い場合に光学的な偏向手段によって、受光対物レンズの光軸に測定光線束の結像位置を偏向することを提案する。
【００１０】
こうするためにＤＥ４３１６３４８Ａ１は、受光対物レンズの近傍に配置されるプリズムまたは回折性の光学的エレメントを使用することを提案する。
【００１１】
ＤＥ１９８６０４６４Ａ１から、相互に平行に配置された送信チャネルおよび受信チャネルを有する遠距離測定領域用のレーザ測距装置が公知である。このレーザ測距装置では受光対物レンズは、送信光軸に対して平行に方向づけされた１次受信光軸を有する１次レンズ領域と、該１次受信光軸に対して角度α傾斜された２次受信光軸を有する２次レンズ領域とを有する修正された単独レンズである。このような構成により、１次焦点と２次焦点とが発生する。
【００１２】
ＷＯ９２／０５４５５から次のような同軸の光学的距離測定装置が公知である。すなわち、受信光学系が、異なる焦点距離の帯状のエレメントを有する光学的距離測定装置が公知である。この特別な受信光学系を使用して、異なる対象物距離からの光が、結像光学系のそれぞれに所属する帯状のエレメントによって受信器に最適にフォーカシングされる。
【００１３】
発明の利点
本発明による電気光学的測定装置は、測定信号を送信するための少なくとも１つの光学的送信器を有する送信経路と、測定信号を受信器の方向に集束するための少なくとも１つの受信光学系を有する受信経路とを備えている。送信経路および受信経路の光軸は相互に離隔されて配置されているので、本発明による電気光学的測定装置は２軸システムを構成する。この２軸光学的システムの視差を補償するために、本発明による電気光学的測定装置はさらに、光学的な近距離領域エレメントを有する。
【００１４】
有利には、この近距離領域エレメントは視差補償のために、受信経路の光軸に対して回転対称的に形成されている。
【００１５】
２軸システムとして構成されている、たとえば非接触式の測距装置等である電気光学的測定装置は、典型的には所定の測定領域に最適化されている。すなわち、所定の距離領域に最適化されている。この最適な距離領域から、たとえば目標対象物で反射または散乱された測定信号は、測定装置の結像光学系によって最適に集束され、該測定装置の受信器にフォーカシングされる。典型的には測定装置の受信器は、受信光学系から該受信光学系の焦点距離の距離に離れており、見かけ上は無限大から到来する測定信号を受信器に効率的に集束することができる。大きな目標距離の場合に、測定装置に組み込まれた測定受信器の受信器面への目標対象物の結像が、なお受信器において一義的である場合には、測定距離が短くなるほど測定信号は受信経路の光軸から離れていき、測定装置と目標対象物との間の特別な短い距離では、検出の近距離領域、すなわち目標対象物と測定装置との間の距離が短い場合には測定信号がほぼゼロになってしまうおそれがある。
【００１６】
本発明による近距離領域エレメントによって、小さい測定距離の領域でも、測定受信器に当たる光が十分になる。有利には、本発明による近距離領域エレメントは受信経路の光軸で回転対称的である。
【００１７】
このことによって有利には、電気光学的測定装置の視差補償を行うための近距離領域エレメントを簡単ひいては低コストに実現することができる。
【００１８】
従来技術から公知の近距離領域エレメントに対して本発明の装置の近距離領域エレメントは、比較的簡単なレンズと標準受信器とによって効率的な視差補償を行えるという利点を有する。
【００１９】
従属請求項に記載された構成から、本発明の測定装置の有利な実施形態および発展形態を理解できる。
【００２０】
有利には、本発明の測定装置の近距離領域エレメントは、受信光学系に対して同心に形成されている。このような構成において特に有利な実施形態では、近距離領域エレメントは受信光学系と一体形で形成することもできる。
【００２１】
その際には、受信光学系と近距離領域エレメントとは有利な実施形態では、次のような回転対称的な多焦点レンズを、すなわち、回転対称的に形成された近距離領域成分によって、短い対象物距離において効率的な視差補償を実現する多焦点レンズを形成する。この多焦点レンズは、とりわけ円対称的な多焦点レンズである。
【００２２】
有利には多焦点レンズは、非球面の表面曲率を有する第１の領域を有する。多焦点レンズのこの第１の領域は、通常の受信光学系の役割を引き継ぎ、この非球面の表面曲率によって、対象物距離が大きい場合に受信器への測定信号の非常に良好な集束およびフォーカシングを可能にする。
【００２３】
本発明による測定装置の第１の実施形態では、多焦点レンズは次のような第２の領域、すなわち、連続的に変化する表面曲率を有し近距離領域エレメントとして使用される第２の領域を有する。多焦点レンズのこの第２の領域の連続的に変化する表面曲率によって、この領域は、定義された焦点距離を有さず、「可変焦点」レンズに相応する。このような連続的な曲率のこの領域は、受信器の面において対象物の一義的な像を生成せず、むしろ拡散的なゾーン、受信経路の軸に対して垂直に比較的大きな断面を成す。したがって、このような拡散的ゾーンからの測定信号は有利には、短い対象物距離でも、受信器の活性面において測定信号強度がなお十分であることを保証するために使用される。それゆえ、送信器と受信器との間に視差を有する光学的システムではこのような多焦点レンズは、短い距離でも受信器に十分な信号を到達させるのに非常に適している。
【００２４】
本発明の測定装置の択一的な実施形態では、多焦点レンズの第２の領域は一定の表面曲率を有することもでき、たとえば球面の表面曲率を有することもできる。
【００２５】
有利には本発明による測定装置では、多焦点レンズの第２の領域は第１の領域を環状に包囲する。
【００２６】
択一的な実施形態では、近距離領域エレメントは回折構造を有し、たとえば回折格子、とりわけホログラフィック回折格子を有し、これによって短い対象物距離の場合には、戻り測定ビームが適切に測定装置の受信器の検出器表面に偏向されるようにすることができる。その際には近距離領域エレメントは、単なる回折エレメントとして形成するか、または反射性エレメントとして形成するか、または、付加的に回折構造を有する反射性エレメントとして形成することができる。
【００２７】
有利な変形形態では、レンズを近似的に平凸のレンズとして形成し、一方のレンズ面のみがきつい曲率を有すると同時に、他方のレンズ面は良好な近似で平面に形成されるようにすることができる。この回折構造は有利には、近似的に平面のレンズ裏面に形成され、デジタルホログラムで通常の手法、たとえば光学リソグラフィ構造化（とりわけガラスレンズに関連する）と、型押し技術（たとえばプラスチック等の比較的軟性の材料から成るレンズの場合）とを使用することができる。
【００２８】
本発明の近距離領域エレメントの有利な実施形態では、近距離領域で有効な構造としていわゆる拡散ホログラム構造が使用されるか、またはいわゆるビーム分割（ビームスプリッタ）ホログラム構造が使用される。これらによって、本来は１つの焦点が焦点面で、異なる位置にある複数の個々の焦点に分割されるか、ないしは、小スペースの焦点が焦点面で、ホログラム構造によって設定されるより幅広い像パターンに変換される。
【００２９】
有利な実施形態ではビーム分割構造の回折エレメントは、複数の焦点のうち１つはレンズのフォーカス面において角度シフトを有し、これによって、２軸システムにおいて所定の距離で視差によって生じる角度シフトがちょうど補償されるように構成される。
【００３０】
別の有利な実施形態では近距離領域エレメントの回折構造は、２つの領域が異なるように形成される。たとえば中央のレンズ領域を環状に包囲する第１のフィールド内に、視差依存性を最適化するために拡散ホログラムを、たとえば平面のレンズ面に形成することができる。それに対して、たとえばレンズの中央フィールドに配置された第２の領域内には回折構造を挿入することができる。この回折構造は、ここにたとえば球面に形成されたレンズ表側のレンズ誤差を光学的に補正するために使用される。このような適切な構造により、第２の領域ではたとえば、レンズの動作波長で、プラスチックの屈折率の温度補償を実現するか、または、たとえば球面収差を有利に抑圧することができる。
【００３１】
近距離領域エレメントの２つの領域において２つの異なる種類の回折構造をレンズに形成することにより、有利には２つの目的を同時に達成することができる。まず、遠距離フィールドに有効な中央のレンズ領域の結像特性を改善することができる。また、レンズの特性を視差問題に関して付加的に最適化することができる。
【００３２】
ここでは近距離領域エレメントは、プラスチックから成る受信光学系としても形成することができる。有利には、受信光学系と近距離領域エレメントとをプラスチックから一体形で、たとえば射出成形技術で成形することができる。このことにより、本発明の電気光学的測定装置で視差補償を行う結像光学系を簡単かつ低コストで実現することができる。たとえば射出成形工具の使用を、単なる回転プロセスで形成することができる。プラスチック部材を対称性に基づいて、とりわけ近距離領域エレメントと結像光学系との回転対称性に基づいて、より正確に射出することもできる。場合によっては、近距離領域エレメントの回折構造を、組み合わされた光学系の射出プロセス時に直接形成することができる。
【００３３】
本発明の測定装置の説明から、別の利点を理解することができる。
【００３４】
図面
図面に、本発明による電気光学的測定装置の実施例が示されている。明細書、図面および特許請求の範囲は、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単独でも考慮し、それらの特徴をまとめて別の有利な組み合わせを構成することができる。
【００３５】
図１  本発明による測定装置の実施例として非接触式の測距装置を概括的に示す斜視図である。
図２  図１に示された測距装置の光学的構成を概略的に示す図である。
図３  本発明による近距離領域エレメントの実施例を、所属の結像光学系とともに概略的に示す図である。
図４  平面ＡＡ′に沿って切断された図３の光学的エレメントの断面図である。
図５  短い対象物距離の場合に測定信号を受信器に集束するために標準レンズを使用する場合の、受信器表面における測定信号分布を示す。
図６  本発明による近距離領域エレメントを使用する場合の、視差を有する光学的システムの受信器平面における相応の測定信号分布を示す。
【００３６】
実施例の説明
図１は、測距装置１０として構成された測定装置を示す。この測距装置は、ケーシング１２と、測距装置１０をスイッチオンおよびスイッチオフし測定過程を開始ないしは構築するための操作エレメント１４とを有している。さらに、測定装置１０のケーシング１２に、情報を再生するためのディスプレイ１６が設けられている。このディスプレイはとりわけ、測定装置の測定結果を再生するために設けられている。
【００３７】
測定装置１０のケーシング１２内の担体エレメント１８に、変調された光学的送信信号を生成するための送信ユニット２０と、光チャネル２２と、送信測定信号を基準区間に偏向するための偏向ユニット２４と、受信測定信号を受信するための受信ユニット２６とが配置されている。前記送信ユニット２０はレーザダイオードとして構成されており、前記受信ユニット２６はフォトダイオードとして構成されており、とりわけＡＰＤとして構成されている。
【００３８】
図２は、測距装置の光学的構成要素を概略的に示している。
【００３９】
測距装置１０から離れた対象物１１までの距離を測定するために、測距装置１０の動作中に送信測定信号が、測定ユニット２０から経路２８に沿って、送信光学系３０を介して送信される。離れた対象物１１の表面によって反射ないしは散乱されたこの送信測定信号は、受信光学系３２を介して、受信ユニット２６の受信測定信号として受信される。測定装置の送信経路２８の光軸７２はここでは、受信経路２９の光軸７４に対して離隔されているので、該測定装置は２軸システムを成す。
【００４０】
送信測定信号と受信測定信号との間で行われる位相比較から、送信器と受信器との間の光伝搬時間を求め、光速の既知量を介して、測定装置１０と離れた対象物１１との間の求めるべき距離を求めることができる。
【００４１】
距離に依存しない伝搬時間、たとえば、送信測定信号の生成時および／または受信測定信号の処理時に発生する伝搬時間を補償するためには、距離測定の前に基準測定が行われる。その際には、送信測定信号を偏向ユニット２４によって偏向し、基準経路３４に沿った既知の基準区間を介して受信ユニット２６に直接方向づけする。
【００４２】
レーザダイオード４０の形態の光源を有する送信ユニット２０を介して、変調された測定信号が送信経路２８に沿って送信される。送信ユニットはさらに、レーザダイオード４０を駆動制御し、とりわけ変調するための制御回路４４も有する。図２では簡単なレンズとして概略的にのみ示されている送信光学系３０によって、平行な光線束４６が生成され、装置のケーシング１２に設けられた窓４８を介して測定装置１０から出力結合される。
【００４３】
変調された測定信号４６′は、測定すべき対象物１１で反射され、戻り光線束５０が得られ、窓５２を通って部分的に測定装置に到達して戻る。
【００４４】
受信経路２９に沿って伝搬した測定信号は、受信光学系３２を介して受信ユニット２６の活性面６２に集束される。この受信ユニット２６の活性面は、たとえばフォトダイオードまたはＣＣＤ回路の活性面である。受信ユニット２６は電気的接続手段５４を介して計算評価ユニット５６に接続されている。この計算評価ユニットはたとえば、送信された測定信号４６と戻り測定信号５０との位相関係から、対象物１１と測定装置１０の基準点との距離を求める。
【００４５】
さらに、本発明の測定装置は付加的に出力手段５８も有する。この出力手段は、たとえばディスプレイの形態で設けることができ、その時点の測定結果を表示する他に、たとえば測定装置の状態に関する情報等の別の情報もユーザに対して求めることができる。測定すべき対象物１１から測距装置１０までの対象物距離が短い場合、戻り光線束５０′は受信経路２９の光軸７４に対して角度αで測定装置に入射する。このことは図２に示されている。
【００４６】
このような測定信号５０′を近距離領域から受信ユニット２６の活性面６２に導き、測定装置と測定すべき対象物との間の距離が短い場合にも距離測定を可能にするために、本発明による測定装置は次のような光学的な近距離領域エレメント６０、すなわち、受信経路２９の軸７４に対して回転対称的に構成されている近距離領域エレメント６０を有する。この近距離領域エレメント６０は図２の実施例では、受信光学系３２に対して一体形かつ同心で形成されている。このような近距離領域エレメント６０により、大きな対象物距離で生じる戻り光線束５０がフォーカシングされる他に、受信経路２９の光軸７４に対して角度をなして測定装置１０に入射する光線束５０′に起因して、受信エレメント２６の活性面６２の拡散照明が引き起こされる。
【００４７】
図３は、２軸測距装置の視差補償のための本発明の近距離領域エレメントの実施例を示す。図３に示された実施例では、近距離領域エレメント６０は受信光学系３２に対して同心に形成されている。近距離領域エレメント６０はとりわけこの実施形態では、受信光学系と一体形で、たとえばプラスチックから成形される。
【００４８】
受信光学系３２は有利には非球面レンズとして、次のように最適化される。すなわち、光学的に無限に到来する光線束５０の場合に、受信ユニット２６の活性面上のスポットが可能な限り小さくなるように最適化される。このような非球面レンズは、以下の数式で表すことができる：
【数１】
2009508124.tif 000003
【００４９】
ここで"ｄ"は、いわゆる"矢"、すなわちレンズの対称軸とレンズ表面との間の区間の長さを指す。これは図４において、図３の軸ＡＡ′で切断された断面図で示されている。
【００５０】
Ｒ０は曲率半径定数を指し、ｅはレンズ曲率の非球面補正を指し、Ｒは可変半径を指す。
【００５１】
本発明のこの測定装置では、無限に最適化された結像光学系３２と近距離領域エレメントとが１つのエレメント７６に組み合わされており、この実施例では、円対称的な多焦点レンズ７６が形成されている。この多焦点レンズ７６はとりわけ「可変焦点レンズ」として形成されている。
【００５２】
いわゆる「可変焦点」レンズでは、非球面レンズの曲率半径定数Ｒ０は所定の過渡的半径Ｒ１から、変数に置換される。
【００５３】
したがって、本発明による多焦点レンズでは以下の数式が得られる：
Ｒ０＝ａｒ＊Ｒ２＋ｂｒ＊Ｒ＋ｃｒ
ここでは、
ａｒ：変数
ｂｒ＝−２＊ａｒ＊ＲＬ
ｃｒ＝Ｒ０＋ａｒ＊ＲＬ２
である。
【００５４】
したがってこのような多焦点レンズは、非球面の表面曲率を有する中央の第１の領域７８を有し、この領域はとりわけ、非球面のレンズ補正を有する。さらに、この多焦点レンズは次のような第２の領域８０、すなわち、表面曲率が連続的に変化し、ひいては焦点距離も相応に変化する第２の領域８０も有する。
【００５５】
図３および４の実施例では、非球面補正された第１の領域７８は中央に配置されており、近距離領域エレメント６０として使用される多焦点レンズ７６の第２の領域８０は、非球面の第１の領域を環状に包囲する。
【００５６】
このようなレンズ７６は、図４に示されているように、両透過面に適切な曲率を有するか、または片面にのみ有することもできる。本発明によるレンズ７６は、近似的に平凸レンズとして形成することもできる。その際には、とりわけプラスチックレンズの場合、この平凸レンズの近似的に平面の面を固定的な小さい曲率で成形するのが有利である。このような多焦点レンズ７６の作用、とりわけ回転対称的な近距離領域エレメント６０の作用を以下で、図５および６の概略図に基づいて説明する。
【００５７】
図５は、標準レンズを使用する場合の視差を有する光学的システムの受信器平面８２における強度分布を概略的に示す。短い対象物距離の場合、アクティブな検出器面６２に到達する光は非常に少ない。この測定信号は、対象物距離が短くなるほど、結像光学系にますます斜めに入射するので、図５に示されたように、集束された測定信号スポットは検出器表面６２から矢印６４の方向に逸れる。さらに、対象物距離が短いことに起因して、検出器平面８２における測定光線束のフォーカシングは不完全にしかならない。検出器平面における測定光線束の強度分布は、図５において測定光線束６６の異なる密度の斜線によって示されている。受信ユニット２６の活性面６２との強度分布６６のオーバーラップ領域８６でのみ、測定信号は受信ユニット２６によって検出される。
【００５８】
図６に、図５と同様の前提条件で本発明による多焦点レンズ７８を使用した場合の強度分布が示されている。
【００５９】
非球面補正された受信光学系に起因して、受信エレメント２６の受信平面において測定信号束６８は比較的良好にフォーカシングされている。しかし、この強く集束された測定信号は、受信ユニット２６の活性面６２の外側にある。非球面補正された受信光学系３２を中心に同心で形成されている近距離領域エレメント６０は、連続的に変化する表面曲率を有し、これによって、比較的拡がった拡散ゾーン７０が生じる。この拡散ゾーン７０は、受信エレメント２６の活性面６２の隅々に行き渡り、短い対象物距離の領域でも、受信エレメント２６の活性面６２に入射する光が十分になる。したがって、本発明の近距離領域エレメント６０は受信光学系３２とともに、拡散ゾーン７０によって包囲され良好にフォーカシングされた測定光線束６８を形成する。
【００６０】
有利には、本発明による近距離領域エレメント６０は受信光学系３２とともに一体形で、とりわけプラスチックから製造することができる。このような多焦点レンズ７８は、たとえば射出成形工程によって成形することができる。このような成形では、エレメントの対称性によって、とりわけ回転対称性ないしは円対称性によって、従来の近距離領域エレメントで可能であったよりも射出をより正確に行うことができる。このような射出成形工具の使用は、光学的エレメントを単なる回転プロセスだけで簡単に高い精度で製造することができる。
【００６１】
ここで、視差補償のために必要とされるのは、図３において参照番号８４によって示されているように、１つのセグメント状の近距離領域エレメントだけになることがあることを述べておく。この部分エレメント８４は、２軸光学的システムの両光軸７２ないしは７４の接続軸８６に対して対称的に配置されている。しかし、本発明による近距離領域エレメント６０の回転対称的な構成により、このエレメントの製造手段は単純化され、レンズ表面の一部、とりわけ近距離領域エレメントの表面の一部が使用されなくなることを甘受することになる。
【００６２】
このことが必要である場合には、近距離領域エレメントのこのような使用されないままにされる部分を、たとえばマスクによって遮蔽するかないしは被覆することにより、不所望の散乱光成分を抑圧することができる。
【００６３】
本発明による多焦点エレメントによって、受信器と送信器との間に視差を有する光学的システムにおいて、たとえば電気光学的測距装置において、測定すべき対象物と測定装置との距離が短くても、十分な信号を受信ユニットの活性面に偏向することができる。
【００６４】
本発明の測定装置は、各図に示された実施例に限定されない。これは、本発明の可能な実施形態を図解するために使用したに過ぎない。
【００６５】
本発明による測定装置は、反射性の近距離領域エレメントの使用に限定されない。この近距離領域エレメントは、たとえば回折エレメントとして形成するか、または反射性のエレメントと回折エレメントとの組み合わせとして製造することができる。とりわけ、付加的な回折構造を反射性の近距離領域エレメントの表面または内部に形成することもできる。
【００６６】
レンズ７６の反射性の構造に対して付加的に、レンズ、またはたとえば本発明の近距離領域エレメントのみが、図４において近距離領域エレメント６０ないしは８０の領域で破線８８によって概略的に示されているように、回折構造８８を有することもできる。
【００６７】
有利な構成では、近距離領域エレメントのこのような回折構造は、２つの領域が区別されるように形成される。たとえば中央のレンズ領域を環状に包囲する第１のフィールド内に、視差依存性を最適化するために拡散ホログラムを、たとえば平面のレンズ面に設けることができる。それに対して、たとえばレンズの中央フィールドに配置された第２の領域内には回折構造を挿入することができる。この回折構造は、ここにたとえば球面に形成されたレンズ表側のレンズ誤差を光学的に補正するために使用される。このような適切な構造により、第２の領域ではたとえば、レンズの動作波長で、プラスチックの屈折率の温度補償を実現するか、または、たとえば球面収差を有利に抑圧することができる。
【００６８】
近距離領域エレメントの２つの領域において２つの異なる種類の回折構造をレンズに形成することにより、有利には２つの目的を同時に達成することができる。まず、遠距離フィールドに有効な中央のレンズ領域の結像特性を改善することができる。また、レンズの特性を視差問題に関して付加的に最適化することができる。
【００６９】
とりわけ本発明による測定装置は、たとえばレーザ測距装置等の電気光学測距装置に限定されない。本発明による近距離領域エレメントはたとえば、三角測量原理による光学的システムでも、また侵入検知器でも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による測定装置の実施例として非接触式の測距装置を概括的に示す斜視図である。
【図２】図１に示された測距装置の光学的構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明による近距離領域エレメントの実施例を、所属の結像光学系とともに概略的に示す図である。
【図４】平面ＡＡ′に沿って切断された図３の光学的エレメントの断面図である。
【図５】短い対象物距離の場合に測定信号を受信器に集束するために標準レンズを使用する場合の、受信器表面における測定信号分布を示す。
【図６】本発明による近距離領域エレメントを使用する場合の、視差を有する光学的システムの受信器平面における相応の測定信号分布を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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