(57)【要約】  本発明は、非接触式の間隔測定のための測定機器であって、光学的な送光器（２２）を備えた光学的な送光路（１２）と、受光器光学系（２９）および光学的な受光器（３０）を備えた光学的な受光路（１３）と、送光路（１２）および受光路（１３）の前記構成要素を収容する機器モジュール（１１）とが設けられている形式のものに関する。全ての温度範囲にわたって高い測定精度を維持するためには、送光路（１２）と受光路（１３）との光軸（１２１，１３１）の方向での機器モジュール（１１）の、温度により生ぜしめられる湾曲時に、光軸（１２１，１３１）が、同じ量だけ同じ方向に変位させられるように、送光路（１２）と受光路（１３）との構成要素が配置されている。このためには、送光路（１２）と受光路（１３）とが折り曲げられており、これによって、送光器（２２）と受光器（３０）とが、機器モジュール（１１）に位置決めされた平らな固定面、有利には、電子的な構成素子を取り付けるためのプリント配線板に一緒に位置していると有利である。
2005510739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触式の間隔測定のための測定機器、特に手持ち機器であって、光軸（１２１）を有する、構成要素として光学的な送光器（２２）を有する光学的な送光路（１２）と、光軸（１３１）を有する、構成要素として受光器光学系（２９）および光学的な受光器（３０）を有する光学的な受光路（１３）と、送光路（１２）および受光路（１３）の構成要素を収容する機器モジュール（１１）とが設けられている形式のものにおいて、送光路（１２）と受光路（１３）との光軸（１２１，１３１）の方向での機器モジュール（１１）の、温度により生ぜしめられる湾曲時に、光軸（１２１，１３１）が、同じ量だけ同じ方向に変位させられるように、送光路（１２）と受光路（１３）との構成要素が配置されていることを特徴とする、非接触式の間隔測定のための測定機器。
【請求項２】
送光路（１２）と受光路（１３）とが光学的に折り曲げられており、これによって、送光器（２２）と受光器（３０）とが、機器モジュール（１１）に位置決めされた平らな固定面に一緒に位置している、請求項１記載の測定機器。
【請求項３】
機器モジュール（１１）が、光学系支持体（１４）と、該光学系支持体（１４）に固く結合されたプリント配線板（１５）とを有しており、該プリント配線板（１５）が、光学的な送光器（２２）および光学的な受光器（３０）のための固定面を形成しており、送光路（１２）と受光路（１３）との光学的な折曲げのために、それぞれ１つの変向ミラー（２８，３３）が、光学系支持体（１４）に配置されている、請求項２記載の測定機器。
【請求項４】
プリント配線板（１５）が、送光路（１２）と受光路（１３）との光軸（１２１，１３１）を通って延びる平面に対して可能な限り平行に方向付けられている、請求項３記載の測定機器。
【請求項５】
光学的な送光器（２２）と光学的な受光器（３０）とが、プリント配線板（１５）の、光学系支持体（１４）に面した側の内面に送光路（１２）と受光路（１３）との光軸（１２１，１３１）に対して横方向で互いに間隔を置いて配置されている、請求項３または４記載の測定機器。
【請求項６】
変向ミラー（２８，３３）が、光フィルタとして形成されている、請求項３から５までのいずれか１項記載の測定機器。
【請求項７】
光学的な送光器（２２）と光学的な受光器（３０）とが、電子的な構成素子を有しており、該構成素子が、プリント配線板（１５）の、光学系支持体（１４）に面した側の下面に配置されており、プリント配線板（１５）が、外部に対する電気的な遮蔽のための少なくとも１つの遮蔽層を有している、請求項３から６までのいずれか１項記載の測定機器。
【請求項８】
プリント配線板（１５）の遮蔽層が、少なくとも一箇所で光学系支持体（１４）に導電的に接続されている、請求項７記載の測定機器。
【請求項９】
送光路（１２）と受光路（１３）とが、光学系支持体（１４）に形成された通路（１８，２０）と室（１９，２１）とによって互いに分離されている、請求項３から８までのいずれか１項記載の測定機器。
【請求項１０】
通路（１８，２０）の軸線が、送光路（１２）と受光路（１３）との光軸（１２１，１３１）に対して可能な限り平行に方向付けられている、請求項９記載の測定機器。
【請求項１１】
通路（１８，２０）が、端部側でそれぞれ光学的に透明なエレメント（２７，３２）によって閉鎖されている、請求項１０記載の測定機器。
【請求項１２】
光学系支持体（１４）の、送光路（２２）のための通路（１８）を受光路（１３）のための通路（２０）から分離する分離壁（３４）に、閉鎖可能な窓（３５）が設けられており、送光路（１２）のための通路（１８）に逸らせエレメント（３６）が配置されており、該逸らせエレメント（３６）が、送光路（１２）内に内方に旋回可能であり、これによって、逸らせエレメント（３６）に入射した送光光ビームが、窓（３５）を通って受光路（１３）に導入されるようになっている、請求項９から１１までのいずれか１項記載の測定機器。
【請求項１３】
逸らせエレメント（３６）が、送光路（１２）から外方に旋回させられた位置で、分離壁（３４）に設けられた窓（３５）を閉鎖している、請求項１２記載の測定機器。
【請求項１４】
光学的な送光器（２２）が、レーザダイオード（２５）とコリメータレンズ（２６）とを備えたコリメータ（２４）である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の測定機器。
【請求項１５】
光学的な受光器（３０）が、光検出器（３１）である、請求項１から１４までのいずれか１項記載の測定機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、非接触式の間隔測定のための測定機器、特に手持ち機器に関する。
【０００２】
手持ち機器として構想された、距離測定機器とも呼ばれるこのような測定機器は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８０４０５１号明細書またはドイツ連邦共和国特許第１９６５２４３８号明細書に基づき公知である。測定機器は、対象物で反射されかつ測定機器の受光路を介して再び受け止められる光信号または光パルスが送光路から、測定される対象物に放射され、光信号または光パルスの、送光時点と受光時点との間の時間スパンである経過時間が測定されることによって、経過時間測定の原理により作業する。この時間スパンは、光速を考慮して算出されかつディスプレイに表示される距離に対する量である。経過時間は、たとえば送光信号と受光信号との相互関係によって規定することができる。
【０００３】
発明の利点
非接触式の間隔測定のための本発明による測定機器は、構成要素の本発明による配置形式によって、全ての温度範囲にわたって、光学的な送光路によって、測定される対象物に形成された光スポットが光学的な受光路に結像される、すなわち見られることが達成されるという利点を有している。これによって、構成要素を支持する機器モジュールの、温度により生ぜしめられる湾曲が測定過程に影響を与えず、光学的な受光路を介して、光学的な送光路を介して放射された光ビームの、最大限に可能な光度が常に受け止められるので、測定機器の測定感度も全ての温度範囲にわたって維持され続ける。
【０００４】
別の請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した測定機器の有利な構成および改良形が可能となる。
【０００５】
本発明の有利な構成によれば、送光路と受光路とが光学的に折り曲げられており、これによって、送光器と受光器とが、機器モジュールに位置決めされた平らな固定面に一緒に位置している。光学的な両路の折曲げによって、一方では、受光光学系をより短く形成することができ、しかし、他方では、付加的な光学的な構成素子、たとえば受光光学系の効率を著しく低下させる光導波路なしに、送光器と受光器とを共通の固定面に敷設することができる。機器モジュールが温度により湾曲させられると、この機器モジュールに位置決めされた固定面も湾曲させられ、送光器によって形成された、測定対象物における光スポットと測定対象物における受光器の視野とが同じ形式で変位する。したがって、光スポットと視野とは温度変化時にも合同のままである。
【０００６】
本発明の有利な構成によれば、機器モジュールが、光学系支持体と、該光学系支持体に固く結合されたプリント配線板とを有しており、該プリント配線板が、光学的な送光器および光学的な受光器のための固定面を形成している。送光路と受光路との光学的な折曲げは、光学系支持体に配置された変向ミラーによって行われる。送光器と受光器とをその電子的な構成素子を含めて共通のプリント配線板に取り付けることによって、送光器と、受光器と、電子的な構成素子との、製造技術的に簡単な自動化可能なコンタクティングが可能となり、同時に、特に本発明の有利な構成によれば、電子的な構成素子が、プリント配線板の、光学系支持体に面した側の下面に配置されると、外部の環境に対する簡単な遮蔽が可能となる。この場合、このような遮蔽は、有利には多層状に形成されたプリント配線板に設けられた、少なくとも一箇所で光学系支持体に導電的に接続される遮蔽層によって簡単に実現することができる。
【０００７】
本発明の有利な構成によれば、プリント配線板が、送光路と受光路との光軸を通って延びる平面に対して可能な限り平行に延びている。これによって、機器モジュールに存在する構成スペースが最適に使用され、プリント配線板の自由な裏面を構成エレメントおよび表示装置の取付けのために使用することができる。
【０００８】
本発明の有利な構成によれば、変向ミラーが、光フィルタとして設計されており、したがって、測定される対象物で反射された、光学的な受光器によって受け止められる光の帯域幅が制限される。
【０００９】
本発明の有利な構成によれば、送光路と受光路とが、光学系支持体に形成された室と通路とによって互いに分離されており、これによって、一方では、送光ビームの光が受光器に到達せず、他方では、電気的な遮蔽によって、信号のクロストークが送光側でかつ受光側で著しく減少させられる。
【００１０】
本発明の有利な構成によれば、光学系支持体の、送光路のための通路を受光路のための通路から分離する分離壁に、閉鎖可能な窓が設けられている。さらに、送光路のための通路に逸らせエレメントが配置されており、該逸らせエレメントが、送光路内に内方に旋回可能であり、これによって、逸らせエレメントに入射した送光光ビームが、窓を通って受光路に導入されるようになっている。逸らせエレメントが、送光路から外方に旋回させられた位置で、両通路の間の分離壁に設けられた窓を閉鎖していると有利である。この機構は、基準測定の目的のために設けられており、これによって、測定機器を相応に校正することができる。
【００１１】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１２】
図１に斜視的に下面図でかつ図２〜図４に種々異なる断面図で見ることができる、測定機器の完全な組付け後にハウジングによって取り囲まれた機器モジュール１１は、光学的な送光路１２と光学的な受光路１３とを形成するための構成要素を支持している。機器モジュール１１は、光学系支持体１４と、この光学系支持体１４にねじ１６（図３および図４参照）によって固定されたプリント配線板１５とを有している。このプリント配線板１５は、送光路１２および受光路１３の光軸１２１，１３１（図２参照）を通って延びる、図２において紙面に合致する平面に対して可能な限り平行に光学系支持体１４に配置されている。送光路１２と受光路１３とは、光学系支持体１４に形成された通路および室１８，１９，２０，２１によって互いに分離されている。図３には、送光通路１８と、この送光通路１８に対して直角に方向付けられた送光室１９とを見ることができ、図４には、受光通路２０と、この受光通路２０に対して同じく直角に方向付けられた受光室２１とを見ることができる。図２の断面図には、光学系支持体１４に設けられた送光通路１８と受光通路２０との配置形式を見ることができる。
【００１３】
光学的な送光路１２の構成要素は、レーザダイオード２５とコリメータレンズ２６とを備えたコリメータ２４として形成された（図３参照）光学的な送光器２２と、送光通路１８をフロント側で閉鎖する、ガラスから成るカバーディスク２７と、送光通路１８の他方の端部に配置された、光学系支持体１４に位置調整可能に保持された変向ミラー２８とを有している。この変向ミラー２８を介して送光路１２の光軸１２１を位置調整することができる。
【００１４】
光学的な受光路１３の構成要素は、受光器光学系２９と、この受光器光学系２９に後置された受光器３０とを有している。この受光器３０は、ここでは、光検出器３１として形成されている（図４参照）。受光器光学系２９は、受光通路２０をフロント側で閉鎖する、大きな焦点距離を備えた受光器レンズ３２と、受光通路２０の他方の端部に配置された変向ミラー３３とから成っている。この変向ミラー３３は光学系支持体１４に位置調整可能に保持されている。変向ミラー３３を介して、焦点だけでなく、受光路１３の光軸１３１の方向も変えることができると共に位置調整することができる。
【００１５】
コリメータ２４だけでなく、光検出器３１も、プリント配線板１５の、光学系支持体１４に面した側の下面に固定されていて、そこで、送光器２２と受光器３０との、同じくプリント配線板１５の下面に配置された別の電子的な構成素子（図示せず）にコンタクティング（接触接続）されている。外部に対する送光器２２と、受光器３０と、電子的な構成素子との遮蔽は、多層状に形成されたプリント配線板１５に設けられた、少なくとも一箇所で光学系支持体１４に導電的に接続された遮蔽層（図示せず）によって行われる。送光器２２と受光器３０とは、光軸１２１，１３１に対して横方向に密に相並んで間隔を置いて配置されている。この場合、コリメータ２４は送光室１９にかつ光検出器３１は受光室２１に突入しており、したがって、送光器２２と受光器３０とが光学的にかつ電気的に互いに遮蔽されている。送光器２２と受光器３０とのこの配置形式によって、プリント配線板１５と光学系支持体１４との結合により生ぜしめられる、光軸１２１，１３１の方向での光学系支持体１４の湾曲を招く、温度経過時の光学系支持体１４の変形によって、送光路１２と受光路１３との光軸１２１，１３１が同じ量だけ同じ方向に変位させられることが達成される。これによって、変向ミラー２８，３３による送光路１２と受光路１３との１回の位置調整後、送光路１２によって形成された、測定される対象物に対する測定スポットが常に完全に受光路１３内の光検出器３１に結像され続けるので、光学系支持体１４の湾曲は機器の測定精度に影響を与えない。
【００１６】
図２および図３に見ることができるように、送光通路１８を受光通路２０から分離する分離壁３４には窓３５が設けられており、送光通路１８には逸らせエレメント３６が旋回可能に配置されており、これによって、逸らせエレメント３６は、送光通路１８内のビーム路、すなわち送光路１２内に内方に旋回することができ、送光通路１８内のビーム路、すなわち送光路１２から外方に旋回することができる。内方旋回位置では、逸らせエレメント３６が、変向ミラー２８から到来した光ビームを窓３５を通して受光通路２０に向け、そこで、光ビームがリフレクタ３７（図２参照）と変向ミラー３３とを介して光検出器３１に衝突する。外方旋回位置では、逸らせエレメント３６が窓３５を閉鎖している。逸らせエレメント３６の旋回機構は、基準測定を実施するために使用され、これによって、測定機器が校正される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】距離測定機器の送光路と受光路との構成要素を備えた機器モジュールの斜視的な下面図である。
【００１８】
【図２】図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００１９】
【図３】図２に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【００２０】
【図４】図２に示したＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１１  機器モジュール、  １２  送光路、  １３  受光路、  １４  光学系支持体、  １５  プリント配線板、  １６  ねじ、  １８  送光通路、  １９  送光室、  ２０  受光通路、  ２１  受光室、  ２２  送光器、  ２４  コリメータ、  ２５  レーザダイオード、  ２６  コリメータレンズ、  ２７  カバーディスク、  ２８  変向ミラー、  ２９  受光器光学系、  ３０  受光器、  ３１  光検出器、  ３２  受光器レンズ、  ３３  変向ミラー、  ３４  分離壁、  ３５  窓、  ３６  逸らせエレメント、  ３７  リフレクタ、  １２１  光軸、  １３１  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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