用于确定与物体的距离的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定与物体（２０）的距离（ｄ）的装置，包括用于发送发送光束（１８）的光发送器（１２），用于接收在物体（２０）上发送光束（１８）的反射产生的接收光束（２４）的光接收器（１４），以及用于使用发送和接收光束（１８，２４）的行进时间来确定距离（ｄ）的估计单元（１６）。光接收器（１４）包括具有第一镜头元件（６０）和小孔光圈（６４）的接收镜头（５８）。不透光元件（１２）遮蔽接收镜头（５８）的中心部分，使得接收光束（２４）以光环（１０２）的形式入射在小孔光圈（６４）上。第二镜头元件（６２）设置在第一镜头元件（６０）和小孔光圈（６４）之间且具有基本上帽状的横截面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定与物体的距离的装置本专利技术涉及一种用于确定与物体的距离的装置，包括用于发射发射光束的光发射 器，包括用于接收接收光束的光接收器，作为在物体处发射光束的反射的结果出现接收光 束，且包括用于基于发射和接收光束的传播时间确定距离的估计单元，其中光接收器具有 接收光学单元，该接收光学单元包括第一透镜元件和小孔光圈，且其中不透光元件遮蔽接 收光学单元的中心区域，使得接收光束以光环的形式入射在小孔光圈上。从DE 20 2006 005 643 Ul基本上已知该装置，然而该文献没有公开接收光学单 元的任何细节。然而，本专利技术的申请人已销售了 DE 20 2006005 643 Ul中所述的装置，该装 置包括接收光学单元，该接收光学单元包括产品代号LS 840/880的小孔光圈和镜头元件。已知的装置是被设计为三维地测量空间区域和/或物体的所谓激光扫描器。典型 的应用包括测量大工厂的内部，测量如建筑物或船壳的大物体，或法学上测量犯罪现场。已 知的激光扫描器具有可绕垂直轴旋转的测量头。测量头包含具有以45°倾斜的镜的转子， 该镜与光发射器和光接收器相对地设置。光发射器生成发射光束，通过旋转镜的辅助来偏 转该发射光束使得出现垂直扫描扇。通过镜将从物体反射的接收光束转向到光接收器。从 发射和接收光束的传播时间确定测量头和发射光束被反射的物体点之间的距离。测量头绕 垂直轴的旋转使得可以在方位角上旋转(垂直)扫描扇，使得可以实际上测量激光扫描器 附近的整个空间区域。DE 20 2006 005 643 Ul说明了该激光扫描器与图像记录单元的有利组合，图像 记录单元被设计为记录空间区域的彩色图像以补充距离测量值。在该激光扫描器的情况下或在估计发射和接收光束的传播时间的更一般的距离 测量装置的情况下，一个已知问题涉及到基于各个测量距离接收光束可具有的大强度差。 光发射器/光接收器和物体之间的距离越大，接收光束到达光接收器的信号功率越低。为 了使得大测量范围成为可能，光接收器必须能够一方面接收短距离强功率信号，另一方面 处理大距离弱功率接收信号。如果接收功率太高，则光检测器被过驱动，这在极端情况下会 导致光接收器的损坏。即使光接收器没有被毁坏或破坏，在过高的接收信号功率处可靠的 距离确定是不可能的。与之对照，如果接收功率太弱，不再能够从不可避免的干扰如环境和 检测器噪声中区分接收信号。在已知的激光扫描器的情况下，光发射器在接收光学单元之前同轴地放置，且遮 蔽其中心区域。因此，接收光束仅以光环的形式到达接收光学单元，从该光环“切掉”中心 区域。通过镜头元件将该光环成像到小孔光圈。如果成像的光环的直径小于小孔光圈的直 径，则光环完全适合通过小孔光圈。在这种情况下，除了被遮蔽的中心区域以外的整个接收 光束可入射在小孔光圈的下游处设置的光检测器上。然而，如果光环的直径大于小孔光圈 的直径，小孔光圈限制到达光检测器的光的量。由于接收光学单元的成像特性，光环的直径 取决于接收光束覆盖的距离。对于大距离，光环的直径小。光环的直径在短距离的情况下 增加。由于该特性，在光检测器上完全地(除了不透光元件的中心遮蔽)对来自大距离的 接收光束成像，而来自短距离的接收光束仅部分地到达光检测器。这稍微补偿了根据距离 的不同的接收信号功率。然而，已示出该类型的补偿不是最佳的，因为光环可在更短距离的情况下变大，使 得由于中心遮蔽对于任何接收光根本不再可能通过小孔光圈。因此，已知激光扫描器的测 量范围被不利地限于短距离。本专利技术的目的是提供前序中提及类型的装置，使得能够在扩展的测量范围上确定 距离。期望对于短和长距离可以以高准确度确定距离。根据本专利技术的一方面，通过前序中提及的类型的装置实现该目的，其中在横截面 方向上基本上为帽状的第二镜头元件设置在第一镜头元件和小孔光圈之间。因此第二镜头元件是复杂形状的镜头元件。其横截面方向上具有相对较厚的中心 区域和相对较薄的外围区域，在之间设置(优选地弯曲)过渡区域。由于复杂帽形，当考虑 第二镜头元件的横截面方向上的过渡区域比中心区域和外围区域更深。具有向外辐射地变 化陡度、且其中过渡区域在横截面方向上具有显著更高的陡度的镜头具有如下效果入射 在过渡区域中的镜头元件上的光束与入射在镜头元件的中心区域上的光束不同地被折射。 通过该基于位置的行为的辅助，可以将不同的距离的光束偏转到不同的程度。特别地，新颖 的第二镜头元件可确保在已知激光扫描器的情况下几乎被完全抑制的来自较短距离的接 收光束现在可以以一定的光比例通过小孔光圈。因此新颖的装置具有针对较短距离的扩展 测量范围。不透光元件优选地是光发射器的一部分，该光发射器在光接收器前关于光接收器 同轴地设置。该同轴设置使得可以在发射和接收光路径中不需要分束器且因此该新颖装置 可非常有成本效益和紧凑地实现。该新颖装置的测量准确度在整个测量范围中较高。因此充分实现了上述目的。在一个优选配置中，第一镜头元件限定在其设置小孔光圈的焦点。该配置有助于通过避免来自更大距离的接收光束的不利遮蔽而最优化在大距离 情况下的测量范围。在该配置中所有来自大距离的接收光束都聚集到小孔光圈上。在进一步的配置中帽状第二镜头元件具有横截面方向上更厚的中心区域，横截面 方向上更薄的外围区域和连接更厚的中心区域和更薄的外围区域的过渡区域，其中中心区 域在横截面方向上基本上是平面的。优选地，中心区域是精确的平面形且过渡区域以S状 路线(在横截面方向上)邻近中心区域。该配置具有通过中心区域的接收光束保持基本上 或甚至完全不受影响的优点。因此第二镜头元件的影响可被限制到来自较短距离的接收光 束。对于来自较大距离的接收光束，新颖的镜头元件至少基本上没有作用。该配置有利地 有助于针对扩展的测量范围实现最佳接收功率特性。在进一步的配置中，第二镜头元件是具有形成中心区域的通孔的环形镜头。在该配置中，中心区域是设置在镜头元件的中心的“孔”。通过中心区域中的第二 镜头元件的光束不受镜头元件的影响。有利地，在此不发生衰减也不发生折射。在替代配置中，与之对照，第二镜头元件是实心体。在该配置中，中心区域同样地“填充”有透光材料。该配置具有可更容易有成本效 益和更稳定地产生复杂镜头元件的优点。在进一步的配置中，新颖的装置具有不透光材料组成的罩，该罩部分地覆盖过渡 区域且使中心区域不受影响。优选地，该罩还覆盖外围区域。该配置使得能够通过罩而被限制的接收光束的(高)光强度来进一步优化新颖装 置的接收功率特性。另一方面，该罩使得中心区域不受影响，使得来自较远距离的接收光束 仍然保持不被影响。在进一步的配置中，该罩主要地覆盖过渡区域。由于接收光束的光量随着减小的距离非常大地增加，该配置是有利的。通过大面 积罩，可非常容易和有效地限制这种在短距离处较大的增加。在进一步的配置中，该罩具有设置在过渡区域的至少一个有槽孔。罩中的有槽孔使得能够以非常简单和有成本效益的方式实现有效地适应接收光 功率。特别地，通过有槽孔的辅助，可以以有目的的方式“切掉”环状接收光束的部分，从而 将其给送到下游光检测器。如果有槽孔从中心区域行进到外围区域是特别有利的。优选地，有槽孔从中心区 域向外围区域辐射状地行进。作为替代，可设想例如在罩中设置一个或多个圆形缝从而总是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定与物体（２０）的距离（ｄ）的装置，包括用于发射发射光束（１８）的光发射器（１２），包括用于接收接收光束（２４）的光接收器（１４），作为在所述物体（２０）处的发射光束（１８）的反射的结果出现所述接收光束（２４），且包括用于基于所述发射和接收光束（１８，２４）的传播时间来确定距离（ｄ）的估计单元（１６），其中所述光接收器（１４）具有接收光学单元（５８），其包括第一镜头元件（６０）和小孔光圈（６４），且其中不透光元件（１２）遮蔽所述接收光学单元（５８）的中心区域使得所述接收光束（２４）以光环（１０２）的形式入射在小孔光圈（６４）上，其特征在于横截面方向上基本上为帽状的第二镜头元件（６２）设置在所述第一镜头元件（６０）和所述小孔光圈（６４）之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁奥西格，菲利普舒曼，
申请(专利权)人：法罗技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]