专利名称：具有减少的杂散光部分的测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有减少的杂散光部分(reduced share of stray light)的利 用光线进行测量的装置，例如距离测量装置。
背景技术：
众所周知这样的测量装置，其利用光线，例如激光束，来例如测量在测量装置与所 关注的物体之间的距离。在这样的装置中，位于可见光或不可见光区域的光束(例如激光 束)被发送通过透镜阵列(lens array)，被物体反射回的光束部分再次经过透镜阵列并被 该测量装置的探测器接收。该测量装置与物体之间的距离可由接收到的信号推导出，例如 通过从发出的光信号到接收到的光信号的路径时间或相位测量来进行推导。这些已知的利用光束进行测量的装置通常不仅使用光学透镜阵列来发送和接收 例如用于距离测量的光信号，而且还使用透镜阵列作为用于寻找所关注的物体并将装置对 准所关注的物体的光学装置。为此目的，可为使用者配备目镜，或者配备用于在显示器上产 生图像的传感器。从US 2006/0114448可知一种距离测量装置。在这种距离测量装置中，将棱镜接 合到透镜阵列，以将从侧向(laterally)发射的光耦合到光轴中。反射镜(mirror)或棱镜 被设置在光轴上的透镜阵列的中央区域中。从物体反射回的测量光通过透镜阵列进行准 直，并且被导引到探测器，该探测器优选地位于阵列的焦点上。因为从光学角度上来看，探 测器在被耦合的棱镜之后，所以不是所有的从物体反射回的光都能够到达探测器阵列。探 测器只能接收作为可用光的那些从物体反射回的光，所述可用光被入射通过光学透镜阵列 并经过棱镜而到达探测器。由于在透镜阵列的光路上设置有棱镜，并且因为棱镜被设计为较小以允许尽可能 多的测量光入射到接收器，当通过反射镜或棱镜将测量光耦合到光路中时尤其如此，因此 会产生串扰效应，这会降低测量结果的质量。由光束在测量装置中产生的杂散光(stray light)或反射光可被入射在接收器上作为杂散光，并且降低可用光与杂散光的比率。在总体技术发展过程中，期望能够测量与物体之间更大的距离，由此使用具有更 高功率输出的光源。在更高功率级别的情况下，例如在更强的激光的情况下，杂散光也变得 更大，并且测量结果的精确度由可用光与杂散光的比率确定。因此，在这种具有更高功率 级别的装置中，必须扩大动态范围。在测量距离时，会包括杂散光，由此，例如，在使用更高 功率级别的情况下而使可用光经历四倍放大时，杂散光被加强四倍，这不会增大动态范围， 即，从可用光到杂散光的间隔。
发明内容
因此，期望对利用光束进行测量的装置进一步改善动态范围。特别期望在利用 光束进行测量的装置中减少在装置内产生且入射在接收器上的杂散光的部分(share of stray light)。
通过根据本发明的以下(1)、(12)、(23)的特征解决了本发明的该问题。在以下 ⑵-(11)、(13)-(22)中可发现有利的实施方式。(1) 一种利用光线进行测量的装置，包括沿光轴的透镜阵列；棱镜，其被附接到所述透镜之一上并具有斜面，用于将设置在所述光轴的侧向上 的光源的光线耦合到所述光轴上，使得所述光线能够沿所述光轴穿过所述透镜阵列；接收器，其用于接收从物体反射回的光线的部分；以及遮盖器，其用于所述棱镜的至少一个区域，所述遮盖器导引作为朝向所述接收器 的杂散光的光线的部分，其中所述遮盖器被附接在所述棱镜上。(2)根据上述(1)的装置，其中所述遮盖器遮盖所述棱镜的所述斜面上的所述棱 镜的至少一条棱，使得由所述光源发射的光线不入射到所述至少一条棱上。(3)根据上述(1)的装置，其中所述至少一条棱被切角，并且所述遮盖器被附接到 所述棱镜的所述斜面上且遮盖来自于所述棱镜的所述至少一条被切角的棱的杂散光，使得 该杂散光不入射到所述接收器上。(4)根据上述(1)至(3)中至少一项的装置，其中所述遮盖器遮盖在所述透镜之一 与所述棱镜接合处产生的杂散光，使得该杂散光不入射到所述接收器上。(5)根据上述(1)至(4)中至少一项的装置，其中所述遮盖器被设置在所述棱镜 上，并且至少部分地遮盖所述棱镜的侧向表面中的至少两个。(6)根据上述(5)的装置，其中，所述棱镜的被所述遮盖器遮盖的、由所述光源发 射的光线所入射到的侧向表面的遮盖率(covering)小于其他被遮盖的侧向表面的遮盖率。(7)根据上述(5)和(6)中至少一项的装置，其中所述遮盖器的在其遮盖所述棱镜 的至少一个面的位置处的厚度被选择为使得所述遮盖器遮盖来自于所述棱镜的与所述透 镜之一接合处的棱的杂散光。(8)根据上述(5)至(7)中至少一项的装置，其中所述遮盖器的在其遮盖所述棱镜 的至少一个面的位置处的厚度被选择为使得所述遮盖器遮盖来自于所述透镜之一与所述 棱镜接合处的粘合剂沿的杂散光。(9)根据上述(1)至(8)中至少一项的装置，其中所述遮盖器具有非反射性的表面 和未被倒圆的边缘。(10)根据上述(1)至(9)中至少一项的装置，其中所述遮盖器包括所述棱镜的区 域的非反射性涂层。(11)根据上述(1)至(10)中至少一项的装置，其中所述遮盖器伸出到位于与所述 棱镜的所述光轴垂直的横截面之上一伸出长度，并且其中所述伸出长度被选择为使得可用 光与杂散光的比率最大，其中所述可用光为从所述物体反射回的、入射到所述接收器上的 测量光的部分，所述杂散光为被所述棱镜反射或散射的、入射到所述接收器上的测量光的 部分。(12) 一种利用光线进行测量的装置的制造方法，包括沿光轴设置透镜阵列；在所述透镜之一上设置棱镜，其中所述棱镜具有斜面，用于将从位于所述光轴的侧向的光源入射的光线耦合到所述光轴，使得所述光线能够沿所述光轴穿过所述透镜阵 列；设置接收器，用于接收从物体反射回的光线的部分；以及在所述棱镜上，为所述棱镜的使作为朝向所述接收器的杂散光的光线的部分散射 的至少一部分，设置遮盖器，其中所述遮盖器被附接在所述棱镜上。(13)根据上述(12)的制造方法，其中所述遮盖器被附接为使其遮盖所述棱镜的 所述斜面上的所述棱镜的至少一条棱，使得从所述光源发射的光线不入射到所述至少一条 棱上。(14)根据上述(12)的制造方法，其中所述棱镜的至少一条棱被切角，并且所述遮 盖器被设置在所述棱镜的所述斜面上且遮盖来自于所述棱镜的所述至少一条被切角的棱 的杂散光，使得该杂散光不入射到所述接收器上。(15)根据上述(12)至(14)中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器被附接为使 其遮盖在所述透镜之一与所述棱镜附接处产生的杂散光，使得该杂散光不入射到所述接收
-^—111 o o(16)根据上述(12)至(15)中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器被设置在所 述棱镜上，并且至少部分地遮盖所述棱镜的侧向表面中的至少两个。(17)根据上述(16)的制造方法，其中，所述棱镜的被所述遮盖器遮盖的、由所述 光源发射的光线所入射到的侧向表面的遮盖率被选择为小于其他被遮盖的侧向表面的遮盖率。(18)根据上述(16)和(17)中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器的在其遮盖 所述棱镜的至少一个面的位置处的厚度被选择为使得所述遮盖器遮盖来自于所述棱镜的 与所述透镜之一接合处的棱的杂散光。(19)根据上述(16)至(18)中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器的在其遮盖 所述棱镜的至少一个面的位置处的厚度被选择为使得所述遮盖器遮盖来自于所述透镜之 一与所述棱镜接合处的粘合剂沿的杂散光。(20)根据上述(12)至(19)中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器具有非反射 性的表面和未被倒圆的边缘。(21)根据上述(12)至(20)中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器包括所述棱 镜的区域的非反射性涂层。(22)根据上述(12)至(21)中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器被设置为使 其伸出到位于与所述棱镜的所述光轴垂直的横截面之上一伸出长度，并且其中所述伸出长 度被选择为使得可用光与杂散光的比率最大，其中所述可用光为从所述物体反射回的、入 射到所述接收器上的测量光的部分，所述杂散光为被所述棱镜反射或散射的、入射到所述 接收器上的测量光的不希望的部分。(23) 一种测量装置，其具有根据上述(1)-(11)中任一项的利用光线进行测量的
装置o
图1示出了根据本发明实施方式的利用光束进行测量的装置；
图2A和2B示出了根据本发明实施方式的具有用于消除杂散光的遮盖器 (covering device)的棱镜，该棱镜例如可用于如图1所示的装置中；图3示出了根据本发明实施方式的用于利用光线进行测量的装置的棱镜，其具有 遮盖器以消除在棱镜的斜面上的杂散光；图4示出了根据本发明实施方式的用于利用光线进行测量的装置的棱镜，其具有 遮盖器以消除杂散光，该遮盖器具有框架(frame)形状；图5示出了根据本发明实施方式的用于利用光线进行测量的装置的棱镜，其具有 遮盖器以消除杂散光，该遮盖器被设置在棱镜的斜面上；图6A、6B和6C示出了根据本发明实施方式的用于利用光线进行测量的装置的遮 盖器的视图，该遮盖器可在斜面上被安装在棱镜上；以及图7示出了根据本发明的另一实施方式的利用光线进行测量的装置的排列。
具体实施例方式图1示出了根据一种实施方式的利用光线进行测量的装置的示意性设置。通常，例如，该装置可被用于具有望远镜或照相机的测量或勘查设备中作为距离 测量装置。用于测量例如与物体的距离的光被耦合到光轴，并且通过接收器检测并评估 (evaluate)从物体反射回的测量光。然而通常来说，可以在任一光学设备中使用这种装置 以利用光线进行测量，在所述光学设备中使用与光线同轴的光学望远镜进行测量。激光光 源或另一光源可以被用作光源。根据本实施例的利用光线进行测量的装置包括沿光轴110的透镜阵列100，在透 镜之一上设置的具有斜面130的棱镜120，该棱镜120用于将从位于光轴侧向的光源140 入射的光线耦合到光轴110，使得光线沿光轴110穿过透镜阵列100。提供接收器150，其 用于接收由物体反射回的光线部分。此外，根据本发明，为棱镜的至少一个区域提供遮盖器 160，该遮盖器160散射作为杂散光的光线部分。所述杂散光可以是光线的被反射或散射的 部分。因为被反射回的测量光比被发射的测量光小几个数量级，因此必须通过灵敏的装 置来检测所接收的被反射的测量光。这种灵敏的接收装置的一个问题是除了由物体反射回 的可用光之外也被入射在接收器上的杂散光。测量过程的精确度由可用光与杂散光的比率 (即，所接收到的从物体反射的测量光与杂散光的比率)确定。杂散光源不仅是位于装置外 部的光源，而且还在利用光线进行测量的装置内产生杂散光，实际上，尤其通过由光源140 发射的光线的散射或反射产生杂散光。该光线在装置的组件上被反射或散射，并且被直接 或间接地入射到接收器150上，由此增加了杂散光部分。特别地，当通过棱镜120的棱(edge)或者在棱镜120与透镜阵列100的接合处将 光线耦合到光轴时，光线被散射或反射。为了将光线从光源140耦合到光路110，棱镜120 优选地被设置在透镜阵列100的中央区域内，由此位于从物体反射回的光线的路径中。因 此，当将光线耦合到光轴时通过棱镜产生的杂散光是特别不利的，因为杂散光在接收路径 上产生并入射到接收器150上。因此，特别期望减少在棱镜120上将光线耦合到光路110中时的杂散光。例如，可 使用大棱镜，使得光线仅在棱镜的中央区域内入射到斜面130，而不入射到棱上，并由此消除杂散光。然而，较大的棱镜也会遮盖接收路径的较大区域，导致来自接收器的光线减少。 另一种可能是在光源140上提供孔径分隔物(apertured partition)，以减少从光源140发 射的杂散光。然而孔径分隔物会导致使得光线可用性降低的光学效果，另外还会降低测量 光的强度，这显然是不希望的。因此根据本实施例，可提供遮盖器160，其遮盖棱镜120的如下区域，这些区域参 与由于入射的测量光线而产生杂散光。在这一点上，遮盖可意味着，将所述遮盖器设置为使 得光线不入射到棱镜的散射或反射区域，例如棱镜的棱区域，或者将所述遮盖器设置为使 得被棱镜的区域散射的光线不能入射到接收器150。遮盖器不必直接位于棱镜的散射或反 射区域上，而是使得遮盖器位于杂散光在接收器方向上的传播路径中就足够了。图1示出了遮盖器160的一个示意性实例，此处，其遮盖在棱镜的上棱区域中的斜 面130的上部区域。棱镜的斜面130上的上棱部在产生杂散光时是特别不利的，因为棱可 具有倒棱(chamfer)，也就是说，所述棱可能被斜切或者被倒棱，因此会特别地参与杂散光 的产生。然而，这里所描述的实施方式并不仅限于遮盖器160的所示出的形式，如还在其他 实施方式中描述的遮盖器160也可以以各种形式被设置在棱镜的这个位置或另一位置处。有利地，遮盖器160被配置为防止通过从光源140发射的光束产生杂散光，或者防 止通过光线的反射或散射所产生的杂散光入射到接收器150上。然而，同时，遮盖器被设置 为遮盖尽可能少的可用光的部分，即，遮盖从物体反射回的测量光的尽可能少的可用光的 部分，即，防止其入射到接收器150上。因此，当沿光轴方向观察时，遮盖器在棱镜120的横 向表面之上向外扩展的程度较�。沟媒鼋龊苌俚拇┕妇嫡罅�100的可用光被遮盖器所 遮蔽。然而，沿着光轴，遮盖器的扩展可较大，这是因为遮盖器的平行于光轴方向的区域几 乎不遮蔽任何所接收的光线。例如，遮盖器可伸出到棱镜的垂直于光轴的横截面之上，伸出的长度被选择为使 得可周光与杂散光的比率达到最大，所述可用光为测量光的被物体反射回的、入射到接收 器上的部分，杂散光则为测量光的光线被棱镜反射或散射的、入射到接收器上的部分。图1所示的阵列是一实例。本发明具体的利用光线进行测量的装置并不局限于 此。例如，遮盖器160可具有另一形式或处于另一位置。如果通过反射镜或类似装置将所 接收的光导引到接收器时，接收器150可被设置为与图1中的光轴110成一角度。另外，可以提供控制和评估装置(其未在图1中示出)，以对在接收器150处的所 接收的信号进行评估，并且例如计算与物体的距离。因为这样的评估和计算步骤在现有技 术中已是众所周知的，所以此处不需要进一步的解释。另外，可以将控制装置设置为使得该 装置通过透镜阵列聚焦到所关注的物体上。众所周知，例如可以使透镜相对于彼此移动来 实现聚焦。另外，所述装置还可配备有目标搜索装置，其使得用户例如可以利用目镜而使所 述装置通过透镜阵列对准在所关注的物体上，并且适当地聚焦在该物体上。作为替代方案， 也可设置照相机，用于显示被所述装置检测到的景象，并相应地对所关注的物体进行聚焦。 此外，还可设置用于自动跟踪物体的装置，这可通过例如在控制装置内进行的图像处理过 程和被相应地标记或成形的所关注的物体来实现。作为一个实例，在图1中，将光源140设置为垂直于所述装置的光轴。在图1中很 明显地，为了耦合由光源140发射的光线，该棱镜因此具有倾斜45°的斜面130。然而，可替代地，光源140也可不被设置为垂直于光轴110，并且棱镜也可具有斜面130，该斜面130 具有不同的倾斜，以便将从光源发射的光线耦合到光轴。透镜阵列100、棱镜120、光源140和接收器150从现有技术中是已知的，此处不需
要进一步解释。根据图1的利用光线进行测量的装置的一种制造方法包括沿光轴110设置透 镜100 ；在透镜之一上设置棱镜120，其中棱镜具有斜面130，以便将从位于光轴侧向的光源 140入射的光线耦合到光轴110上，使得光线可以沿光轴110穿过透镜阵列100 ；设置接收 器150，用于接收被物体反射回的光线部分；以及在棱镜上，为棱镜的将作为杂散光的光线 部分散射或反射到接收器的至少一个区域，设置遮盖器160，。图2A和2B示出了用于图1中的利用光线进行测量的布置的棱镜的实施方式。如图2A所示，这里，棱镜120具有斜面130，以将来自光源140的测量光耦合到例 如图1中所示的光路中。在制造根据本发明的利用光线进行测量的装置中的棱镜时，如图 2A所示，通常使与棱镜120的表面形成一锐角的斜面的棱131被倒棱或斜切，以防止在切割 或掩模工艺期间在该棱区域中形成碎片和粗糙不平。来自光源(例如图1所示的光源140)的光线沿图2A中的方向201入射到斜面130 上，并且，由于斜面的45°倾斜，该光线被沿着方向202耦合到光轴上。然而，沿方向201从 光源入射到斜面130的部分光线从被切角的棱(canted edge) 131被反射或散射，并利用直 接路径到达装置内部，即，不经由物体，到达图1中所示的接收器150。为防止来自光源的光 线照射到被切角的棱131上，将遮盖器160-1附接(attach)在被切角的棱131上，这防止 了从光源发射的测量光(如箭头203所示)直接入射到棱131上。通常来说，对于该实施 方式，在棱镜斜面上遮盖棱镜的至少一个棱，使得由光源发射的光线不会入射到所述至少 一个棱上。优选地，遮盖器160-1具有抗反射涂层或者由抗反射的材料制成且具有未被倒圆 (round off)的边缘区域，以便使得其自身尽可能少地产生杂散光。如图2A所示，遮盖器 160-1位于与棱镜120的上表面210所在的平面相同的平面中，或被设置为与棱镜120的上 表面210所在的平面平行。然而，该遮盖器160-1也可以相对于棱镜120的上表面210倾 斜，例如其中所述棱远离棱镜而朝上。可替代地，遮盖器可以包括在棱镜的部分上的非反射涂层。遮盖器160-1可以被胶粘到棱镜120上的上表面区域210，或用侧向的盖板 (strap)安装或附接到棱镜上。有利地，例如如图1所示的棱镜120等的整个利用光线进行测量的装置可以以常 规的方式被制造。进一步的处理步骤仅仅是将遮盖器160或160-1附接到棱镜120上，这 样可使得棱镜120不必被订制为具有附加的修改。图2B示出了例如图1中的棱镜120的另一实施方式，以防止通过来自光源(例如 图1中的光源140)的入射测量光产生杂散光。光源在图2B中并未被示出，但可被设置为如 图2A中所示。根据图2B，与图2A中所示的遮盖器160-1相似地，现在提供遮盖器160-2， 其具有位于透镜阵列的方向上的被倒圆的边缘。由于光源(例如激光光源)的光线具有圆 形或椭圆形的横截面，所以图2B中所示形状的遮盖器160-2可以防止该光线被遮盖器过度 遮蔽而不能被完全地耦合到光路中。在图2B中用参考标记220示例出了来自光源140的光线(例如激光)的一种可能的入射区域。并且，遮盖器160-2防止来自光源140的光线直接入射到棱131上。遮盖器160_2 的其他的特征可与遮盖器160-1相类似。图3示出了用于减少或消除杂散光的遮盖器的另一实施方式，例如用于根据图1 所示的利用测量光进行测量的装置。图3示出了遮盖器的一种可能实施方式160-3，其被附 接在棱镜120的斜面130的区域中。优选地，遮盖器160-3伸出到棱镜的被切角的棱131 之外，伸出的程度使得可能形成在棱131处的杂散光或反射回的测量光不能直接照射在接 收器上。例如，遮盖器160-3的边缘160-31可位于由棱镜120的上表面210所形成的平面 中，从而来自透镜阵列的、经过棱镜120的测量光不会被阻止入射到接收器上。—般来说，利用该实施方式，棱镜的至少一条棱被切角，并且将遮盖器附接在棱镜 的斜面上，以便在棱镜的斜面上遮盖来自于棱镜中的至少一条被切角度棱的杂散光，使得 来自于该棱的杂散光不会入射到接收器上。例如，遮盖器160-3可被胶粘在斜面130上并且部分地覆盖所述斜面130，如图3 所示。可替代地，遮盖器160-3也可覆盖整个斜面130。遮盖器160-3的其他特性相应于图 2A和2B中的遮盖器的特性。图4示出了用于为棱镜(例如图1中的棱镜120)消除杂散光的遮盖器的另一实 施方式。在所述装置(例如图1中的装置)的制造过程中，棱镜120通常被胶粘到透镜阵 列100上。依赖于制造方法，在棱镜的表面220的区域中，少量粘合剂被压挤出其中棱镜邻 接透镜阵列的区域并形成粘合剂沿(adhesive bead)，即使棱镜的前侧被切角时也是如此。如上所述，由于棱镜的斜面130，测量光被耦合到光路中。利用该设置，部分测量光 也会在棱134区域中入射到上述突出的粘合剂或粘合剂沿上，并在那里被反射或散射。来 自于棱镜和透镜阵列的这些区域的杂散光在接收器(例如图1中的接收器150)的方向上 被反射或散射，从而降低了所述装置的性能。为了遮蔽例如这种类型的杂散光，根据图4中的实施方式，设置遮盖器160-4，其 以框架的形状包围棱镜120。因为在粘合剂的位置处产生的杂散光在接收器的方向上在 棱镜的表面区域中被导引到棱镜外部，因此遮盖器160-4可以防止该杂散光入射到接收器 (例如图1中的接收器150)上。优选地，垂直于图1中的光轴110的遮盖器160-4具有凹 口(recess)，该凹口遮盖来自于棱镜120和透镜阵列100接合的区域的杂散光，但被物体反 射且穿过透镜阵列100的可用光仅被遮蔽很少一部分。—般来说，利用该实施方式，遮盖器遮盖在棱镜与透镜接合的位置处产生的杂散 光，使得杂散光不会入射到接收器上。遮盖器的在其遮盖棱镜的至少一面的位置处的厚度 被选择为使得遮盖器遮盖来自于棱镜的与透镜之一的接合处的棱镜的一条棱的杂散光。另 外，遮盖器的在其遮盖棱镜至少一面的位置处的厚度可被选择为使得遮盖器遮盖来自于棱 镜与透镜之一接合处的粘合剂沿的杂散光。另外，遮盖器160-4可被设置为尽可能有效地防止杂散光在棱镜与透镜阵列的接 合区域的紧邻区域中的传播，或者也防止其在杂散光到接收器150的路径中的其他位置处 的传播。优选地，遮盖器160-4被优化为使得可用光与杂散光的比率最大。换句话说，遮盖器160-4被如此设置并具有这样的尺寸，以便从所关注的物体上反射回的且入射到接收器 150上的可用光与在所述装置自身的区域中产生的且入射到接收器150上的杂散光的比率 最大化。换句话说，在该实施方式中，遮盖器可以以一伸出长度而伸出到位于与棱镜光轴 垂直的横截面之上，该伸出长度被选择为使得可用光与杂散光的比率最大化。所述可用光 为从物体反射的、入射到接收器上的测量光的部分，而所述杂散光则为从棱镜反射或散射 的、入射到接收器上的光线的部分。图5示出了遮盖器的另一实施方式，用于在例如图1所示装置的棱镜120处产生 的杂散光入射到接收器150上。图5所示的遮盖器，即遮盖器160-5，被附接在棱镜的斜面130的区域中，并且被因 此设置为防止在斜面上的被切角的棱131的区域中产生的杂散光入射到接收器上，并且防 止在棱镜120与透镜阵列100接合处产生的杂散光入射到接收器150上。因此，优选地，遮盖器160-5的尺寸被设定为使得遮盖器160-5在斜面130的一个 边伸出，但优选地在斜面130的每一边伸出到斜面之上，实际上，其也被设置为，在被切角 的棱131的区域中，遮盖器160-5伸出到棱镜120的上侧的假想延长面之外。通过所述设置，遮蔽了在被切角的棱131上形成的杂散光，并且还同样有效地遮 蔽了在棱镜与透镜阵列接合处所产生的、在接收器的方向上在棱镜表面附近行进的杂散 光。与先前在图4的设置中一样地，遮盖器160-5的伸出到棱镜的侧向表面之上或伸 出到棱镜的侧向表面210的延长面之上的伸出长度为这样的类型，其使得入射到接收器上 的可用光与杂散光的比率最大化。图6A、6B和6C示出了图1所示的遮盖器160的另一实施方式。图6A示出了遮盖 器160-6的侧视图。图6B示出了该遮盖器的顶视图，图6C示出了该遮盖器的斜视图。图6A、6B和6C所示的遮盖器160_6为其一面敞开的盒状，并且可被设置在棱镜 120的斜面130上，并且至少部分地遮盖棱镜的侧向表面中的至少两个。为此，该遮盖器具有后表面610，其邻接棱镜的斜面130 ；侧向表面630，其邻接棱 镜的表面210 ；侧向表面640，其邻接棱镜的与表面210相对的侧面；以及侧向表面620和 650，其同样邻接棱镜120的侧向表面。 如图6B所示，侧向表面630具有被倒圆的凹口，如参考图2B已描述的，该凹口尽 可能少地阻挡横截面为圆形或椭圆形截面的光线。然而，可替代地，如图2A所示，被倒圆的 凹口的表面630可具有直的边缘。这种直边缘的实例在图6B中用631来标记。优选地，侧 向表面630的尺寸被设定为使得在来自光源140的光线的方向上观察时，侧向表面630仅 仅遮盖被切角的棱131或者比被切角的棱131稍大，因此不会或仅仅稍微地处于棱镜的侧 向表面210之上，从而不会处于光束的传播路径中。相比较而言，侧面620、640或650则可 进一步伸出到棱镜的特定侧向表面之上，因为它们不在光线传播的区域中。
优选地，遮盖器160-6的侧向表面和后表面610所具有的形状使得该遮盖器可以 被设置在棱镜上的斜面130区域中，并且该遮盖器具有与棱镜的夹紧接触，使得该遮盖器 即使在经受振动时也不能自己从棱镜松脱。可替代地或额外地，该遮盖器还可以被胶粘到 棱镜120。
图7示出了利用光线进行测量的装置的另一实施方式。根据图7的装置示出了具有透镜701a和701b的透镜阵列701，透镜701a和701b 限定了光轴700。在光轴700上设置有聚焦透镜704和十字瞄准线705。从现有技术可知，聚焦透镜704是可移动的，以便将入射光聚焦到十字瞄准线705 上。可通过目镜706观察图像。对于透镜，优选地在透镜701b的内部区域中，提供棱镜 120，其中反射表面703位于光轴700上。棱镜702的表面703可具有分光涂层(dichroic coating)。棱镜702用于反射来自于发射器711和712 (例如激光发射器或激光发射二极 管)的光线XI和X 2，以提供光传播路径。该光被向外导引通过在目标透镜的方向上的透 镜阵列701。该棱镜具有倾斜45°的侧向表面，因而导致光线入1和入2的入射光的90°偏 转。光线到达与光轴垂直的棱镜，并由此被耦合到光轴中。如图1中已述的，这简化了设置， 但这并不是必需的，对于光线XI和X 2，除了直角之外的其他设置也是可能的。如图所示，两光线人1和人2从透镜阵列701同轴射出。因此，发射器被设置为使 得光线XI和X 2各自在反射镜713和714上被反射，从而以这种方式被反射的光线形成 入射到棱镜702上的同轴光线。从物体反射的光到达透镜阵列701作为这样的光线，该光线由传输波长组成且通 常被扩展为使得其可覆盖整个透镜区域。应理解，棱镜702对于透镜阵列701的整个区域 来说是较小的，因此仅仅覆盖相对小部分的反射光。从光轴方向来看，棱镜702可具有长方形或正方形横截面。然而，棱镜的横截面也 可以不具有径向对称性，以减少对从物体反射回的光的部分的遮盖。两个分光板721和722以倾斜的方式和方法被设置在棱镜702与十字瞄准线705 之间的光轴700上的反射光线中。在这方面，“倾斜的”意味着分光板721和722不是被垂 直于光轴设置的。这样，波长为XI的光线的一部分在第一倾斜板721处被反射在反射镜 731的方向上，所述反射镜731进而将该光线反射到探测器741的方向上。以相同的方式， 波长为、2的另一部分光线穿过第一板721并入射到第二倾斜板722上，并在这里被反射 到第二反射镜732的方向上，该反射镜732进而将该光线反射到探测器742的方向上。两 个接收器或探测器741和742被设置在光路709之外，该光路是通过透镜701形成的。在本实施例中，可以将附加的发射器715设置为垂直于光轴，并且该发射器可发 射波长为\ 3。具有波长\ 3的该光线可以例如被用来发射可见光线，以使该装置与目标对 准。从现有技术可知，为了推导出例如所测量到的与物体的距离，可对由接收器741 和742从物体检测到的反射光进行评估。在本实施方式中，如同参考前面的一个或多个附图进行的描述，对图7中的棱镜 702进行配置。作为一个实例，在图7中示出了遮盖器760。制造利用光线进行测量的装置的方法可包括沿光轴设置透镜；在透镜之一上设 置棱镜，其中所述棱镜具有斜面，用于将来自位于光轴侧向的光源的光线耦合到光轴中，使 得光线可沿光轴穿过透镜阵列；设置接收器，用于接收从物体反射回的光线的部分；以及 在棱镜上，为棱镜的使作为杂散光的光线部分散射或反射到接收器的至少一个区域，设置遮盖器。
遮盖器可被附接为使其遮盖棱镜的位于棱镜斜面上的至少一条棱，使得由光源发 出的光线不会入射到所述至少一条棱上。另外，根据该制造方法，可对棱镜的至少一条棱切角，并且可将遮盖器附接到棱镜 斜面上且遮盖来自于棱镜的位于棱镜斜面上的至少一个被切角的棱的杂散光，使得来自于 该棱的杂散光不会入射到接收器上。另外，遮盖器可被附接为使其遮盖在透镜之一与棱镜接合处产生的杂散光，从而 杂散光不会入射到接收器上。遮盖器可在制造期间的任何时刻被设置在棱镜上，并且至少部分地遮盖棱镜的至 少两个侧向表面。遮盖器可被选择为使得棱镜的被从光源发射的光线入射到的侧向表面的遮盖率 (coverage)低于其他被遮盖的侧向表面的遮盖率。另外，遮盖器的在其遮盖棱镜的至少一个面的位置处的厚度可被选择为使得遮盖 器遮盖来自于棱镜与透镜之一的接合处的棱镜的棱的杂散光。遮盖器的在其遮盖棱镜的至少一个面的位置处的厚度可被选择为使得遮盖器遮 盖来自于棱镜与透镜之一的接合处的粘合剂沿的杂散光。最后，遮盖器的尺寸还可被设定为使遮盖器伸出到与棱镜光轴垂直的横截面之上 一伸出长度。超出量可被选择为使得可用光与杂散光的比率最大。所述可用光为从物体反 射回的、入射到接收器上的测量光的部分，杂散光则为从棱镜反射或散射的、入射到接收器 上的不希望的入射到接收器上的测量光的部分。根据上述实施方式的制造方法，遮盖器可在合适的时间被附接，或者可以通过附 接制造后的遮盖器来改进现有的测量装置。
权利要求
一种利用光线进行测量的装置，包括沿光轴(110)的透镜阵列(100)；棱镜(120)，其被附接到所述透镜之一上并具有斜面(130)，用于将设置在所述光轴的侧向上的光源(140)的光线耦合到所述光轴(110)上，使得所述光线能够沿所述光轴(110)穿过所述透镜阵列(100)；接收器(150)，其用于接收从物体反射回的光线的部分；以及遮盖器(160)，其用于所述棱镜的至少一个区域，所述遮盖器导引作为朝向所述接收器的杂散光的光线的部分，其中所述遮盖器被附接在所述棱镜上。
2.根据权利要求1的装置，其中所述遮盖器遮盖所述棱镜的所述斜面上的所述棱镜的 至少一条棱，使得由所述光源发射的光线不入射到所述至少一条棱上。
3.根据权利要求1的装置，其中所述至少一条棱被切角，并且所述遮盖器被附接到所 述棱镜的所述斜面上且遮盖来自于所述棱镜的所述至少一条被切角的棱的杂散光，使得该 杂散光不入射到所述接收器上。
4.根据权利要求1至3中至少一项的装置，其中所述遮盖器遮盖在所述透镜之一与所 述棱镜接合处产生的杂散光，使得该杂散光不入射到所述接收器上。
5.根据权利要求1至4中至少一项的装置，其中所述遮盖器被设置在所述棱镜上，并且 至少部分地遮盖所述棱镜的侧向表面中的至少两个。
6.根据权利要求5的装置，其中，所述棱镜的被所述遮盖器遮盖的、由所述光源发射的 光线所入射到的侧向表面的遮盖率小于其他被遮盖的侧向表面的遮盖率。
7.根据权利要求5和6中至少一项的装置，其中所述遮盖器的在其遮盖所述棱镜的至 少一个面的位置处的厚度被选择为使得所述遮盖器遮盖来自于所述棱镜的与所述透镜之 一接合处的棱的杂散光。
8.根据权利要求5至7中至少一项的装置，其中所述遮盖器的在其遮盖所述棱镜的至 少一个面的位置处的厚度被选择为使得所述遮盖器遮盖来自于所述透镜之一与所述棱镜 接合处的粘合剂沿的杂散光。
9.根据权利要求1至8中至少一项的装置，其中所述遮盖器具有非反射性的表面和未 被倒圆的边缘。
10.根据权利要求1至9中至少一项的装置，其中所述遮盖器包括所述棱镜的区域的非 反射性涂层。
11.根据权利要求1至10中至少一项的装置，其中所述遮盖器伸出到位于与所述棱镜 的所述光轴垂直的横截面之上一伸出长度，并且其中所述伸出长度被选择为使得可用光与 杂散光的比率最大，其中所述可用光为从所述物体反射回的、入射到所述接收器上的测量 光的部分，所述杂散光为被所述棱镜反射或散射的、入射到所述接收器上的测量光的部分。
12. 一种利用光线进行测量的装置的制造方法，包括沿光轴(110)设置透镜阵列(100)；在所述透镜之一上设置棱镜(120)，其中所述棱镜具有斜面(130)，用于将从位于所述 光轴的侧向的光源(140)入射的光线耦合到所述光轴(110)，使得所述光线能够沿所述光 轴(110)穿过所述透镜阵列(100)；设置接收器(150)，用于接收从物体反射回的光线的部分；以及在所述棱镜上，为所述棱镜的使作为朝向所述接收器的杂散光的光线的部分散射的至 少一部分，设置遮盖器(160)，其中所述遮盖器被附接在所述棱镜上。
13.根据权利要求12的制造方法，其中所述遮盖器被附接为使其遮盖所述棱镜的所 述斜面上的所述棱镜的至少一条棱，使得从所述光源发射的光线不入射到所述至少一条棱上。
14.根据权利要求12的制造方法，其中所述棱镜的至少一条棱被切角，并且所述遮盖 器被设置在所述棱镜的所述斜面上且遮盖来自于所述棱镜的所述至少一条被切角的棱的 杂散光，使得该杂散光不入射到所述接收器上。
15.根据权利要求12至14中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器被附接为使其遮盖 在所述透镜之一与所述棱镜附接处产生的杂散光，使得该杂散光不入射到所述接收器上。。
16.根据权利要求12至15中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器被设置在所述棱镜 上，并且至少部分地遮盖所述棱镜的侧向表面中的至少两个。
17.根据权利要求16的制造方法，其中，所述棱镜的被所述遮盖器遮盖的、由所述光源 发射的光线所入射到的侧向表面的遮盖率被选择为小于其他被遮盖的侧向表面的遮盖率。
18.根据权利要求16和17中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器的在其遮盖所述棱 镜的至少一个面的位置处的厚度被选择为使得所述遮盖器遮盖来自于所述棱镜的与所述 透镜之一接合处的棱的杂散光。
19.根据权利要求16至18中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器的在其遮盖所述棱 镜的至少一个面的位置处的厚度被选择为使得所述遮盖器遮盖来自于所述透镜之一与所 述棱镜接合处的粘合剂沿的杂散光。
20.根据权利要求12至19中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器具有非反射性的表 面和未被倒圆的边缘。
21.根据权利要求12至20中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器包括所述棱镜的区 域的非反射性涂层。
22.根据权利要求12至21中至少一项的制造方法，其中所述遮盖器被设置为使其伸出 到位于与所述棱镜的所述光轴垂直的横截面之上一伸出长度，并且其中所述伸出长度被选 择为使得可用光与杂散光的比率最大，其中所述可用光为从所述物体反射回的、入射到所 述接收器上的测量光的部分，所述杂散光为被所述棱镜反射或散射的、入射到所述接收器 上的测量光的不希望的部分。
23.一种测量装置，其具有根据权利要求1-11中任一项的利用光线进行测量的装置。
全文摘要
本发明涉及一种具有减少的杂散光部分的测量装置。一种利用光线进行测量的装置被配备有用于减少杂散光的遮盖器。所述装置包括沿光轴的透镜阵列(100)；棱镜，其被附接到所述透镜之一上并具有斜面，用于将从设置在所述光轴的侧向上的光源入射的光线耦合到所述光轴上，使得所述光线能够沿所述光轴穿过所述透镜阵列；接收器，其用于接收从物体反射回的光线的部分；以及遮盖器，其用于所述棱镜的至少一个区域，所述遮盖器散射作为朝向所述接收器的杂散光的光线的部分。
文档编号G01S7/481GK101995568SQ20101026327
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者H·古灵, M·弗格尔 申请人:特里伯耶拿有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
