Портативный лазерный дальномер и способ его изготовления
Портативный лазерный дальномер (10) для бесконтактного измерения расстояний, имеющий оптический излучающий тракт (28) по меньшей мере с одним оптическим излучателем (20) для посылки измерительного сигнала, приемный тракт (29) по меньшей мере с одной приемной оптической системой для фокусирования измерительного сигнала в направлении на приемник (26), а также держатель (40) оптической системы для размещения компонентов излучающего и приемного тракта. Предлагается изготавливать держатель (40) оптической системы из пластмассы. Объектом изобретения является также способ изготовления такого портативного лазерного дальномера. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений и повышенную механическую и термическую устойчивость. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к портативному лазерному дальномеру и способу его изготовления.
Уровень техники
Электрооптические измерительные приборы, имеющие оптический излучающий тракт по меньшей мере с одним оптическим излучателем и оптический приемный тракт по меньшей мере с одним оптическим приемником, требуют высокой степени механической и тепловой стабильности, которая необходима для обеспечения неизменного однажды настроенного относительного положения оптических осей, например, излучающего и приемного трактов.
Из публикации DE 19804050 А1 известно устройство для оптического измерения расстояний, в котором излучатель, приемная оптическая система и преобразователь измерительного сигнала образуют общий модуль, размещенный в корпусе прибора для измерения расстояний. Этот модуль включает в себя держатель, выполненный из цинка литьем под давлением. Держатель измерительного прибора по DE 19804050 А1 выполнен преимущественно из пластин и на стороне, обращенной к объекту измерения, имеет рамку, которая двумя боковыми ребрами опирается на проем держателя. Выходной канал оптического устройства этого прибора для измерения расстояний жестко смонтирован на держателе. Для этого на выходном канале предусмотрены лапки, посредством которых он может привинчиваться к держателю. Выходной канал, который выполнен из пластмассы, на своей наружной стенке имеет приспособление для установки электрооптического преобразователя.
Из публикации DE 10157378 А1 известен измерительный прибор, имеющий оптический излучающий тракт и оптический приемный тракт с приемной оптической системой и оптическим приемником, а также приборный модуль для размещения компонентов этого приемоизлучающего модуля. Для обеспечения высокой точности измерения во всем диапазоне температур компоненты излучающего и приемного тракта размещены таким образом, чтобы в случае обусловленного температурой искривления приборного модуля оптические оси излучающего и приемного трактов отклонялись на одинаковую величину в одном и том же направлении.
Раскрытие изобретения
Предлагаемый в изобретении портативный лазерный дальномер для бесконтактного измерения расстояний имеет оптический излучающий тракт по меньшей мере с одним оптическим излучателем для посылки измерительного сигнала и приемный тракт по меньшей мере с одной приемной оптической системой для фокусирования измерительного сигнала в направлении на приемник. Кроме того, портативный лазерный дальномер снабжен держателем оптической системы для размещения для размещения компонентов излучающего и приемного тракта. При этом держатель оптической системы предлагаемого в изобретении лазерного дальномера выполнен из пластмассы, что дает следующие преимущества.
Выполнение держателя оптической системы из пластмассы позволяет изготавливать подобный держатель с малыми допусками, что позволяет не подвергать детали, например детали, изготовленные литьем под давлением, дополнительной обработке резанием, зачастую необходимой в случае металлических держателей. Кроме того, детали, изготовленные литьем под давлением, используемые в известных из уровня техники приборах, имеют более или менее металлически блестящую поверхность, что, как правило, делает необходимым использование отдельной пластмассовой воронки во избежание вторичных отражений, например между приемной линзой и собственно приемником.
Сформованный из пластмассы держатель оптической системы можно легко окрасить в любой цвет, чтобы заранее исключить такие отражения.
Предпочтительно держатель оптической системы дополнительно служит электроизолирующим элементом, поэтому, например, при установке и закреплении печатной платы с электронными компонентами лазерного дальномера надежно обеспечена защита от коротких замыканий. Это в предлагаемом в изобретении лазерном дальномере позволяет значительно уменьшить безопасные расстояния, например между держателем оптической системы и печатной платой, на которой размещены важные электронные компоненты лазерного дальномера. По причине электрической проводимости металлических держателей оптических систем, распространенных в известных из уровня техники приборах, до настоящего времени приходилось увеличивать безопасные расстояния или использовать средства изоляции при креплении такой печатной платы на держателе оптического устройства, чтобы надежно исключить короткие замыкания.
Кроме того, пластмассовый держатель оптической системы согласно изобретению позволяет легко выполнять защелки непосредственно на держателе, что упрощает и удешевляет монтаж в нем и на нем других деталей.
Признаки, приведенные в зависимых пунктах формулы изобретения, раскрывают предпочтительные и усовершенствованные варианты исполнения предлагаемого в изобретении лазерного дальномер.
Предпочтительно, чтобы держатель оптической системы предлагаемого в изобретении лазерного дальномера был выполнен цельным. Например, такой лазерный дальномер может иметь держатель оптической системы, изготовленный из пластмассы непосредственно литьем под давлением. При этом средства крепления оптических и электронных компонентов могут формоваться вместе с держателем.
В частности, за одно целое с держателем оптической системы может быть выполнена структура жесткости, т.е. повышающая жесткость структура, например сотовая структура.
При этом предпочтительно, чтобы структура жесткости была выполнена на стороне держателя оптической системы, противоположной присоединяемой печатной плате. Таким образом, структура жесткости обеспечивает повышенную стабильность на одной плоской стороне держателя оптической системы, тогда как соединенная с держателем оптической системы, например винтами, печатная плата придает повышенную стабильность пластмассовой детали на противоположной плоской стороне.
В предпочтительном варианте исполнения предлагаемого в изобретении лазерного дальномера за одно целое с держателем оптической системы может быть выполнен тубус, расположенный, например, между приемной линзой лазерного дальномера и приемником лазерного дальномера. Такой тубус предпочтительно изготавливать непосредственно из того же материала, что и держатель оптической системы.
Кроме того, в предпочтительном варианте за одно целое с держателем оптической системы может быть выполнено приспособление для крепления приемной линзы, и/или приспособление для крепления оптического фильтрующего элемента, и/или приспособление для крепления дисплея. Такие приспособления включают в себя опорные точки или точки контакта присоединяемых электрооптических компонентов лазерного дальномера с держателем оптической системы. Например, можно предусмотреть направляющую для точной установки печатной платы с электронными компонентами, в частности электрооптическим приемником, непосредственно на держателе оптической системы, что позволяло бы точно устанавливать печатную плату и соединенный с ней электрооптический приемник в фокальной точке приемной линзы.
Предлагаемый в изобретении пластмассовый держатель оптической системы позволяет успешно реализовать компактный и недорогой портативный лазерный дальномер.
Объектом изобретения является также способ изготовления предлагаемого в изобретении портативного лазерного дальномера для бесконтактного измерения расстояний, характеризующийся тем, что держатель оптической системы дальномера формуют из пластмассы методом литья под давлением, и сначала с держателем оптической системы соединяют по меньшей мере один носитель электронных компонентов, прежде всего электрическую печатную плату, а затем их вместе вставляют в корпус лазерного дальномера.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества изобретения вытекают из последующего описания чертежей. На этих чертежах представлены различные варианты осуществления изобретения. На чертежах, в описании изобретения и в формуле изобретения различные его отличительные особенности представлены в тех или иных конкретных сочетаниях между собой. Очевидно, однако, что все такие отличительные особенности изобретения можно рассматривать и по отдельности, а также их можно комбинировать между собой в иных, технически реализуемых сочетаниях. На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:
на фиг.1 - общий вид в аксонометрии электрооптического дальномера с излучающим блоком и приемным блоком,
на фиг.2 - вид в аксонометрии варианта исполнения предлагаемого в изобретении держателя оптической системы,
на фиг.3 - вид держателя оптической системы, показанного на фиг.2, в противоположном направлении,
на фиг.4 - соответствующий вид предлагаемого в изобретении держателя оптической системы снизу.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан портативный лазерный дальномер 10. Он имеет корпус 12, органы 14 управления для включения и выключения дальномера 10, а также для запуска и настройки процесса измерения. Наряду с органами 14 управления лазерный дальномер имеет дисплей 16 для воспроизведения результатов измерения и данных о состоянии дальномера. Внутри корпуса 12 лазерного дальномера 10 на носителе электронных компонентов, например печатной плате 18, размещены выполненный в виде лазерного диода излучающий блок 20 для генерирования посылаемого оптического сигнала и электронные компоненты блока обработки сигналов. Носитель 18 электронных компонентов с помощью средств крепления, например винтов, закреплен на пластмассовом держателе оптической системы. Пластмассовый держатель оптической системы имеет канал 22 для прохода света, отклоняющий блок 24 для отклонения посылаемого измерительного сигнала и приемную оптическую систему для фокусирования составляющих измерительного сигнала на приемный блок 26. Излучающий блок 20, канал 22 для прохода света, отклоняющий блок 24 и путь 34 прохождения опорного сигнала показаны на фиг.1 лишь схематически.
Для измерения расстояния между дальномером 10 и удаленным предметом при работе лазерного дальномера излучающий блок 20 посылает по излучающему тракту 28 измерительный сигнал. Посылаемое измерительное излучение выходит из лазерного дальномера через окно 30 в корпусе 12 лазерного дальномера. Отраженный от поверхности удаленного объекта измерения или рассеянный измерительный сигнал через окно 32 частично вводится в корпус и детектируется приемным блоком 26, например фотодиодом, в частности лавинным фотодиодом (ЛФД), посредством не показанной на фиг.1 приемной оптической системы уже как принятый сигнал. В других вариантах осуществления изобретения входное окно лазерного дальномера и приемная оптическая система могут быть выполнены как единое целое.
Путем сравнения фаз модулированного измерительного сигнала на основе посланного измерительного сигнала и принятого измерительного сигнала можно определить время прохождения света между излучателем и приемником лазерного дальномера. Следовательно, по известной скорости света можно определить искомое расстояние между лазерным дальномером и объектом измерения.
Для учета задержек, не зависящих от расстояния между лазерным дальномером и объектом измерения и возникающих, например, при генерировании посылаемого измерительного сигнала и/или обработке принятого измерительного сигнала в дальномере, перед измерением расстояния можно выполнить эталонное измерение. При этом посылаемый измерительный сигнал отклоняется отклоняющим блоком 24 и по опорному участку вдоль пути 34 направляется непосредственно на приемный блок 26.
На фиг.2 показан вид в аксонометрии предлагаемого в изобретении держателя оптической системы лазерного дальномера в направлении, противоположном направлению измерения дальномера. На фиг.3 представлен соответствующий вид в аксонометрии примерно в направлении измерительного сигнала. Держатель 40 оптической системы выполнен цельным из пластмассы, например стеклонаполненного полифениленсульфида (ПФС) с содержанием стеклянного наполнителя 40% или полибутилентерефталата, армированного стекловолокном (с содержанием стекловолокна примерно от 30%), высокоармированного полиамида-6, например марки Grivory, или же полиэфирэфиркетона (ПЭЭК). Такой держатель оптической системы можно предпочтительно непосредственно формовать из пластмассы путем литья под давлением.
Держатель оптической системы имеет ряд крепежных приспособлений и элементов крепления для оптических и/или электронных компонентов лазерного дальномера. Так, держатель 40 оптической системы снабжен в передней части 48 приспособлением 42 для крепления приемной оптической системы, фокусирующей возвращающийся принимаемый сигнал на соответствующий приемник. За одно целое с держателем 40 оптической системы выполнен тубус 44, экранирующий принимаемый измерительный сигнал от внутреннего пространства держателя лазерного дальномера. В конце тубуса 44 предусмотрено приспособление 46 для крепления оптического фильтра, который может пропускать, например, используемые для измерения частоты оптического излучения, однако блокировать окружающий и рассеянный свет.
При этом пластмассу держателя оптической системы предпочтительно выбирают таким образом, чтобы ее тепловое расширение компенсировалось соответствующим тепловым изменением показателя преломления приемной оптической системы. При этом приемную оптическую системы также целесообразно формовать из пластмассы.
Помимо этого держатель 40 оптической системы в своей передней части 48 имеет приспособление 50 для крепления выходного окна посылаемого измерительного луча.
Держатель оптической системы выполнен по существу из пластин и на своих противолежащих продольных сторонах имеет вертикально выступающие из плоскости 52 пластин ребра 54 жесткости. Между этими ребрами 54 жесткости предусмотрены направляющие элементы 56 для выверки и крепления носителя 18 электронных компонентов, в частности печатной платы. При этом материал, а следовательно, и коэффициент теплового расширения материала держателя оптической системы можно выбрать таким образом, чтобы его тепловое расширение по существу соответствовало тепловому расширению печатной платы, что исключает перекашивание держателя оптической системы вследствие различия теплового расширения скрепленных между собой компонентов. Передняя часть 48 держателя оптической системы также выполнена в виде рамы жесткости, чтобы обеспечивать необходимую крутильную жесткость пластмассового держателя.
На печатной плате наряду с электронными компонентами управления, а также блоком обработки сигналов предлагаемого в изобретении лазерного дальномера закреплен приемный диод, служащий в качестве приемного блока. Этот заранее смонтированный модуль на носителе электронных компонентов вставляется в держатель 40 оптической системы. Поскольку электронные компоненты, включая приемный диод, уже закреплены на носителе электронных компонентов, эту операцию монтажа выполнять особенно просто. Посредством выверки оси носителя 18 электронных компонентов относительно оси держателя 40 электронной системы достаточно согласовать расстояние от приемной оптической системы до приемного фотодиода таким образом, чтобы служащий в качестве приемника фотодиод находился примерно в фокальной точке приемной оптической системы. При этом на ребрах 54 жесткости имеются упорные элементы 58, обеспечивающие точное перемещение носителя 18 электронных компонентов, включая заранее смонтированный приемный фотодиод, вдоль излучающего тракта.
Наряду с приспособлением для крепления и направления движения носителя электронных компонентов при его установке предлагаемый в изобретении пластмассовый держатель оптической системы снабжен приспособлением 60 для крепления дисплея 16 лазерного дальномера. В частности, уже при изготовлении пластмассового держателя оптической системы в зоне приспособления 60 можно приформовать литьем под давлением для крепления дисплея второй пластмассовый компонент в качестве мягкого элемента, чтобы обеспечить мягкую опору для оптического дисплея.
Для придания необходимой стабильности пластмассовому держателю оптической системы он - дополнительно к ребрам 54 жесткости - снабжен структурой 62 жесткости на плоской стороне 52 пластин, противоположной направляющим элементам 56, как это в качестве примера показано на фиг.4. Эта структура 62 жесткости предпочтительно имеет сотовую форму с поперечными ребрами 64 жесткости, проходящими наискось относительно ребер 54 жесткости, т.е. по диагонали. Чтобы гарантировать требуемую стабильность, т.е. устойчивость формы литой детали из пластмассы, в предлагаемом в изобретении держателе оптической системы предпочтительно может быть предусмотрена двухдиагональная структура с дополнительными поперечными и продольными ребрами 66. Держатель оптической системы на одной стороне поверхности подкреплен структурой 62 жесткости. На противоположной стороне поверхности держателя 40 оптической системы плоский носитель 18 электронных компонентов обеспечивает дополнительную стабилизацию, в результате чего предлагаемый в изобретении держатель оптической системы, несмотря на применение полимерного материала, имеет высокую стабильность (жесткость) и крутильную жесткость. Кроме того, передняя часть 48 держателя, выполненная в виде рамки или передней панели 68, также обеспечивает высокую крутильную жесткость пластмассового держателя 40 оптической системы.
Предпочтительно пластмассовый держатель оптической системы наряду с этим имеет окраску, способствующую подавлению вторичных отражений между приемной оптической системой и приемным фотодиодом. Для этого полимерный материал можно окрашивать уже в сыром состоянии, т.е. до формования держателя оптической системы. Таким образом, в предлагаемом в изобретении пластмассовом держателе оптической системы можно избежать последующего покрытия поверхности темным и матовым лаком, которое необходимо для металлических деталей, получаемых литьем под давлением.
Предпочтительно в предлагаемом в изобретении лазерном дальномере можно отказаться от электронного экранирования электрических компонентов, в частности приемного фотодиода. Это достигается самим выполнением держателя оптической системы из полимерного материала. Металлическая сетка для электромагнитного экранирования электронных компонентов не требуется. В предлагаемом решении целенаправленное расположение электронных компонентов, дифференциальная модуляция приемного диода, описанная в публикации DE 10235562 А1, позволяет обойтись без электромагнитного экранирования электронных компонентов. В некоторых случаях в предлагаемом в изобретении пластмассовом держателе оптической системы может быть предусмотрено использование локального экранирующего элемента, например небольшого, автоматически устанавливаемого экрана, если в этом возникнет необходимость из-за специальных требований к лазерному дальномеру.
Предлагаемый в изобретении пластмассовый держатель оптической системы позволяет реализовать компактный портативный лазерный дальномер и, в частности с точки зрения производственных затрат, размеров и веса прибора, представляет значительный прогресс по сравнению с приборами, известными из уровня техники. Так, предлагаемый в изобретении пластмассовый держатель оптической системы можно вставлять в корпус лазерного дальномера с уже смонтированный на нем (держателе) носителе электронных компонентов, что позволит упростить и механизировать технологические операции при производстве предлагаемого в изобретении лазерного дальномера.
Возможности изготовления предлагаемого в изобретении портативного лазерного дальномера не ограничиваются рассмотренным в описании вариантом.
1. Портативный лазерный дальномер (10) для бесконтактного измерения расстояний, имеющий оптический излучающий тракт (28) по меньшей мере с одним оптическим излучателем (20) для посылки измерительного сигнала, приемный тракт (29) по меньшей мере с одной приемной оптической системой для фокусирования измерительного сигнала в направлении на приемник (26), а также держатель (40) оптической системы для размещения компонентов излучающего и приемного тракта, отличающийся тем, что держатель (40) оптической системы выполнен из пластмассы.
2. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что держатель (40) оптической системы выполнен цельным.
3. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что за одно целое с держателем (40) оптической системы выполнена структура (62) жесткости.
4. Лазерный дальномер по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что за одно целое с держателем (40) оптической системы выполнен по меньшей мере один направляющий элемент (56) по меньшей мере для одной электрической печатной платы (18).
5. Лазерный дальномер по п.4, отличающийся тем, что направляющий элемент (56) и приспособление (58) для крепления электрической печатной платы (18) сформованы на стороне держателя (40) оптической системы, противоположной структуре (62) жесткости.
6. Лазерный дальномер по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что за одно целое с держателем (40) оптической системы выполнен тубус (44), расположенный между приемной оптической системой и приемником (26).
7. Лазерный дальномер по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что за одно целое с держателем (40) оптической системы выполнено приспособление (42) для крепления приемной оптической системы.
8. Лазерный дальномер по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что за одно целое с держателем (40) оптической системы выполнено приспособление (46) для крепления фильтрующего элемента.
9. Лазерный дальномер по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что за одно целое с держателем (40) оптической системы выполнено приспособление (60) для крепления дисплея.
10. Способ изготовления портативного лазерного дальномера (10), предназначенного для бесконтактного измерения расстояний и выполненного по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что держатель (40) оптической системы дальномера формуют из пластмассы методом литья под давлением и сначала с держателем (40) оптической системы соединяют по меньшей мере один носитель (18) электронных компонентов, прежде всего электрическую печатную плату, а затем их вместе вставляют в корпус (12) лазерного дальномера.
