DE102005043931A1

DE102005043931A1 - Laserscanner

Info

Publication number: DE102005043931A1
Application number: DE102005043931A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Phys. Blug; Claudia Dipl.-Ing. Baulig
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-03-29
Also published as: US7443555B2; US20070058230A1

Abstract

Ein Laserscanner verfügt über eine Sendeoptik (20), deren Laserstrahlbündel (18) koaxial zur Drehachse (28) eines Umlenkspiegels (22, 24) und koaxial zur optischen Achse der zugehörigen Detektoroptik (58) ausgerichtet. Die Anordnung ist so getroffen, dass das von einem entfernt liegenden Messpunkt (44) reflektierte Licht durch den Umlenkspiegel (22, 24) über die Detektoroptik (58) zu einem Signaldetektor umlenkbar ist. Das Ausgangssignal (70) des Signaldetektors ist auswertbar, um Daten, insbesondere räumliche Koordinaten, zu gewinnen. Die Sendeoptik (20) ist in einem zum Umlenkspiegel (24) hin offenen Abschattungszylinder (22) angeordnet, der sich, ausgehend von der Detektoroptik (58), koaxial zur Drehachse (28) des Umlenkspiegels (22, 24) bis in die Nähe des Umlenkspiegels (22, 24) erstreckt, um auf diese Weise insbesondere Streulicht gegenüber der Detektoroptik abzuschatten, das beim Auftreffen des Lasserstrahlbündels (18) auf dem Umlenkspiegel (22, 24, 26) entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserscanner mit einer Sendeoptik, deren Laserstrahlbündel koaxial zur Drehachse eines rotierenden Umlenkspiegels und koaxial zur optischen Achse der zugehörigen Detektoroptik so ausgerichtet ist, dass das von einem entfernt liegenden Meßpunkt reflektierte Licht durch den Umlenkspiegel und über die Detektoroptik zu einem Signaldetektor umlenkbar ist, dessen Ausgangssignal zur Datengewinnung auswertbar ist.

Ein derartiger Laserscanner ist aus der DE 102 16 405 A1 bekannt und kann eingesetzt werden, um ein dreidimensionales Umgebungsbild zu erzeugen. Um das Eindringen von Schmutz zu verhindern, ist bei dem bekannten Laserscanner ein Abdeckfenster vorgesehen, das eine innere Konusfläche und eine äußere Konusfläche aufweist. Die beim Durchtritt des Laserstrahlbündels hervorgerufenen Reflexe werden bei der bekannten Vorrichtung durch eine Reihe von Maßnahmen unterdrückt. Insbesondere kann unerwünschtes Streulicht in einer ringförmigen Strahlfalle absorbiert werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Laserscanner zu schaffen, der sich durch ein geringes optisches Übersprechen zwischen der Sendeoptik und der Detektoroptik auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Sendeoptik in einem zum Umlenkspiegel hin offenen Abschattungszylinder angeordnet ist, der sich ausgehend vom Bereich der Detektoroptik koaxial zur Drehachse des Umlenkspiegels bis in die Nähe des Umlenkspiegels erstreckt.

Der Abschattungszylinder erzeugt einen Abschattungskegel für Streulicht und insbesondere für Streulicht, das am Umlenkspiegel entsteht oder dort in Richtung auf die Detektoroptik umgeleitet wird.

Der Abschattungszylinder kann als nicht transparentes Rohrstück aus Metall oder Kunststoff ausgebildet sein, dessen vom Umlenkspiegel wegweisendes Ende in der Detektoroptik befestigt ist.

Die Stirnfläche und die Innenfläche des Abschattungszylinders sind absorbierend und/oder rauh ausgebildet, um eine wirksame Unterdrückung von Streulicht zu erzielen. Die Querschnittsfläche des Abschattungszylinders ist vorzugsweise wesentlich kleiner als die der Aperturfläche der Detektoroptik.

Da die Wandung des Abschattungszylinders bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Bereich des rechtwinklig einfallenden Empfangsstrahlenbündels liegt, kann der Abschattungszylinder mit Öffnungen zum Durchlassen des Empfangsstrahlenbündels versehen sein. Der Abschattungszylinder kann auch durch eine Vielzahl von Blendringen gebildet sein, die in axialer Richtung durch Stege miteinander verbunden sind, wobei das Empfangsstrahlenbündel vor dem Auftreffen auf den Umlenkspiegel ungehindert zwischen den Blendringen zum Umlenkspiegel gelangen kann. Die Oberflächen der Blendringe sind absorbierend ausgestaltet.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Laserscanner als Streulichtsensor einen Signaldetektor auf, der gegenüber dem im Brennpunkt der Detektoroptik zur Signalerfassung vorgesehenen Signaldetektor zurückversetzt angeordnet ist und auf den Streulicht abgebildet wird, das im Innern des Gehäuses des Laserscanners oder am Austrittsfenster des Gehäuses für das Sendestrahlenbündel erzeugt wird.

Zweckmäßig ist es, wenn der Laserscanner ein zylindrisches Gehäuse mit einem umlaufenden zylindrischen Fenster für das Sendestrahlenbündel und das Empfangsstrahlenbündel aufweist, wobei die Drehachse des Umlenkspiegels mit der Gehäuseachse fluchtet und wobei für das Sendestrahlenbündel ein Ringspalt vorgesehen ist, der sich zwischen zwei Absorptionsscheiben erstreckt, deren äußere Berandungen bis in das zylindrische Fenster hineinragen. Die Absorptionsscheiben weisen im mittleren Bereich kreisförmige Ausnehmungen für den rotierenden Umlenkspiegel auf.

Vorzugsweise sind die Absorptionsscheiben auf den zum Ringspalt zwischen ihnen weisenden Innenseiten mit einer Streulicht unterdrückenden Oberfläche versehen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Laserscanner auf wenigstens einer Absorptionsscheibe im Ringspalt nahe dem äußeren Rand wenigstens einen Streulichtsensor zur Erfassung der Verschmutzung des Fensters auf.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Umlenkspiegel auf dem Streifen, der mit Streulicht aus dem Ringspalt beaufschlagbar ist, mit einem Absorptionsstreifen als Streulichtfalle versehen.

Der Umlenkspiegel des Laserscanners kann als Interferenzspiegel ausgestaltet sein, der nur Licht mit der Wellenlänge des Empfangsstrahlenbündels mit maximalem Reflexionsgrad in Richtung auf die Detektoroptik umlenkt.

Nachfolgend wird ein Laserscanner gemäß der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 den Aufbau des Laserscanners in einer Schnittansicht,
2 wesentliche Komponenten des Laserscanners zur Erläuterung der Funktionsweise des Abschattungsrohres als Streulichtfalle in einer Schnittansicht,
3 das Abschattungsrohr mit der Sendeoptik und dem Laser in einem vergrößerten Schnitt,
4 einen Ringspalt zwischen zwei Absorptionsscheiben als Streulichtfallen,
5 eine Darstellung zur Veranschaulichung des maximalen Winkelbereichs des Streulichts, das vom als Sendestrahlfenster dienenden konischen Fenster des Laserscanners ausgehen kann,
6 eine Draufsicht auf den Umlenkspiegel des Laserscanners mit einem Absorptionsstreifen,
7 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Streulichtbündels, das von einem Staubpartikel erzeugt wird,
8 eine Darstellung zur Erläuterung des Strahlenganges des Streulichtes, das einen Streulichtdetektor hinter der Detektoroptik beaufschlagt, und
9 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen wellenlängensensitiven Umlenkspiegel.
Der in 1 dargestellte Laserscanner verfügt über ein zylindrisches Gehäuse 10 mit einem ersten zylindrischen Gehäuseabschnitt 11 sowie einem zweiten zylindrischen Gehäuseabschnitt 12 mit einem geringfügig größeren Durchmesser. Die Längsachsen der beiden Gehäuseabschnitte 11, 12 fluchten miteinander und bilden eine Symmetrieachse für das zylindrische Gehäuse 10 und den im wesentlichen rotationssymmetrischen Aufbau des Laserscanners.
Der Laserscanner verfügt über einen Laser 14, der über eine Ansteuerleitung 16 gesteuert wird. Das aus dem Laser 14 austretende Sendestrahlenbündel 18 durchquert eine Sendeoptik 20 und beaufschlagt danach die Spiegelfläche 22 eines ovalen Umlenkspiegels 24.
Der ovale Umlenkspiegel 24 hat bei einer Draufsicht in Ausbreitungsrichtung des Sendestrahlenbündels 18 jedoch eine kreisförmige Gestalt, wobei das Sendestrahlenbündel 18 die Spiegelfläche 22 im Bereich des Mittelpunktes 26 beaufschlagt. Bei der in 1 dargestellten Positionierung des Umlenkspiegels 24 wird das Sendestrahlenbündel 18 rechtwinklig in 1 nach oben ablenkt, da der Umlenkspiegel 24 mit der Längsachse des Sendestrahlenbündels 18 einen Winkel von 45 Grad bildet.
Der Umlenkspiegel 24 ist auf einer rotierenden Welle 28 angeordnet, deren Längsachse sich durch den Mittelpunkt 26 des Umlenkspiegels 24 erstreckt und sowohl mit den Längsachsen der Gehäuseabschnitte 11 und 12 als auch mit der Längsachse des Sendestrahlenbündels 18 fluchtet.
Infolge der Rotation der Welle 28 wird das Sendestrahlenbündel 18 mit Hilfe des Umlenkspiegels 24 quer zur Längsachse des Gehäuses 10 abgelenkt und gestattet es, mit dem umgelenkten Sendestrahlenbündel 27 die Umgebung entlang einer Linie über einen Winkel von 360 Grad in einer rechtwinklig zur Welle 28 verlaufenden Ebene abzutasten.
Wie man in 1 erkennt, verläßt das umgelenkte Sendestrahlenbündel 27 das Gehäuse 10 über ein lichtdurchlässiges konisches Fenster 30. Zur Reduzierung von Streulicht und Reflexen verlaufen weder die Innenfläche noch die Außenfläche des konischen Fensters 30 weder parallel zueinander noch parallel zur Gehäuselängsachse. Das konische Fenster 30 ist so schmal wie möglich ausgebildet, um die zu Streulicht führenden Flächen so klein wie möglich zu halten.
1 zeigt weiterhin eine erste Absorptionsscheibe 32 und in geringerem Abstand davon eine zweite Absorptionsscheibe 34. Beide Absorptionsscheiben 32, 34 reichen mit ihren äußeren Berandungen 36, 38 bis zur Außenseite der Gehäuseabschnitte 11 beziehungsweise 12 und bilden dadurch für das Sendestrahlenbündel 27 einen optischen Ringspalt 33 im Gehäuse 10. Die beiden Absorptionsscheiben 32, 34 weisen um ihren Mittelpunkt jeweils eine kreisförmige Öffnung 40, 42 auf, um dem Umlenkspiegel 24 den erforderlichen Freiraum für eine Rotation zu lassen.
Nach dem Verlassen des Gehäuses 10 über das umlaufende konische Fenster 30 beaufschlagt das umgelenkte Sendestrahlenbündel 27 das im nicht maßstäblichen Abstand in 1 beispielhaft dargestellte zu vermessende Objekt 44. Dabei kann der Laserscanner zur Datengewinnung für Abstandsmessungen oder sonstige optische Meßverfahren eingesetzt werden. Das zu vermessende Objekt 44 erzeugt je nach seiner Beschaffenheit und seinem Abstand vom Gehäuse 10 des Laserscanners das zur Datengewinnung verwendete Objektstreulicht 46, das in 1 schematisch durch mehrere gestrichelte Pfeile veranschaulicht ist.
Zu beiden Seiten des konischen Fensters 30 und der Absorptionsscheiben 32, 34 sind im Gehäuse 10 des Laserscanners für das Objektstreulicht 46 transparente Empfangsstrahlenfenster 50 und 52 vorgesehen, die aufgrund der Zylindertorm der zylindrischen Gehäuseabschnitte 11, 12 ihrerseits jeweils als Zylinderabschnitte ausgebildet sind. Die beiden Empfangsstrahlenfenster 50, 52 bilden ein Detektionsfenster, durch das das vom Objekt 44 zurückkommende Objektstreulicht 46 als Empfangsstrahlenbündel 54 in das Innere des Gehäuses 10 gelangt und dort auf die Spiegelfläche 22 des rotierenden Umlenkspiegels 24 infolge des großen Abstandes zum Objekt 44 als paralleles Empfangsstrahlenbündel 54 auftrifft.
Aufgrund des Kippwinkels von 45 Grad des Umlenkspiegels 24 bezüglich der Welle 28 wird das Empfangsstrahlenbündel 54 wie in 1 veranschaulicht nach links parallel zur Längsachse der Welle 28 umgelenkt. Das umgelenkte Empfangsstrahlenbündel 56 beaufschlagt eine Detektoroptik 58, die in 1 als Sammellinse mit einer Fassung 60 veranschaulicht ist.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Detektoroptik 58 eine Ausnehmung vorgesehen, die zur Aufnahme des Lasers 14 und zur Befestigung eines beispielsweise als Rohrstück ausgebildeten Abschattungszylinders 62 dient. Der Durchmesser des Abschattungszylinders 62 ist so gewählt, dass der Aperturverlust der Detektoroptik 58 möglichst gering ist. Auch der Abstand zwischen den den Ringspalt 33 umschließenden Absorptionsscheiben 32, 34 und damit die axiale Ausdehnung des konischen Fensters 30 sind so gewählt, dass die Aperturverluste für das Empfangsstrahlenbündel 54 möglichst klein bleiben.
Nach dem Durchqueren der Detektoroptik 58 gelangt das vom zu vermessenden Objekt 44 zurückkommende Laserlicht als konvergierendes Empfangsstrahlenbündel 64 über einen optischen Transmissionsfilter 66 zu einem Signaldetektor 68, der im Brennpunkt der Detektoroptik 58 angeordnet ist. Der Signaldetektor 68 ist über eine Signalleitung 70 mit einer in 1 nicht dargestellten Auswerteeinheit verbunden, die das Ausgangssignal des Signaldetektors 68 zur Datengewinnung und insbesondere zur Abstandsmessung des zu vermessenden Objektes 44 auswertet.
1 veranschaulicht weiterhin einen ersten Streulichtdetektor 72 mit einer Streulichtsignalleitung 74. Der Streulichtdetektor 72 wird insbesondere dann mit Streulicht beaufschlagt, wenn die Detektoroptik 58 Lichtstrahlen ausgesetzt ist, die nicht als paralleles Lichtstrahlenbündel einfallen und daher nicht auf den im Brennpunkt angeordneten Signaldetektor 68 fokussiert werden, sondern erst hinter dem Brennpunkt der Detektoroptik 58.
2 zeigt einen Teil der in 1 dargestellten Komponenten zur Erläuterung der Funktionsweise des Abschattungsrohres 62 als Streulichtfalle für Streulicht, das vom Sendestrahlenbündel 18 beim Auftreffen auf den Auftreffbereich 76 der Spiegelfläche 22 erzeugt wird und daran gehindert werden soll, im Signaldetektor 68 ein Signal zu erzeugen. Streulicht, das in den durch die Begrenzungslinien 78 und 80 in 2 veranschaulichten Raumwinkel vom Auftreffbereich 76 ausgeht, würde ohne Anwesenheit des Abschattungszylinders 62 die Detektoroptik 58 beaufschlagen und somit im Signaldetektor 68 ein Störsignal erzeugen. Der Abschattungszylinder 62 jedoch bildet eine Streulichtfalle für das vom Auftreffbereich 76 in den durch die Begrenzungslinien 78 und 80 begrenzten Raumkegel.
In 3 ist der Abschattungszylinder 62 vergrößert dargestellt und veranschaulicht die ringförmige Frontfläche 82 und die zylindrische Innenfläche 84, die beide absorbierend und/oder rauh ausgebildet sind, um das von der Spiegelfläche 22 des Umlenkspiegels 24 ausgehende Streulicht daran zu hindern, in den Signaldetektor 68 zu gelangen.
Anhand von 1 erkennt man, dass der vordere zum Umlenkspiegel 24 weisende Abschnitt des Abschattungszylinders 62 das Empfangsstrahlenbündel 54 teilweise abschattet und dadurch die Apertur für das Empfangsstrahenbündel 54 verkleinert. Diese Aperturverschlechterung kann reduziert werden, indem bei ausreichender Wandstärke des Abschattungszylinders 62 im vorderen Bereich des Abschattungszylinders 62 eine Vielzahl von schlitzförmigen Öffnungen vorgesehen werden, die quer zur Längsachse des Abschattungszylinders 62 auftreffendes Licht durchlassen, aber nicht quer einfallendes Licht an den seitlichen Berandungen der schlitzförmigen Öffnungen absorbieren. Der Abschattungszylinder 62 kann auch durch eine Vielzahl von Blendringen gebildet sein, die in axialer Richtung durch Stege miteinander verbunden sind.
Der Auftreffbereich 76 kann ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Korrekturelement enthalten, das den Astigmatismus, der durch die zylindrische Form des Fensters 30 erzeugt wird, korrigiert. Im einfachsten Fall besteht das Korrekturelement aus einem kleinen Planspiegel, der gegenüber der Spiegelfläche 22 um einen geringen Winkel gekippt ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, im Auftreffbereich 76 die Spiegelfläche 22 als asphärische Spiegelfläche auszuführen.
Streulichtprobleme treten bei einem Laserscanner, wie er in 1 dargestellt ist, nicht nur am Umlenkspiegel 24, sondern auch am konischen Fenster 30 auf, mit dessen Hilfe das Eindringen von Schmutz in das Innere des Laserscanners verhindert werden soll. Insbesondere beim Einsatz im Freien oder in schmutzbelasteten Räumen läßt es sich jedoch nicht verhindern, dass Staubpartikel, Kratzer, Schlieren, Wassertropfen oder Kondensate am Fenster 30 im umgelenkten Sendestrahlenbündel 27 Streulichtzentren bilden. Dadurch besteht die Gefahr, dass störendes Streulicht in den Signaldetektor 68 gelangt. Da die Intensität des Sendestrahlenbündels 27 wesentlich höher ist als die Intensität des Empfangsstrahlenbündels 54, können bereits geringe Streulichtanteile die Auswertung des Objektstreulichts 46 negativ beeinflussen oder sogar unmöglich machen.
In 4 ist das konische Fenster 30 mit Staubpartikeln 83, 85 dargestellt, von denen Streulicht ausgeht. Ein zweiter Streulichtdetektor 86 ist in der Nähe des Fensters 30 in einer der Absorptionsscheiben 32, 34 angeordnet. Vorzugsweise befindet sich der zweite Streulichtdetektor 86 auf der Seite des Ringspaltes 33, der vom am Fenster 30 spiegelnd reflektierten Sendestrah lenbündel 27 nicht beaufschlagt wird. Der zweite Streulichtdetektor 86 dient zur Erfassung von Streulicht, das im Bereich des konischen Fensters 30 entsteht. Wenn nur ein Streulichtdetektor 86 vorgesehen ist, befindet er sich in dem Bereich, der der größten Gefahr von Verschmutzungen ausgesetzt ist. Statt nur einen einzigen zweiten Streulichtdetektor 86 in der Nähe der Oberseite des Gehäuses 10 anzuordnen, können auch mehrere zweite Streulichtdetektoren 86 entlang dem umlaufenden konischen Fenster 30 vorgesehen sein. Wenn bei einer Auswertung der Signale eines oder mehrerer Streulichtdetektoren 86 ein vorgegebenes Streulichtniveau überschritten wird, kann dieses Signal als Störsignal benutzt werden, das darauf hinweist, dass die Messungen unzuverlässig geworden sind und eine Reinigung des konischen Fensters 30 erforderlich geworden ist.
4 veranschaulicht den Streuwinkelbereich 88 des Streulichts, das von einem Staubpartikel 85 in der Mitte des konischen Fensters 30 ausgeht und nicht von den beiden Absorptionsscheiben 32 und 34 absorbiert wird. Da Staubpartikel und sonstige Störungen überall auf dem konischen Fenster 30 auftreten können, liegen eine Menge von Streuwinkelbereichen entsprechend dem Streuwinkelbereich 88 vor, die insgesamt einen Winkelbereich 90 für Streulicht definieren. Dieser Winkelbereich 90 ist in 4 durch die Linien 91 und 92 begrenzt.
Der maximale Winkelbereich 90 des Streulichts vom als Sendestrahlfenster dienenden konischen Fenster 30 ist auch in 5 zu erkennen. Weiterhin veranschaulicht 5, wie das dem Winkelbereich 90 zugeordnete Streulicht auf einen Absorptionsstreifen 92 fällt, der als Streulichtfalle für das vom Fenster 30 gestreute Licht dient.
6 zeigt eine Draufsicht auf den Absorptionsstreifen 92 und den Umlenkspiegel 24. Der Absorptionsstreifen 92 erstreckt sich quer über die ovale Spiegelfläche 22 des Umlenkspiegels 24, wobei jedoch der Auftreffbereich 76 nicht vom Absorptionsstreifen 92 belegt ist.
7 zeigt ein Staubpartikel 87, dessen Streulicht teilweise als Streulicht 94 von den Absorptionsscheiben 32, 34 abgefangen wird. Ein weiterer Teil des Streulichts 94 gelangt als Streulichtbündel 96 auf die Spiegelfläche 22 und wird nach der Reflektion an der Spiegelfläche 22 teilweise durch den Abschattungszylinder 62 aufgefangen. Der Abschattungszylinder 62 erzeugt somit einen Abschattungsbereich 98. Das verbleibende Streulichtbündel 100, dessen Ränder in 7 gestrichelt dargestellt sind, gelangt zur Detektoroptik 58. Dort wird es jedoch nicht in den Signaldetektor 68 fokussiert, sondern gelangt zum ersten Streulichtdetektor 72, dessen Streulichtsignal über die Streulichtsignalleitung 74 einer Auswerteeinheit zugeführt werden kann, die zur Erfassung von im Bereich des konischen Fensters 30 erzeugten Streulichts dient und auch zur Störalarmauslösung benutzt werden kann.
8 veranschaulicht zusammenfassend den Strahlengang des Empfangsstrahlenbündels 54, 56, 64 und des Strahlenganges, des von einem Staubpartikel 87 ausgehenden Streulichts, das mit Hilfe des ersten Streulichtdetektors 72 ausgewertet wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel verfügt der Laserscanner über einen in 9 im Schnitt dargestellten Umlenkspiegel 124, der auch dazu verwendet werden kann, das optische Transmissionsfilter 66 zu ersetzen, um somit zu einer Erhöhung des Signal/Rausch-Verhältnisses beizutragen. Der Umlenkspiegel 124 hat einen wellenlängenabhängigen Reflektionsgrad für das Empfangsstrahlenbündel 54 und lenkt nur solches Licht in das umgelenkte Empfangsstrahlenbündel 56 um, das dem Signaldetektor 68 zugeführt werden soll. Der wellenlängenabhängige Reflektionsgrad wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der Umlenkspiegel 124 als Interferenzspiegel ausgebildet ist. Dazu befindet sich auf dem Substrat 126 eine Ab sorptionsschicht 128, auf der ein Interferenzfilter 130 aufgebracht ist. Das Interferenzfilter 130 auf der Absorptionsschicht 128 ist so ausgelegt, dass es unter dem Auftreffwinkel des Empfangsstrahlenbündels 54 den maximalen Reflektionsgrad bei der Wellenlänge des Sendestrahlenbündels 18 hat.
Im Auftreffbereich 76 für das Sendestrahlenbündel 18 kann eine übliche Spiegelfläche 132 oder auch das bereits erwähnte Korrekturelement vorgesehen sein.
Der vorstehend erörterte Laserscanner verfügt über mehrere Streulichtfallen, womit ein hohes Verhältnis zwischen Nutz- und Störsignal erreicht wird. Dadurch können mit kleinen Laserleistungen weit entfernte und nur wenig streuende Objekte genau vermessen werden. Insbesondere führen die verschiedenen Streulichtfallen dazu, dass die Reichweite und Genauigkeit bei einer Entfernungsbestimmung erhöht werden. Auch die Notwendigkeit einer Reinigung kann automatisch und unabhängig vom Benutzer detektiert werden. Wenn der Laserscanner eingesetzt wird, um sonstige physikalischen Größen und Eigenschaften von Objekten berührungslos zu erfassen, ergeben sich aufgrund der Streulichtunterdrückungen in der Optik des Laserscanners insbesondere Vorteile infolge einer höheren Genauigkeit der ermittelten Meßwerte.

Claims

Laserscanner mit einer Sendeoptik (20), deren Laserstrahlbündel (18) koaxial zur Drehachse (28) eines rotierenden Umlenkspiegels (22, 24) und koaxial zur optischen Achse der zugehörigen Detektoroptik (58) so ausgerichtet ist, dass das von einem entfernt liegenden Meßpunkt (44) reflektierte Licht durch den Umlenkspiegel (22, 24) und über die Detektoroptik (58) zu einem Signaldetektor (68) umlenkbar ist, dessen Ausgangssignal (70) zur Datengewinnung auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik (20) in einem zum Umlenkspiegel (24) hin offenen Abschattungszylinder (62) angeordnet ist, der sich ausgehend vom Bereich der Detektoroptik (58) koaxial zur Drehachse (28) des Umlenkspiegels (22, 24) bis in die Nähe des Umlenkspiegels (22, 24) erstreckt.
Laserscanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschattungszylinder (62) als Rohrstück ausgebildet ist, dessen vom Umlenkspiegel (22, 24) wegweisendes Ende in der Detektoroptik (58) befestigt ist.
Laserscanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (82) und die Innenfläche (84) des Abschattungszylinders (62) absorbierend und/oder rauh ausgebildet sind.
Laserscanner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Abschattungszylinders (62) wesentlich kleiner als die der Aperturfläche der Detektoroptik (58) ist.
Laserscanner einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Abschattungszylinders im Bereich des rechtwinklig einfallenden Empfangs strahlenbündels (54) mit Öffnungen zum Durchlassen des Empfangsstrahlenbündels (54) versehen ist.
Laserscanner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscanner als Streulichtsensor einen Signaldetektor (72) aufweist, der gegenüber dem im Brennpunkt der Detektoroptik (58) zur Signalerfassung vorgesehenen Signaldetektor (68) zurückversetzt angeordnet ist und auf den Streulicht (100) abgebildet wird, das im Innern des Gehäuses (10) des Laserscanners oder am Austrittsfenster (30) des Gehäuses (10) für das Sendestrahlenbündel (27) erzeugt wird.
Laserscanner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscanner ein zylindrisches Gehäuse (10) mit einem umlaufenden zylindrischen Fenster (30, 50, 52) für das Sendestrahlenbündel (27) und das Empfangsstrahlenbündel (54) aufweist, wobei die Drehachse (28) des Umlenkspiegels (22, 24) mit der Gehäuseachse fluchtet und wobei für das Sendestrahlenbündel (27) ein Ringspalt vorgesehen ist, der sich zwischen zwei Absorptionsscheiben (32, 34) erstreckt, deren äußere Berandungen (36, 38) bis in das zylindrische Fenster (30, 50, 52) hineinragen, und die im mittleren Bereich kreisförmige Ausnehmungen (40, 42) für den rotierenden Umlenkspiegel (22, 24) aufweisen.
Laserscanner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsscheiben (32, 34) auf den zum Ringspalt zwischen ihnen weisenden Innenseiten mit einer Streulicht unterdrückenden Oberfläche versehen sind.
Laserscanner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer Absorptionsscheibe (32, 34) im Ringspalt nahe dem äußeren Rand (36, 38) wenigstens ein Streulichtsensor (86) zur Erfassung der Verschmutzung des Fensters (30) vorgesehen ist.
Laserscanner nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (22, 24) auf dem Streifen, der mit Streulicht beaufschlagbar ist, welches am zylindrischen Fenster durch das Sendestrahlenbündel erzeugbar ist, einen Absorptionsstreifen (92) als Streulichtfalle aufweist.
Laserscanner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (22, 24) als Interferenzspiegel ausgebildet ist, der nur Licht mit der Wellenlänge des Empfangsstrahlenbündels (54) mit maximalem Reflexionsgrad in Richtung auf die Detektoroptik (58) umlenkt.