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Title:
LASER SCANNER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/047846
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a laser scanner (1), comprising a housing (23), a laser transmitter (11) having a transmission aperture (S) for a transmission beam (12), a laser receiver (16) for a reception beam (15), and a beam-deflecting apparatus in the form of a mirror pyramid (2), the pyramid axis of which forms the axis of rotation (21) thereof and the pyramid sides of which each from a mirror facet (7-10), wherein the laser transmitter (11) and the laser receiver (16) are each directed at the mirror pyramid parallel to the axis of rotation (21) of the mirror pyramid (2), the laser receiver (16) has at least one converging lens (20) arranged downstream of the mirror pyramid (2) in the reception beam path, and the converging lens (20), viewed in the direction of the axis of rotation (21), is, in its region of overlap with the mirror facets (7-10), at least as large, in area comparison, as twice the largest of all the mirror facets (7-10) observed in the direction of axis of rotation (21).

Inventors:
REICHERT RAINER (AT)
RIEGER PETER (AT)
PFENNIGBAUER MARTIN (AT)
RIEGL JOHANNES (AT)
Application Number:
PCT/EP2020/072529
Publication Date:
March 18, 2021
Filing Date:
August 11, 2020
Export Citation:
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Assignee:
RIEGL LASER MEASUREMENT SYSTEMS GMBH (AT)
International Classes:
G01S7/481; G02B5/09; G02B26/12
Foreign References:
CN207020306U2018-02-16
KR20180089625A2018-08-09
EP3182159A12017-06-21
US20180017668A12018-01-18
EP2293013A22011-03-09
AT512768A12013-10-15
EP2622364A12013-08-07
EP3182159A12017-06-21
EP2293013A22011-03-09
CN207020306U2018-02-16
EP2293013A22011-03-09
Attorney, Agent or Firm:
WEISER & VOITH Patentanwälte Partnerschaft (AT)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Laserscanner (1), mit einem Gehäuse (23), einem Lasersender (11) mit einer Sendeapertur (S) zum Aus senden eines Sendestrahls (12), einem Laserempfänger (16) zum Empfangen des von einer Um gebung (12) reflektierten Sendestrahls (12) als Empfangsstrahl (15), und einer Strahlablenkeinrichtung im Strahlengang der Sende- und Empfangsstrahlen in Form einer auf einer drehbaren Welle (3) montierten Spiegelpyramide (2), deren Pyramidenachse die Drehachse (21 ) und deren dazu geneigte Pyramidenseiten jeweils eine Spiegelfacette (7 - 10) bilden, wobei der Lasersender (11) und der Laserempfänger (16) je weils im wesentlichen parallel zur Drehachse (21 ) der Spiegel pyramide (2) auf diese gerichtet sind, und wobei der Laserempfänger (16) zumindest eine der Spiegel- Pyramide (2) im Empfangsstrahlengang nachgeordnete Sammellinse

(20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (20) in Richtung der Drehachse (21 ) gesehen in ihrem Überlappungsbereich mit den Spiegelfacetten (7 - 10) im Flächenvergleich zumindest so groß wie das Doppelte der größten aller in Richtung der Drehachse (21 ) betrachteten Spiegelfacetten (7 - 10) ist.

2. Laserscanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (20) in Richtung der Drehachse (21 ) gese hen in ihrem Überlappungsbereich mit den Spiegelfacetten (7 - 10) im Flächenvergleich annähernd so groß wie das Doppelte der größten aller in Richtung der Drehachse (21 ) betrachteten Spie gelfacetten (7 - 10) ist.

3. Laserscanner Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Sammellinse durch eine in Richtung der Drehachse

(21 ) gesehen annähernd kreisförmige Sammellinse (20), deren op- tische Achse in der Drehachse (21 ) liegt, und eine der Sammel linse (20) Vorgesetzte Blende (22) gebildet ist.

4. Laserscanner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelpyramide (2) vier Spiegelfacetten (7 - 10) und die Blende (22) in Richtung der Drehachse (21 ) gesehen Halb kreisform hat.

5. Laserscanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Sammellinse durch eine in Richtung der Dreh achse (21 ) gesehen annähernd kreissektorförmige Sammellinse

(20) gebildet ist, deren optische Achse in der Drehachse (2') liegt.

6. Laserscanner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelpyramide (2) vier Spiegelfacetten (7 - 10) und die Sammellinse (20) in Richtung der Drehachse (21 ) gesehen Halbkreisform hat.

7. Laserscanner nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da durch gekennzeichnet, dass der Laserempfänger (16) ein im Brennpunkt der Sammellinse (20) angeordnetes Empfangselement

(21) hat, bevorzugt in Form eines Photomultipliers oder einer Lawinenphotodiode .

8. Laserscanner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, dass der Lasersender (11) einen im Emp fangsstrahlengang zwischen Spiegelpyramide (2) und Laserempfän ger (16) liegenden Umlenkspiegel (19) und einen auf den Umlenk spiegel (19) gerichteten Laser (18) aufweist, welcher außerhalb des Empfangsstrahlengangs liegt.

9. Laserscanner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, dass der Lasersender (11) auf den pyrami denbasisseitigen Randbereich (30) der Spiegelpyramide (2) ge richtet ist.

10. Laserscanner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (Ds) der Sendeapertur (S) des Lasersenders (11) auf Höhe einer Spiegelfacette (7 - 10) kleiner als ein Viertel, bevorzugt kleiner als ein Achtel, der Umfangserstre- ckung (Lu) dieser Spiegelfacette (7 - 10) im genannten Randbe reich (30) ist.

11. Laserscanner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (23) ein auf den Umfang der Spiegelpyramide (2) gerichtetes Fenster (24) aus transpa rentem Material für den Durchtritt der Sende- und Empfangs strahlen (12, 15) aufweist, welches in Umfangsrichtung (U) der

Spiegelpyramide (2) gesehen in zumindest drei zueinander abge winkelte Abschnitte (25 - 27) unterteilt ist, wobei der mittle- re Abschnitt (26) mindestens eine solche Länge (Li) hat, dass der von der Spiegelpyramide (2) abgelenkte Sendestrahl (12) ausschließlich durch den mittleren Abschnitt (26) hindurch tritt.

12. Laserscanner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da- durch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Spiegelfacetten (7 -

10) der Spiegelpyramide (2) unterschiedliche Neigung haben.

Description:
Laserscanner

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laserscanner mit einem Gehäuse, einem Lasersender mit einer Sendeapertur zum Aussenden eines Sendestrahls, einem Laserempfänger mit einer Empfangsapertur zum Empfangen des von einer Umgebung reflek tierten Sendestrahls als Empfangsstrahl und einer Strahlablenk einrichtung im Strahlengang der Sende- und Empfangsstrahlen in Form einer auf einer drehbaren Welle montierten Spiegelpyrami de, deren Pyramidenachse die Drehachse und deren dazu geneigte Pyramidenseiten jeweils eine Spiegelfacette bilden, wobei der Lasersender und der Laserempfänger jeweils im wesentlichen pa rallel zur Drehachse der Spiegelpyramide auf diese gerichtet sind.

Derartige Laserscanner sind beispielsweise aus der EP 2 622 364 Al oder der EP 3182 159 Al bekannt. Der axialparallel auf die sich drehende Spiegelpyramide gerichtete Sendestrahl wird von dieser periodisch über einen Abtastwinkelbereich ver- schwenkt, und der umgebungsreflektierte Empfangsstrahl wird auf demselben Wege zurückempfangen, d.h. die momentan zum Aussenden verwendete Spiegelfacette wird gleichzeitig zum Umlenken des aus derselben Richtung empfangenen Empfangsstrahls auf den La serempfänger verwendet.

Nach dem Stand der Technik (z.B. EP 2293 013 Al) ist die kreisrunde Empfangsapertur des Laserempfängers kleiner als ein Inkreis einer in Richtung der Drehachse betrachteten „aktiven" Spiegelfacette. Die aktive Spiegelfacette des Laserscanners ist dabei jeweils jene, über welche der Sendestrahl in seine Ab tastrichtung abgelenkt wird, denn aus dieser Richtung wird auch der reflektierte Empfangsstrahl zurückempfangen und von der ak tiven Spiegelfacette wieder zum Empfänger rückgeführt. Bei Dre hung der Spiegelfacette wandert der Empfangsaperturkreis über die Kante zwischen zwei Spiegelfacetten und wird dadurch fort schreitend angeschnitten bzw. sein auf der aktiven Spiegelfa cette liegenden Teil fortschreitend reduziert, was zu periodi- sehen, winkelabhängigen Empfangsempfindlichkeitseinbußen des Laserscanners führt.

Die CN 207020306U zeigt einen Laserscanner gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1. Die die Empfangsapertur bestimmende Sammellinse ist hier zwar etwas größer als eine Spiegelfacette, jedoch treten bei Drehung der Spiegelpyramide derselbe Anschneideeffekt und damit dieselben periodischen Empfindlich- keitseinbußen auf wie bei dem Laserscanner der EP 2293 013 Al.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, einen Laserscanner mit verbesserter Empfangsempfindlichkeit und damit größerer Reich weite zu schaffen.

Dieses Ziel wird mit einem Laserscanner mit einem Gehäuse, einem Lasersender mit einer Sendeapertur zum Aussenden eines Sendestrahls, einem Laserempfänger zum Empfangen des von einer Umgebung reflektierten Sendestrahls als Empfangsstrahl und ei ner Strahlablenkeinrichtung im Strahlengang der Sende- und Emp fangsstrahlen in Form einer auf einer drehbaren Welle montier ten Spiegelpyramide erreicht, deren Pyramidenachse die Drehach se und deren dazu geneigte Pyramidenseiten jeweils eine Spie gelfacette bilden, wobei der Lasersender und der Laserempfänger jeweils im wesentlichen parallel zur Drehachse der Spiegelpyra mide auf diese gerichtet sind, der Laserempfänger zumindest ei ne der Spiegelpyramide im Empfangsstrahlengang nachgeordnete Sammellinse aufweist und die Sammellinse in Richtung der Dreh achse gesehen in ihrem Überlappungsbereich mit den Spiegelfa cetten im Flächenvergleich zumindest so groß wie das Doppelte der größten aller in Richtung der Drehachse betrachteten Spie gelfacetten ist.

In Abkehr von den bekannten Lösungen wird nicht mehr die Empfangsapertur in die Spiegelfacette „eingepasst", sondern um gekehrt die Spiegelfacette in die Empfangsapertur. Da die Empfangsapertur erfindungsgemäß größer als die Spiegelfacette ist, wird so - zunächst einmal zumindest rund um die Mittellage des Sendestrahls auf der aktiven Spiegelfacette - diese zur Gänze für den Empfang ausgenützt. Wenn die Spiegelpyramide mit Pyramidenseiten unterschied licher Neigung ausgestattet ist, u.zw. um Sendestrahlen in meh reren voneinander divergierenden Abtastf ächern auszusenden, können die Spiegelfacetten in Richtung der Drehachse betrachtet unterschiedliche Größen haben. Dazu ist die Empfangsapertur in Richtung der Drehachse gesehen größer als die größte aller in Richtung der Drehachse betrachteten Spiegelfacetten, um den ge nannten Effekt in allen Abtastfächern zu erzielen.

Gemäß der Erfindung ist die Sammellinse in ihrem Überlap pungsbereich mit den Spiegelfacetten im Flächenvergleich in Richtung der Drehachse gesehen zumindest so groß wie das Dop pelte der größten aller in Richtung der Drehachse betrachteten Spiegelfacetten. Dadurch wird auch bei einem kleindurchmessri- gen Sendestrahl, d.h. dessen Sendeapertur klein ist im Verhält nis zur jeweils aktiven Spiegelfacette, erreicht, dass diese über ihren gesamten Bewegungsweg, über den sie vom Sendestrahl getroffen wird, in Drehachsenrichtung betrachtet innerhalb der Empfangsapertur liegt. So wird die gesamte aktive Spiegelfacet te für den Rückempfang des Empfangsstrahls während der gesamten Ablenkbewegung des Sendestrahls ausgenützt und dadurch die Emp fangsempfindlichkeit des Laserscanners optimiert.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die Empfangsapertur jedoch wiederum auch nicht so groß gemacht, dass sie unnötig Lichtanteile von nicht-aktiven Spiegelfacetten mitempfängt. Bevorzugt ist daher die Sammellinse in Richtung der Drehachse gesehen in ihrem Überlappungsbereich mit den Spiegelfacetten im Flächenvergleich annähernd so groß wie das Doppelte der größten aller in Richtung der Drehachse betrachte ten Spiegelfacetten. Dies optimiert die Empfangsempfindlichkeit unter größtmöglicher Unterdrückung von Störreflexionen.

Besonders günstig ist es, wenn die Sammellinse durch eine in Richtung der Drehachse gesehen annähernd kreisförmige Sam mellinse, deren optische Achse in der Drehachse liegt, und eine der Sammellinse Vorgesetzte Blende gebildet ist. Dies ergibt einen sehr einfachen, symmetrischen Aufbau, bei dem eine groß- durchmessrige Sammellinse in Drehachsenrichtung gesehen gleich sam deckungsgleich über der Spiegelpyramide liegt, während die Blende zur Ausblendung der Störreflexionen von nicht-aktiven Spiegelfacetten dient. Beispielsweise hat, wenn die Spiegelpy ramide vier Spiegelfacetten hat, die Blende in Richtung der Drehachse gesehen bevorzugt Halbkreisform und blendet somit je weils zwei nicht-aktive Spiegelfacetten aus.

Alternativ könnte statt der Verwendung einer Blende für eine kreisförmige Sammellinse auch gleich eine in Richtung der Drehachse gesehen annähernd kreissektorförmige Sammellinse ver wendet werden, deren optische Achse in der Drehachse liegt, insbesondere - für eine Spiegelpyramide mit vier Spiegelfacet ten - eine halbkreisförmige Sammellinse.

Bevorzugt hat dabei der Laserempfänger ein im Brennpunkt der Sammellinse angeordnetes Empfangselement, besonders bevor zugt in Form eines Photomultipliers oder einer Lawinenphotodio de. Dieser Aufbau gewährleistet eine hohe Empfangsempfindlich keit bei gleichzeitig großer Apertur des Laserempfängers.

Der Lasersender könnte direkt im Empfangsstrahlengang zwi schen Spiegelpyramide und Laserempfänger liegen, z.B. wenn er ein sehr kleiner Halbleiterlaser ist, der die Empfangsapertur nur geringfügig abdeckt. Bevorzugt weist jedoch der Lasersender einen im Empfangsstrahlengang zwischen Spiegelpyramide und La serempfänger liegenden Umlenkspiegel und einen auf den Umlenk spiegel gerichteten Laser auf, welcher außerhalb des Empfangs strahlengangs liegt, um die Empfangsapertur möglichst wenig ab zuschatten .

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung ist der Lasersender auf den pyramidenbasisseitigen Randbereich der Spiegelpyramide gerichtet. Dadurch wird der ausnützbare Bewe gungsweg der aktiven Spiegelfacette, d.h. ihr Drehwinkel um die Drehachse der Spiegelpyramide, erhöht. Denn aufgrund der endli chen, nicht-punktförmigen Sendeapertur des Lasersenders ist der Sendestrahl nur über jenen Winkelbereich der Drehbewegung der aktiven Spiegelfacette ausnützbar, in dem er zur Gänze oder weitgehend zur Gänze auf dieser liegt, da sonst eine benachbar te Spiegelfacette mitgetroffen und der Sendestrahl dadurch gleichzeitig auch in eine andere, unerwünschte Richtung abge lenkt wird. Durch Verlagern des Sendestrahls auf den Randbe reich der aktiven Spiegelfacette wird dessen ausnützbarer Dreh winkelbereich für das Aussenden des Sendestrahls maximiert.

Bevorzugt ist demgemäß der Durchmesser der Sendeapertur des Lasersenders auf Höhe einer Spiegelfacette kleiner als ein Viertel, besonders bevorzugt kleiner als ein Achtel, der Um fangserstreckung dieser Spiegelfacette im genannten Randbe reich.

Ein weiterer Vorteil des randseitigen Bestrahlens der Spiegelpyramide mit dem Lasersender ergibt sich im Zusammenhang mit einem Austrittsfenster des Gehäuses für den Durchtritt der Sende- und Empfangsstrahlen. Insbesondere wenn das Gehäuse ein auf den Umfang der Spiegelpyramide gerichtetes Fenster aus transparentem Material für den Durchtritt der Sende- und Emp fangsstrahlen aufweist, welches in Umfangsrichtung der Spiegel pyramide gesehen in zumindest drei zueinander abgewinkelte Ab schnitte unterteilt ist, hat der mittlere Abschnitt bevorzugt mindestens eine solche Länge, dass der von der Spiegelpyramide abgelenkte Sendestrahl ausschließlich durch den mittleren Ab schnitt hindurchtritt. Dadurch kann verhindert werden, dass der Sendestrahl von den Knicken des Glasfensters unkontrolliert bzw. unerwünscht gebrochen wird. In Verbindung mit der genann ten vorteilhaften randseitigen Anstrahlung der Spiegelpyramide durch den Lasersender, welche den Abstrahlpunkt des Sende strahls auf der aktiven Spiegelfacette dem dazu tangential lie genden Glasfenster näher bringt, kann dieser Mittelabschnitt besonders kurz gehalten werden, was eine besonders kompakte Bauweise des Laserscanners ermöglicht.

In jeder dieser Ausführungsformen kann die Spiegelpyramide regelmäßig sein, um den Sendestrahl in Form eines einzigen Ab tastfächers auszusenden, oder wie erörtert zumindest zwei Pyra midenseiten der Spiegelpyramide können unterschiedliche Neigung haben, um den Sendestrahl in zumindest zwei unterschiedlichen Abtastfächern auszusenden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnun gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 den Laserscanner der Erfindung ohne Gehäuse in ei ner schematischen Perspektivansicht;

Fig. 2 den Laserscanner von Fig. 1 in einem Blockschalt bild mit schematisch eingezeichneten Strahlverläufen; und die Fig. 3a - 3c die Spiegelpyramide und das Gehäusefens ter des Laserscanners der Fig. 1 und 2 in drei verschiedenen Drehstellungen der Spiegelpyramide, u.zw. jeweils in Relation zu den Sende- und Empfangsaperturen von Lasersender und -empfänger in einer Draufsicht auf die Spiegelpyramide in Rich tung ihrer Drehachse.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Laserscanner 1, der eine Spiegelpyramide 2 umfasst, welche auf einer Welle 3 montiert ist und von einem Motor 4 gedreht wird. An den Motor 4 ist ein Drehwinkelkodierer bzw. -sensor 5 angeflanscht, welcher die ak tuelle Stellung der Spiegelpyramide 2 misst bzw. kodiert und an eine Elektronikeinheit 6 (Fig. 2) signalisiert.

Die Spiegelpyramide 2 hat die Form einer vierseitigen Py ramide, deren Pyramidenachse 2' ihre Drehachse ist. Die zur Drehachse 2 1 geneigten Pyramidenseiten 7 - 10 bilden die Spie gelfacetten der Spiegelpyramide 2.

Es versteht sich, dass in der vorliegenden Beschreibung unter dem Begriff „Pyramidenform" bzw. „Spiegelpyramide" jede beliebige Art von Pyramide mit beliebiger polygonzugförmiger Grundfläche (Basis) verstanden wird, u.zw. sowohl gerade als auch „schiefe" Pyramiden (Pyramidenachse nicht senkrecht zur Grundachse), regelmäßige als auch unregelmäßige Pyramiden, spitze oder „stumpfe" Pyramiden („Pyramidenstumpfe"), sowie auch solche Pyramiden, die an ihrer Spitze und/oder Basis be schnitten sind, wie die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Pyrami- den, deren Basis kreisförmig beschnitten ist, um den Luftwider stand bei der Drehung zu verringern.

Auf die Spiegelpyramide 2 ist ein Lasersender 11 gerich tet, der einen Sendestrahl 12 auf die Spiegelfacetten 7 - 10 aussendet, u.zw. auf jeweils eine (die „aktive") Spiegelfacette 7 - 10 während deren Drehung, so dass der Sendestrahl 12 durch die Drehbewegung der Spiegelpyramide 2 periodisch über einen Abtastwinkel verschwenkt wird, um einen Abtastfächer 13 zu bilden. Mit dem Abtastfächer 13 kann beispielsweise eine Ober fläche 14 „zeilenweise" abgetastet werden, wenn der Abtastfä cher 13, z.B. der gesamte Laserscanner 1, in einer abtastebe- nenfremden Richtung R, z.B. normal zum Abtastfächer 13, über die Oberfläche 14 bewegt wird.

Die Reflexionen des Sendestrahls 12 bzw. Abtastfächers 13 von der Oberfläche 14 werden mit einem Laserempfänger 16 detek- tiert, der diese als Empfangsstrahl 15 - wieder über den Weg der Spiegelpyramide 2 - zurückempfängt, in elektrische Signale umwandelt und der Elektronikeinheit 6 zur Auswertung zuführt. Letztere steuert dazu den Lasersender 11 entsprechend an, z.B. getriggert, gepulst, moduliert usw., wie in der Technik be kannt.

Die hier betrachtete Spiegelpyramide 2 ist von einer spe ziellen Art, u.zw. hat zumindest eine der Pyramidenseiten 7 - 10 eine andere Neigung gegenüber der Drehachse 2' als die übri gen Pyramidenseiten 7 - 10. Dadurch ergeben sich bei der Dre hung der Spiegelpyramide 2 nicht nur ein einziger Abtastfächer 13, sondern je nach Anzahl der Neigungen zwei, drei oder mehr Abtastfächer 13, 17 usw., die voneinander divergieren. Laser scanner dieser Art werden für unterschiedliche Anwendungszwecke benötigt, beispielsweise zur Erfassung von Hinterschneidungen der Oberfläche 14, für Kompensations- oder Differenzmessungen durch zweimaliges Abtasten derselben Oberfläche 14 od.dgl.

Der Lasersender 11 könnte direkt im Strahlengang des Emp fangsstrahls 15 zwischen Spiegelpyramide 2 und Laserempfänger 16 liegen, beispielsweise wenn es sich um einen sehr kleinen Halbleiterlaser handelt. Im gezeigten Beispiel setzt sich der Lasersender 11 jedoch aus einem größeren Laser 18 außerhalb des Empfangsstrahlengangs und einem kleinen Umlenkspiegel 19 zusam men, welcher im Empfangsstrahlengang zwischen Spiegelpyramide 2 und Laserempfänger 16 liegt und den aus dem Laser 18 austreten den Laserstrahl 12 etwa parallel zur Drehachse 2 1 auf die Spie gelpyramide 2 richtet.

Der Laserempfänger 16 könnte grundsätzlich von jeder in der Technik bekannten Art sein, beispielsweise ein großformati ges fotoempfindliches Element, ein CCD-Chip usw. Im gezeigten Beispiel weist der Laserempfänger 16 (zumindest) eine Sammel linse 20 und ein dieser im Empfangsstrahlengang nachgeordnetes, im Brennpunkt der Sammellinse 20 angeordnetes Empfangselement

21 auf. Das Empfangselement 21 ist hochempfindlich, beispiels weise ein Photomultiplier oder eine Lawinenphotodiode.

Der Sammellinse 20 im Empfangsstrahlengang vorgeordnet ist eine (hier: halbkreisförmige) Blende 22, deren Funktion später noch näher erläutert wird. Die optische Achse der Sammellinse 20 fällt mit der Drehachse 2' der Spiegelpyramide 2 zusammen. Die Größe der Sammellinse 20 in Verbindung mit der Blende 22, d.h. abzüglich ihres von der Blende 22 ausgeblendeten Teils, und die Größe der jeweils aktiven Spiegelfacette 7 - 10, d.h. die kleinere der beiden Größen, bestimmt die Empfangsapertur des Laserempfängers 16. Anstelle der Kombination aus Sammellin se 20 und vorgeordneter Blende 22 könnte auch einfach die Sam mellinse 20 beschnitten sein, d.h. der zuvor durch die Blende

22 definierte Teil der Sammellinse 20 „weggeschnitten" sein, wodurch die Sammellinse 20 Kreissektorform oder (hier:) Halb kreisform hat.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist der Sendestrahl 12 beispielswei se ein gepulster Laserstrahl mit einzelnen Sendeimpulsen, die jeweils zu einem Sendeimpulszeitpunkt t s,n ausgesandt, nach Ab lenkung durch die Spiegelpyramide 2 von einem Punkt U n der 0- berfläche 14 reflektiert und nach Rückumlenkung über die Spie gelpyramide 2 im Laserempfänger 16 zu einem Empfangszeitpunkt t E,n empfangen werden. Aus der Laufzeit DT h = t E,n - t s,n eines Impulses kann dann anhand der bekannten Beziehung

D n = c·DT h /2 = C ·(ts, n - t E,n )/2, (1) mit t s,n ...Sendezeitpunkt des Sende-Laserimpulses S n , t E,n ...Empfangszeitpunkt des Empfangs-Laserimpulses E n , und c . Lichtgeschwindigkeit. die Zielentfernung D n des Laserscanners 1 in der jeweiligen Senderichtung zum Umgebungsziel U n bestimmt werden.

Fig. 2 zeigt den Laserscanner 1 von Fig. 1 - zweidimensio nal schematisch vereinfacht - eingebaut in ein Gehäuse 23. Für den Durchtritt der Sende- und Empfangsstrahlen 12, 15 besitzt das Gehäuse 23 ein Fenster 24 aus transparentem Material, z.B. Kunststoff oder Glas. Das Fenster 24 könnte beispielsweise eine große plane Glasscheibe sein oder Zylindersegmentform haben und sich in Umfangsrichtung U (Fig. 3b) der Spiegelpyramide 2 gese hen über den Abtastwinkel erstrecken. Da einerseits ein pla nes Glasfenster 24 sehr groß sein müsste, um den Abtastwinkel sowohl für den Sendestrahl 12 als auch den Empfangsstrahl 15 aufzunehmen, und anderseits die Herstellung zylindrisch ge krümmter Glasfenster aufwendig ist, ist das Glasfenster 14 wie dargestellt aus mehreren planen, zueinander abgewinkelten Ab schnitten 25, 26, 27 zusammengesetzt, beispielsweise zusammen geklebt.

In den Fig. 3a - 3c sind drei Drehstellungen einer „akti ven" Spiegelfacette, das ist jeweils jene Spiegelfacette 7 -

10, welche gerade vom Sendestrahl 12 getroffen wird, hier die Spiegelfacette 7 (dünn schraffiert), bezüglich der Auftreffflä che bzw. Sendeapertur S (dick schraffiert) des Lasersenders 11 und der Empfangsapertur E (punktiert) des Laserempfängers 16 gezeigt, und zwar: in Fig. 3a jene Winkelstellung der aktiven Spiegelfa cette 7, in welcher die Sendeapertur S die Kante 28 zwischen Spiegelfacette 10 und aktiver Spiegelfacette 7 gerade über schritten hat und somit zur Gänze auf der aktiven Spiegelfacet te 7 liegt; in Fig. 3b die Mittelstellung, in welcher die aktive Spiegelfacette 7 soweit verdreht wurde, dass die Sendeapertur S in Umfangsrichtung U gesehen in der Mitte der aktiven Spiegel- facette 7 liegt; und in Fig. 3c jene Stellung, in welcher die Sendeapertur S gerade noch zur Gänze auf der aktiven Spiegelfacette 7 liegt, d.h. gerade bevor sie die Kante 29 zwischen der aktiven Spie gelfacette 7 und der angrenzenden Spielfacette 8 überschreitet und damit diese dann „aktiv" macht.

Wie ersichtlich ist der Lasersender 11 auf den Randbereich 30 der Spiegelpyramide 2 gerichtet, d.h. der Radialabstand r seines Auftreffpunktes bzw. der Sendeapertur S bezüglich der Drehachse 2' ist so weit maximiert, dass die Sendeapertur S in Radialrichtung gerade noch auf der aktiven Spiegelfacette 7 liegt. Ferner sollte der Durchmesser D s der Sendeapertur S mög lichst klein im Verhältnis zur Umfangserstreckung Lu der akti ven Spiegelfacette 7 im Randbereich 30 sein. Beispielsweise ist der Durchmesser D s der Sendeapertur S kleiner als ein Viertel, insbesondere kleiner als ein Achtel, der Umfangserstreckung L a der jeweils aktiven Spiegelfacette 7 - 10 in deren Randbereich 30.

Um zu vermeiden, dass der Sendestrahl 12 während der Ab tastbewegung über den Abtastwinkel einen der Knicke zwischen den Abschnitten 25 und 26 bzw. 26 und 27 überstreicht und dort unregelmäßig gebrochen bzw. versetzt wird, hat der mittlere Ab schnitt 26 eine solche Länge Li in Umfangsrichtung U der Spie gelpyramide 2 gesehen, dass der von der Spiegelpyramide 2 abge lenkte Sendestrahl 12 ausschließlich durch den mittleren Ab schnitt 26 hindurchtritt. Es versteht sich, dass die Länge Li dabei vom Abstand der Spiegelpyramide 2 zum mittleren Abschnitt 26, der Neigung der Spiegelfacetten 7 - 10 zur Drehachse 2' und dem Radialabstand r des Auftreffpunkt des Sendestrahls 12 auf der Spiegelpyramide 2 zur Drehachse 2 1 abhängt. Je näher das Glasfenster 14 zur Spiegelpyramide 2 liegt und je weiter radial außen der Sendestrahl 12 auf die Spiegelpyramide 2 auftrifft, desto kürzer kann die Länge Li des mittleren Abschnitts 26 und damit insgesamt das Glasfenster 14 sein.

Die Längen L 2 der äußeren Abschnitte 25, 27 und deren Win kel ß zum mittleren Abschnitt 26 werden möglichst so gewählt, dass der vom Umgebungspunkt U n diffus, d.h. aufgeweitet, re flektierte Empfangsstrahl 15 die gesamte aktive Spiegelfacette 7, die gerade vom Sendestrahl 12 getroffen wird, auch noch in den beiden äußersten Endstellungen des Sendestrahls 12 auf der aktiven Spiegelfacette 7, wie sie in den Fig. 3a und 3c darge stellt sind, treffen kann.

Gemäß den Fig. 3a - 3c ist die Empfangsapertur E (punk tiert) des Laserempfängers 16 etwa so groß wie das Doppelte ei ner der Spiegelfacetten 7 - 10 (dünn schraffiert) in Richtung der Drehachse 2' gesehen, d.h. jeweils in einer Projektion in Richtung der Drehachse 2 1 auf eine zur Drehachse normale Pro jektionsebene (hier: die Zeichnungsebene). Wenn die Spiegelfa cetten 7 - 10 der Spiegelpyramide 2 unterschiedliche Neigungen haben, um verschiedene Abtastfächer 13, 17 zu erzeugen, sind sie in Richtung der Drehachse 2 1 betrachtet in der Regel unter schiedlich groß. In diesem Fall ist die Empfangsapertur E des Laserempfängers 16 bevorzugt etwa so groß wie das Doppelte der größten aller in Richtung der Drehachse 2 1 betrachteten Spie gelfacetten 7 - 10.

Durch die Verwendung einer derart großen Empfangsapertur E kann der Laserempfänger 16 in jeder der in den Fig. 3a - 3c ge zeigten Stellungen der Spiegelpyramide 2 jeweils die gesamten von einer aktiven Spiegelfacette, wie hier der Spiegelfacette 7, zurückempfangenen und umgelenkten Empfangsstrahlen 15 aus- nützen und empfangen. Beispielsweise wird dies durch die in Fig. 1 gezeigte Sammellinse 20 erreicht, die in den Draufsich ten der Fig. 3a und 3c jeweils zwei nebeneinanderliegende der Spiegelfacetten 7 - 10 im Wesentlichen überlappt. Dadurch ist gewährleistet, dass selbst in den beiden Endstellungen der Sen deapertur S auf der aktiven Spiegelfacette 7 (Fig. 3a und 3c) jeweils die gesamte Fläche der aktiven Spiegelfacette 7 für den Empfang des Empfangsstrahls 15 ausgenützt werden kann, ohne diesen zu beschneiden.

Grundsätzlich könnte die Empfangsapertur E (in Drehachsen richtung 2' betrachtet) auch größer als das Doppelte der größ ten Spiegelfacette sein, also beispielsweise die gesamte Spie gelpyramide 2 abdecken, d.h. die Blende 22 entfallen. Dadurch wird die Empfangsempfindlichkeit des Laserscanners 1 jedoch nicht weiter erhöht, denn nur Empfangsstrahlen 15, die jeweils aktive Spiegelfacette 7 treffen und aus der interessierenden Aussenderichtung des Sendestrahls 12 einfallen, sind Nutzstrah len. Eine Vergrößerung der Empfangsapertur E über die in Dreh achsenrichtung 2 1 betrachtete Fläche zweier Spiegelfacetten 7 - 10 hinaus, beispielsweise durch Weglassen der Blende 22, ver größert daher nicht mehr die Empfangsempfindlichkeit, sondern kann im Gegenteil zu Einstreuen von Störsignalen in den Laser empfänger 16 führen, beispielsweise von internen Reflexionen der Sende- und Empfangsstrahlen 12, 15 im Gehäuse 23, wenn die se auf die rückseitigen, nicht-aktiven Spiegelfacetten, das sind die Spiegelfacetten 8, 9 in Fig. 3a, 9 in Fig. 3b und 9, 10 in Fig. 3c, auftreffen.

Hingegen könnte die Empfangsapertur E auch in einem Be reich zwischen dem Einfachen der in Drehachsenrichtung 2 1 be trachteten Fläche einer Spiegelfacette 7 - 10 (insbesondere der größten derselben) und dem genannten Doppelten liegen, mit ent sprechender Verringerung der Empfangsempfindlichkeit des Laser scanners 1 nahe den Endstellungen der Fig. 3a und 3c, weil dann die Empfangsapertur E nicht mehr die gesamte aktive Spiegelfa cette 7 erfassen kann bzw. diese „anschneidet". Dennoch ergibt sich auch hier eine Vergrößerung der Empfangsempfindlichkeit des Laserscanners 1 gegenüber herkömmlichen Laserscannern, u.zw. zumindest rund um die Mittelstellung von Fig. 3b. Die Steigerung der Empfangsempfindlichkeit des Laserscan ners 1 kann für eine Steigerung seiner Reichweite ausgenützt werden, sodass auch ferne Umgebungsziele U n , welche nur schwa che Empfangsstrahlen 15 reflektieren, vermessen werden können. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs formen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Modifikatio nen und deren Kombinationen, die in den Rahmen der angeschlos sen Ansprüche fallen.