AT509180A1

AT509180A1 - Optoelektronisches messsystem

Info

Publication number: AT509180A1
Application number: AT0183609A
Authority: AT
Inventors: Rainer Ing Reichert; Martin Dipl Ing Dr Pfennigbauer; Andreas Dr Ullrich; Johannes Dr Riegl
Original assignee: Riegl Laser Measurement Sys
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-06-15
Also published as: AT509180B1

Abstract

Optoelektronisches Messsystem mit einer optoelektronischen Sensoreinheit, die eine Empfangseinrichtung umfasst, welche die von Zielen stammende IR-, sichtbare und / oder UV-Strahlung empfängt, wobei der Empfangseinrichtung ein optisches System vorgeschaltet ist, welches eine optische Achse und ein Gesichtsfeld definiert, ferner mit einer Ablenkeinrichtung für die optische Achse und das Gesichtsfeld der Empfangseinrichtung, die ein rotierendes Polygonspiegelrad umfasst, weiters mit einer Auswerteeinrichtung für die Sensorsignale, das Messsystem umfasst ferner eine Datenverarbeitungs-Einrichtung, die zu jedem Messwert den Ablenkwinkel des Polygonspiegelrads erfasst und so Messdaten erzeugt, die einem Messsystem- eigenen Koordinatensystem zugeordnet werden, wobei das Messsystem mindestens eine weitere optoelektronische Sensoreinheit umfasst und die optischen Achsen der weiteren Sensoreinheiten von demselben Polygonspiegelrad abgelenkt werden, wobei die Empfangsrichtungen der ersten und der weiteren Sensoreinheiten von verschiedenen Facetten des Polygonspiegelrades abgelenkt werden und damit der Zielraum von mehreren Sensoreinheiten im Wesentlichen gleichzeitig abgetastet wird.

Description

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RIEGL

Laser Measurement Systems GmbH Horn OPTOELEKTRONISCHES MESSSYSTEM.

Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Messsystem mit einer optoelektronischen Sensoreinheit, die unter anderem eine Empfangseinrichtung umfasst, welche die von Zielen emittierte und/oder reflektierte Strahlung aus dem sichtbaren Bereich und/oder dem IR- und/oder dem UV-Bereich des Spektrums empfängt. Der Empfangseinrichtung ist ein optisches System, beispielsweise ein Objektiv vorgeschaltet, welches eine optische Achse und ein Gesichtsfeld definiert. Das Messsystem umfasst ferner eine Scan- oder Ablenkeinrichtung für die optische Achse und das Gesichtsfeld der Empfangseinrichtung, die ein um eine Achse rotierendes Polygonspiegelrad aufweist Weiters ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, der die elektrischen Signale der Sensoreinheit zugefuhrt werden und die aus diesen bestimmte Messwerte ermittelt. Das Messsystem umfasst ferner eine Datenverarbeitungsseinrichtung, die zu jedem Messwert den Ablenkwinkel des Polygonspiegelrads «fasst und so Messdaten «zeugt, die einem Messsystem- eigenen Koordinatensystem zugeordnet werden können und gegebenenfalls in einem Datenspeicher abgelegt werden.

Bei einer ganzen Reihe von Messaufgaben werden mehrere der oben beschriebenen Systeme parallel eingesetzt, beispielsweise um die effektive Messrate und damit die Dichte der aufgezeichneten Punkte zu erhöhen, oder um unterschiedliche Messsysteme zu kombinieren. Beispiele für Messsysteme sind £ «·»* ♦# »·** »· i

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Laser-Entfernungsmesser-Scanner, Laser-Gasdetektor-Scanner oder Multispektral-Scannersysteme.

Werden beispielsweise Untersuchungen der Vegetation in einem Gebiet 5 durchgeführt, können im Allgemeinen Laser-Entfemungsmesser-Scanner eingesetzt werden, mit welchen die Topografie des Zielgebietes vermessen wird. Bei Einsatz von mehrzielfähigen Systemen kann gleichzeitig die Höhe der Vegetation, typisch der Baumbestände, gemessen werden. Um zusätzliche Informationen über die verschiedenen Arten innerhalb der Vegetation zu 10 erhalten, können in Kombination mit dem Laser-Scanner Multispektral-

Scannersysteme eingesetzt werden.

Beide Systeme liefern nach einer entsprechenden Auswertung Messdaten im jeweils Messsystem- eigenen Koordinatensystem, die exakt einander zugeordnet 15 werden müssen. Hierzu ist es notwendig, ein Messsystem mit hoher Genauigkeit in Bezug auf das andere auszurichten. Im Zuge einer solchen Kalibrierung ist es im Allgemeinen erforderlich einige Messreihen auszuführen.

Vielfach ist es erforderlich, für bestimmte Messaufgaben den Winkel unter 20 welchem das Gelände od. dergl. abgetastet wird, entsprechend den spezifischen Anforderungen zu optimieren. Alle diese Einstellungen und Kalibrierungen sind mit einem großen zeitlichen Aufwand verbunden. Bei den hohen Investitionskosten derartiger Messsysteme und der zugehörigen speziellen Trägerfahrzeugen bzw. Fluggeräten wie Flächenflugzeugen oder Hubschrauber 25 ergeben sich erhebliche Kosten für eine solche Justage bzw. Kalibrierung.

Weitere Probleme solcher Messgeräte-Cluster ergeben sich aus dem relativ großen Platzbedarf. Müssen die einzelnen Geräte aus Platzgründen in einem größeren Abstand am Träger-Fahrzeug bzw. -Fluggerät angeordnet werden so 30 kann durch Schwingungen, Vibrationen od. dgl. die Kalibrierung und damit die gegenseitige Zuordnung der Messpunkte der verschiedenen Systeme gestört 2 *« · ( * < * * ·* »I ·

Pat. 530 ! i ’ 1 ’^ser Measurement Systems werden. Bei Messungen im Nahbereich können darüber hinaus Parallaxenfehlar auftreten.

Ein weiteres Problem kann speziell beim Einsatz in Fluggeraten der hohe 5 Energieverbrauch darstellen.

Alle diese Problem der bekannten Messsysteme werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass das Messsystem mindestens eine weitere optoelektronische Sensoreinheit umfasst und die optischen Achsen der weiteren 10 Sensoreinheiten von demselben Polygonspiegelrad abgelenkt werden, wobei die optischen Achsen der ersten und der weiteren Sensoreinheiten von verschiedenen Facetten des Polygonspiegelrades abgelenkt werden und damit der Zielraum von mehreren Sensoreinheiten im Wesentlichen gleichzeitig abgetastet wird. 15

Durch die oben angeführten Maßnahmen ergibt sich ein außerordentlich kompakter und stabiler Aufbau, der weitgehend unempfindlich gegen Schwingungen und Vibrationen ist. Durch die Integration verschiedener optoelektronischer Sensoreinheiten in einem Messkopf entfällt oder reduziert sich 20 im Falle einer Änderung des Messwinkels der Aufwand für die Justage bzw.

Kalibrierung. Die bauliche Vereinigung der verschiedenen Sensoren in einem Gesamt-System erlaubt die Nutzung von Synergieeffekten, die nicht nur die Kosten für solche Systeme reduzieren, sondern auch zu einer erheblichen Senkung des Energiebedarfs des Systems im Vergleich zu bekannten Anlagen 25 führen kann.

Es können unterschiedliche Messsysteme kombiniert werden, oder gleiche Messsysteme mit unterschiedlichen Eigenschaften, z.B. hinsichtlich des Wellenlängenbereichs, oder gleiche Messsysteme mit identen Eigenschaften. 30 Eine gegenseitige Beeinflussung und Störung der optoelektronischen

Sensoreinheiten kann dadurch vermieden werden, dass durch entsprechende 3 «« v ι ·*·* *♦ ·*· * ♦ ♦* *1 · * *·

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Ausrichtung der optischen Achsen der verschiedenen Sensoreinheiten in Bezug auf die Drehachse des Polygonspiegelrads die durch die Scanbewegung der Ablenkeinrichtung von den optischen Achsen der unterschiedlichen Sensoreinheiten überstrichenen Bereiche im Wesentlichen unterschiedliche 5 Lagen und Ausrichtungen auf weisen.

Ist die oben beschriebene Auslegung des Messsystems nicht möglich oder nicht zweckmäßig können durch entsprechende Ausrichtung der optischen Achsen der verschiedenen Sensoreinheiten in Bezug auf die Drehachse des 10 Polygonspiegelrads die durch die Scanbewegung der Ablenkeinrichtung von den optischen Achsen der unterschiedlichen Sensoreinheiten überstrichenen Bereiche im Wesentlichen auch gleiche Lagen und Ausrichtungen aufweisen. In einem solchen Fall sind die Sensoreinheiten jedoch so synchronisiert, dass sie einander nicht beeinflussen oder stören. 15

Umfasst das erfindungsgemäße Messsystem zwei optoelektronische Sensoreinheiten so sollen die optischen Achsen der beiden Sensoreinheiten vorzugsweise in derselben Ebene liegen, die auch die Rotationsachse des Polygonspiegelrads enthält, wobei die optischen Achsen der beiden 20 Sensoreinheiten auf gegenüberliegende Seiten des Polygonspiegelrads treffen.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind bei der oben beschriebenen Anordnung die auf die Facetten des Polygonspiegelrads gerichteten optischen Achsen der beiden Sensoreinheiten symmetrisch in Bezug auf die Rotationsachse 25 des Spiegelrads.

Zur Durchführung bestimmter Messaufgaben umfasst mindestens eine optoelektronische Sensoreinheit des erfindungsgemäßen Messsystems eine Strahl ungsquelle mit einer definierten optischen Achse, welche Strahlen in 30 Bereichen des Spektrums emittiert, in welchen die Empfangseinrichtung der Sensoreinheit empfindlich ist, wobei die optischen Achsen der 4

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Empfangseinrichtung und der Strahlungsquelle im Wesentlichen parallel verlaufen und von der selben Facette des Polygonspiegelrads abgelenkt werden.

In einer vorteilhaften AusfÜhrungsform der Erfindung ist zumindest eine der 5 Sensoreinheiten ein Laser-Entfernungsmesser, der einen Laser-Sender umfasst, der gepulste bzw. modulierte Laser-Strahlung aussendet und eine auf den Laser-Sender abgestimmte Empfangseinrichtung aufweist, welche die von Zielen reflektierte Strahlung empfängt, wobei dem Laser-Sender und der Empfangseinrichtung je ein optisches System, insbes. ein Objektiv vorgeschaltet 10 ist und die Sensoreinheit von einer Steuerungseinheit ansteuerbar ist. Das Messsystem umfasst ferner eine Auswerteeinrichtung, der Signale der Sensoreinheit zugefuhrt werden und die aus diesen die Laufzeit der Laserimpulse, bzw. die Phasenlage der modulierten Laser-Strahlung und in weiterer Folge die Distanz zwischen dem Messsystem und den Zielen ermittelt. 15 In einer Datenverarbeitungsstufe werden zu jedem Messpunkt die gemessene

Entfernung und der Ablenkwinkel des Polygonspiegelrades erfasst und so ein 3-D-Datensatz bezogen auf das Messsystem- eigene Koordinatensystem erzeugt

Zum Nachweis und zur Messung von Konzentrationen bestimmter Gase muss 20 zumindest eine der Sensoreinheiten eine Laserquelle aufweisen, die in einem Spektralbereich emittiert, in welchem das entsprechende Gas eine erhöhte Absorption aufweist.

In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist zumindest eine der 25 Sensoreinheiten ein Multispektralsensor.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Messsystem mit einer Laser-Entfernungsmesser-Sensoreinheit eine zweite Sensoreinheit als Laser-Entfernungsmesser ausgebildet, wobei die beiden Sensoreinheiten den 30 Zielraum aus zwei verschiedenen Richtungen abtasten und / oder die Laserquellen der beiden Sensoreinheiten Strahlen in unterschiedlichen 5

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Spektralbereichen emittieren.

In dem oben beschriebenen Messsystem werden bevorzugt zumindest Teile der Auswerteeinrichtung für die Laser-Entfemungsmesser-Sensoreinheiten 5 gemeinsam genutzt, wobei die Sensoreinheiten synchronisiert, insbesondere von einer gemeinsamen Steuerungseinheit gesteuert sind.

Vorzugsweise werden durch entsprechende Auslegung bzw. Einstellung der optischen Systeme der Sensoreinheiten die Sendestrahlen und/oder 10 Gesichtsfelder verschiedener Sensoreinheiten unterschiedlich aufgeweitet, so dass sich auf den Zielen Messflecke (Footprints) verschiedener Größe ergeben.

Zur Erzielung einer möglichst robusten und gegen äußere Einflüsse unempfindliche Messeinrichtung sind die Sensoreinheiten und das 15 Polygonspiegelrad in einem Messkopf starr montiert, wobei dieser Messkopf gegebenenfalls um eine Achse verstellbar gelagert ist und der Verstellwinkel erfasst und bei der Eintragung der Messpunkte in das Messsystem- eigene Koordinatensystem berücksichtigt wird. Durch einen solchen, um eine Achse verstellbaren Messkopf kann die Einstellung und Kalibrierung des Messsystems 20 ganz wesentlich vereinfecht werden.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst das Messsystem Mittel zur Bestimmung der Position und Lage im Raum wobei die Daten der Sensoreinheiten und die Positions- und Lagedaten jeweils mit einem eindeutigen 25 Zeitstempel versehen werden, um eine Überführung der Messwerte vom . Messsystem- eigenen Koordinatensystem in ein Weltkoordinatensystem zu ermöglichen.

Sind in einem solchen Messsystem die Sensoreinheiten und das 30 Polygonspiegelrad in einem Messkopf starr montiert, so wird erfindungsgemäß der Messkopf mit der Lagebestimmungseinheit starr verbunden bzw. bildet der 6

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Messkopf mit dieser eine Einheit, wobei der Messkopf gegebenenfalls um eine Achse verstellbar gelagert ist und der Verstellwinkel von der Lagebestimmimgsemheit erfasst und bei der Eintragung der Messpunkte in ein Weltkoordinatensystem berücksichtigt wird. 5 ln einem Messsystem, das bei der Messung translatorisch über ein Zielgebiet oder entlang eines solchen bewegt wird, schließt vorteilhaft die Rotationsachse des Polygonspiegelrades mit dem Messsystem- eigenen Koordinatensystem einen solchen Winkel ein, dass der durch die Scanbewegung der Ablenkeinrichtung 10 von der optischen Achse der ersten Sensoreinheit überstrichene Bereich im

Wesentlichen parallel zu einer normal auf den Richtungsvektor der translatorischen Bewegung ausgerichteten Achse des Messsystem- eigenen Koordinatensystems verläuft und somit normal auf den Richtungsvektor der translatorischen Bewegung ausgerichtet ist, wobei der durch die Scanbewegung 15 der Ablenkeinrichtung von der optischen Achse der zweiten Sensoreinheit überstrichene Bereich davon abweicht, und somit in Bezug auf die translatorische Bewegung nach vorne oder hinten oder seitwärts ausgerichtet ist.

Vorzugsweise können durch Verkippen des Messkopfes, der die Sensoren und 20 das Polygonspiegelrad umfasst bzw. des gesamten optoelektronischen

Messsystems, die durch die Scanbewegung der Ablenkeinrichtung von den optischen Achsen der unterschiedlichen Sensoreinheiten überstrichenen Bereiche so verändert werden, dass sie für die jeweilige Anwendung optimal sind. 25 In einer speziellen Ausführung eines Luftfahrzeug gestutzten (airbome)

Messsystems gemäß der Erfindung emittiert der Laser-Sender der Sensoreinheit, welche den Zielraum mit einem Strahlenfächer abtastet, der im Wesentlichen normal auf den Richtungsvektor der translatorischen Bewegung ausgerichtet ist, Laserstrahlung im infraroten Wellenlängenbereich. Der Laser-Sender der zweiten 30 Sensoreinheit emittiert hingegen vorzugsweise im sichtbaren Bereich des Spektrums, bevorzugt im grünen Bereich, so dass bei der Vermessung der 7

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Laser Measurement Systems

Topografie eines Terrains das Gewässer umfasst, durch die zweite Sensoreinheit im Allgemeinen auch der Sohleverlauf der Gewässer vermessen werden kann.

In einem Luftfahrzeug gestützten (airbome), erfindungsgemäßem Messsystem 5 mit einer Laser-Entfemungsmesser-Sensoreinheit wird eine, im infraroten

Wellenlängenbereich arbeitende Sensoreinheit für Landvermessung und für die Bestimmung der Lage der Wasseroberfläche verwendet.. Für die Bestimmung der Lage der Wasseroberfläche kann erfindungsgemäß auch 10 ein ggf. vorhandener Infrarotanteil einer Sensoreinheit, die im Wesentlichen Strahlung in anderen Bereichen des Spektrums, vorzugsweise im sichtbaren Bereich des Spektrums aussendet, ausgekoppelt und entsprechend analysiert werden. 15 Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden

Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Messsystem mit zwei Sensoreinheiten. Die Figuren 2 und 3 veranschaulichen das Messprinzip an Hand einiger airbome Anwendungen. In der Fig. 4 ist eine Variante zu dem in Fig. 1 20 gezeigten Messsystem schematisch dargestellt, die Fig. 5 veranschaulicht das entsprechende Messprinzip. Die Fig. 6 zeigt eine Variante der in der Fig. 4 dargestellten zweiten Sensoreinheit.

In Fig. 1 ist das optoelektronische Messsystem schematisch, eingebaut in einem 25 Container 1 dargestellt Es umfasst einen Messkopf 2 mit zwei optoelektronischen Sensoreinheiten 2a und 2b sowie einem Polygonspiegelrad 34 als Ablenkeinrichtung. Beide Sensoreinheiten beinhalten Empfangseinrichtungen (25 und 45). Bei dem dargestelhen Spiegelrad 34 sind die Facetten 28 bis 33 Flächen einer regelmäßigen Pyramide. Es können aber auch prismatische Spiegelräder 30 eingesetzt werden. Es gibt auch bezüglich der Anzahl der Spiegelflächen keine Einschränkungen. Die Zahl der Spiegelflächen wird im Allgemeinen 8 »·#· «« «··* • m · ·

Pat. 530 ! i ! · JHECiL Laser Measurement Systems entsprechend der jeweiligen Anwendung festgelegt. Es können auch Spiegelräder mit einer ungeraden Zahl von Facetten eingesetzt werden.

Der Antrieb des Spiegelrades 34 erfolgt durch einen Elektromotor 35, mit 36 und 5 37 ist ein Winkeldecoder bezeichnet, der direkt an das Spiegelrad 34 angebaut ist und den jeweiligen Drehwinkel desselben misst. Die Rotationsachse 38 des Spiegelrades 34 schließt mit der y-Achse 102 des Messsystem- eigenen Koordinatensystems 101-103 einen Winkel von α = 90° ein. Die Rotationsachse 38 könnte jedoch in entsprechenden Modifikationen der Erfindung mit der y-10 Achse 102 auch Winkel von α = 75°- 90° einschließen.

Die optische Achse 57 des Empfangsclements 25 der ersten optoelektronischen Sensoreinheit 2a schließt in der dargestellten Ausführung mit der y-Achse 102 des Messsystem- eigenem Koordinatensystems 101-103 einen Winkel νοηγ -15 90° ein. Der Winkel γ kann grundsätzlich im Bereich von 90°-125° verändert werden. Emittierte und/oder reflektierte Strahlung aus dem sichtbaren Bereich und/oder dem IR- und/oder dem UV-Bereich des Spektrums aus Bereichen innerhalb des Gesichtsfelds 56 der Empfangseinrichtung 25 treten durch das Fenster 40 in das Gehäuse 39 des Messkopfs 2 ein. Die Strahlung 56 wird an 20 einer der Facetten 28-33 des Polygonspiegelrades 34 reflektiert und trifft auf den Empfänger 25. Sie wird dort durch eine Optik 51 auf ein fotosensitives Element 52, beispielsweise eine Photodiode oder eine Avalanche-Diode, fokussiert.

Die zweite optoelektronische Sensoreinheit 2b hat einen ähnlichen Aufbau wie 25 die erste (2a). Die optische Achse 60 der Empfangseinrichtung 45 schließt mit der y-Achse 102 des Messsystem- eigenen Koordinatensystems 101-103 einen Winkel von ß = 90° ein. Dieser Winkel ß kann grundsätzlich zwischen 65° und 90° variieren. Emittierte und/oder reflektierte Strahlung aus dem sichtbaren Bereich und/oder dem IR- und/oder dem UV-Bereich des Spektrums aus 30 Bereichen innerhalb des Gesichtsfelds 104 der Empfangseinrichtung 45 treten durch das Fenster 44 in den Messkopf 2 ein und werden durch eine der Facetten 9

Pat 530 : ! 99» 9 9· ·· 9· • «99 »·· f* 999 RIF.QL Ldser Measurement Systems 28-33 des Polygonspiegelrades 34 zu dem Empfänger 45 umgelenkt Die optische Achse dieser Empfangseinrichtung ist mit 60 bezeichnet. Analog zum ersten Sensor wird im Empfänger 45 die Strahlung durch eine Optik 61 auf ein fotosensitives Element 62 fokussiert. 5 ln besonderen Ausfuhrungsformen können die Sensoreinheiten 2a und 2b auch Laserquellen (24 und 41) beinhalten, ln der dargestellten Ausführung werden Strahlen des Lasers 24 der ersten Sensoreinheit durch den Spiegel 26 umgelenkt, der die Laserstrahlen auf eine der Facetten 28 bis 33 des 6-teiligen 10 Polygonspiegelrades 34 lenkt. Die optische Achse 55 des Laserstrahls ist im

Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 57 der entsprechenden Empfangseinrichtung, in speziellen AusfÜhrungsformen können die Achsen identisch sein. Der Sendestrahl 58 des Lasers der zweiten Sensoreinheit erreicht über den Spiegel 43 das Polygonspiegelrad 34, wird an einer der Facetten 28-33 15 abgelenkt und tritt durch ein Fenster 44 aus dem Messkopf 2 aus (Strahl 58 in

Fig.5). Die optische Achse 59 des Laserstrahls ist im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 60 der entsprechenden Empfangseinrichtung, in speziellen AusfÜhrungsformen können die Achsen identisch sein. 20 Die Winkel der Fenster 40 und 44 in Bezug auf die optischen Achsen 55,57,59 und 60 sind so gewählt, dass eventuell an den Fenstern 40 bzw. 44 gestreutes Licht der Laserquellen 24 bzw. 41 die Empfänger 25 bzw. 45 nicht erreicht. Dies ist insofern wesentlich, als Streulicht zu einer totalen Übersteuerung des Empfangskanals führen könnte, so dass dieser Uber einige Zeit „geblendet“ und 25 nicht in der Lage wäre, die optischen Echosignale in elektrische Signale umzusetzen. Alternativ können die Fenster 40 und 44 auch in den Container eingelassen sein.

Durch die Wahl des Winkels α der Rotationsachse 38 des Polygonspiegelrades 30 34, und der Winkel der optischen Achsen 57 und 60 der Empfangseinrichtungen 25 und 45, ß und γ, kann ein, den Anforderungen der jeweiligen Anwendung 10

Pat 530 *#·* #* *·« • * ♦ ·· ·* RIEGL Eaäser Measurement Systems »«*· ··· «·* «t #· optimal angepasstes Scanmuster der beiden optoelektronischen Sensoreinheiten 2a, 2b erreicht werden.

Es ist zweckmäßig, dass die optischen Achsen 57 und 60 der 5 Empfangseinrichtungen 25 und 45 beider Sensoreinheiten 2a, 2b in einer Ebene liegen, die durch die Rotationsachse 38 des Polygonspiegelrades 34 einerseits und die y-Achse 102 des Messsystem- eigenen Koordinatensystems 101-103 andererseits definiert ist ln einer besonderen Ausführung ist das gesamte Messsystem im Container 1 bzw. zumindest der Messkopf 2 um eine Achse 48 10 verstellbar, die normal zur oben genannten Ebene verläuft Damit können die beiden Strahlfächer den jeweiligen Anwendungen sogar vom Benutzer, beispielsweise allein durch Wahl der Einbaulage des Messsystems, optimal angepasst werden. Die Rotation des Messsystems um die Achse 48 kann entweder vom Messsystem selbst, ggf. durch Winkelsensoren an der Achse 48, 15 erfasst werden und so das Messsystem-eigene Koordinatensystem entsprechend rotiert werden, oder von einer übergeordneten Einheit erfasst werden.

Das optoelektronische Messsystem umfasst weiters eine Auswerteeinrichtung 3, der die elektrischen Signale der Sensoreinheiten 2a und 2b zugefuhrt werden, und 20 die aus diesen bestimmte Messwerte ermittelt. Das Messsystem umfasst ferner einen Rechner 6, der die von den Sensoreinheiten 2a, 2b gelieferten Daten verarbeitet und zu jedem Messwert den Ablenkwinkel des Polygonspiegelrads erfasst und so Messdaten erzeugt, die einem Messzeitpunkt und einer Messrichtung im Messsystem-eigenen Koordinatensystem zugeordnet werden 25 können und gegebenenfalls in einem Datenspeicher 6a abgelegt werden

In speziellen Ausführungsformen umfasst das Messsystem Mittel zur Erfassung der Lage im Raum (z.B. ein Intertialmesssystem, IMU) 5 und Mittel zur Bestimmung der Position im Raum (z,B. ein Globales 30 Navigationssatellitensystem, GNSS) 4. Die Messdaten dieser Einrichtungen werden mit Zeitstempel versehen und können dazu benutzt werden, die ebenfalls 11

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• ** ·*9· »# · * * * ; * * IfclJiÖt/Laper Measurement Systems ·»· ·** t· mit einem Zeitstempel versehenen Messdaten einem Weltkoordinatensystem zuzuordnen. Dieser Schritt kann entweder im Messsystem selbst erfolgen oder von einer externen Einheit durchgefuhit werden. 10

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lagebestimmungseinheit 5 mit dem Messkopf 2 eine starre konstruktive Einheit bildet, so dass sich allfällige Schwingungen, Vibrationen oder Deformationen der mechanischen Struktur des übrigen Messsystems nicht auf die Messgenauigkeit auswirken können. In der Variante in der der Messkopf 2 um die Achse 48 schwenkbar angeordnet ist, geht durch die konstruktive Vereinigung des Messkopfes 2 mit der Lagebestimmungseinheit 5 eine Verschwenkung des Messkopfes 2 in die Messergebnisse der Lagebestimmungseinheit automatisch ein. 15 20

In der Fig. 2 ist schematisch eine Luftfahrzeug-gestützte (airbome) Version des erfindungsgemäßen optoelektronischen Messsystems dargestellt. Alle wesentlichen Komponenten des Messsystems sind in einem Container l installiert, der an bzw. in einem Flächenflugzeug oder einem Hubschrauber montiert ist oder von diesen an einem Kabel geschleppt werden kann. Im zentralen Teil des Containers ist der Messkopf 2 angeordnet. Mit 3 ist die Auswerteeinrichtung bezeichnet, der die elektrischen Signale der im Messkopf 2 enthaltenen Sensoreinheiten zugefuhrt werden und die aus diesen bestimmte Messwerte ermittelt.

In einer Ausführung enthält das optoelektronische Messsystem eine Einrichtung zur Bestimmung der Position im Raum 4, die ggf. durch eine Lagebestimmungseinheit 5 ergänzt wird, mittels welcher die Fluglage des Messkopfes 2 im Raum ermittelt wird.

Gesteuert wird das optoelektronische Messsystem durch einen Rechner 6, in welchem auch sämtliche Messdaten zusammengefuhrt und bearbeitet werden. Die verschiedenen Komponenten des optoelektronischen Messsystems werden 12

Pat 530 ι « * « I«« ·» «i* ; RIEGL Laier Measurement Systems durch die Stromversorgungseinheit 7 mit Energie versorgt. Der Container 1 wird bei der Messung über den Zielraum bewegt. Der Vektor dieser translatorischen Bewegung ist in der Fig. 2 mit 8 bezeichnet. 5 In einer Ausführung der Erfindung, umfasst der Messkopf 2 zwei Laser·

Entfernungsmesser-Sensoren. Das entsprechende Messsystem wird im Folgenden näher erläutert. Die optischen Achsen der Sensoren sind in der dargestellten Ausführung bezogen auf die Normale zum Vektor 8 um ca. 10° nach vorne bzw. nach hinten gerichtet und bilden bei Ablenkung durch das Polygonspiegelrad 10 Strahlenfächer, die den Zielraum zellenförmig abtasten. Die Winkel der Achsen können jedoch auch von den dargestellten ab weichen, sie werden konstruktiv den Anforderungen der ins Auge gefassten Anwendung angepasst. Um eine gegenseitige Beeinflussung und Störung der beiden Sensoreinheiten zu vermeiden, sollen die Laserquellen der beiden Sensoreinheiten Strahlungen in 15 deutlich unterschiedlichen Spektralbereichen emittieren. Durch schmalbandige optische Filter vor den jeweiligen Empfangseinrichtungen können die beiden Signalkanäle dann getrennt werden. Ist dies nicht möglich, so werden die beiden Laserquellen durch den Rechner 6 synchronisiert und senden die Impulsfolgen alternierend aus. 20 Über einen Befehl des Rechners 6 sendet der erste Sensor einen Laser-Impuls 9 aus, dessen Form im Diagramm 10 angedeutet ist. Der Laserimpuls wird an den Oberflächen eines Zieles, in diesem Beispiel eines Gebäudes 11, im Allgemeinen diffus, reflektiert, wobei in der Regel ein großer Teil der Energie durch Streuung 25 verloren geht, ein mehr oder weniger kleiner Teil wird zum Sensor zurückgeworfen (12). Das zugehörige Diagramm 13 zeigt einen stark gedämpften Echoimpuls.

Der zweite Sensor wird ebenfalls vom Rechner 6 angesteuert und sendet einen Impuls (Strahl 14) aus. Wie in Fig. 2 angedeutet, trifft dieser auf die Oberfläche eines zweiten Zieles, im vorliegenden Beispiel eines weiteren Gebäudes 15 auf 13 30

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und wird ebenfalls diffus reflektiert (16). Der Verlauf des Echoimpulses entspricht im Wesentlichen dem Diagramm 13. 5

Durch die Abtastung des Zielraumes 17 mit zwei Scnsoreinheiten aus verschiedenen Richtungen können auch vertikale Flächen, wie Fassaden vermessen werden. Es werden auch die sich bei Abtastung aus einer einzigen Richtung ergebenden Abschattungen weitgehend vermieden. Da die Strahlengänge der beiden Sensoreinheiten einen Winkel einschließen, kommt es zu keiner gegenseitigen Beeinflussung der beiden Einheiten. 10 15 20

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung schematisch dargestellt, wobei Teile, die mit den in der Fig. 2 gezeigten übereinstimmen, die gleichen Bezugszeichen auiweisen. Im Gegensatz zu dem Beispiel nach Fig. 2 sind hier die optischen Achsen der beiden Sensoreinheiten parallel und liegen in Ebenen, die normal zum Bewegungsvektor 8 verlaufen. Die erste Sensoreinheit ist ein Laser-Entfernungsmesser, der Sendestrahl ist mit 9, die Echosignale sind mit 12 bezeichnet. In der Auswerteeinrichtung 3 werden aus der Laufzeit der einzelnen Impulse in bekannter Weise Entfemungswerte berechnet. Diese Einheit erfasst die Topografie des Geländes 17. Beinhaltet das Messsystem auch Mittel zur Bestimmung der Position und Lage im Raum kann aus den Messdaten durch den Rechner 6 beispielsweise ein 3-D-Datensatz bzw, ein 3-D-Modell des Zielraums berechnet werden.

Die zweite Sensoreinheit kann ebenfalls einen Laser-Entfernungsmesser umfassen. In einer Ausführung des Messsystems nach Fig,l, 2 oder 4 emittiert die Laserquelle desselben Strahlung in einem Bereich des Spektrums, der von dem der ersten Sensoreinheit abweicht und beispielsweise im Bereich des sichtbaren Lichtes, vorzugsweise im grünen Bereich des Spektrums liegt. Mit dieser Strahlung ist es möglich, im Zielgebiet befindliche Gewässer 21, insbesondere deren Sohleverlauf zu vermessen. Bezüglich Einzelheiten dieses 14 1 Pat. 530 * 4 b ·· ♦ » I ·* »» « · · * * · *··* · ♦··· • · · · *i$i(ji£a$er Measurement Systems

Messsystems wird auf die folgende Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen gemäß den Figuren 4 bis 6 verwiesen.

In einer weiteren Variante des Messsystems nach Fig. 1,2 oder 3 kann die zweite 5 Sensoreinheit als Gasanalyseeinrichtung ausgebildet sein, die erhöhte

Konzentrationen von bestimmten spezifischen Gasen im Zielgebiet detektiert. Diese Sensoreinheit umfasst eine Laserquelle, die, wie in Fig. 3 dargestellt, Laserstrahlen 18 in einem Spektralbereich aussendet, in welchem das entsprechende Gas eine erhöhte Absorption aufweist. Aus den 10 Pegelschwankungen der Echosignale 19 kann auf die Konzentration des Gases geschlossen werden. Die entsprechenden erhöhten Gaskonzentrationen (Wolke 22 in Fig. 3) können beispielsweise in dem 3-D-Modell, das mit Hilfe der ersten Sensoreinheit ermittelt wird, dargestellt werden. Dieses optoelektronische Messsystem kann beispielsweise dazu eingesetzt werden Leckstellen in 15 Gasleitungen 20 aufzuspüren oder Gär- oder Deponiegase etc. zu orten.

In einer Variante des Beispiels gemäß Fig. 1,2 oder 3 kann als zweite Sensoreinheit auch ein sogen, passiver Sensor, beispielsweise ein Multi- oder ein Singlespektralsensor eingesetzt werden. In diesem Fall wird das Zielgebiet nicht 20 von einer Lichtquelle der Sensoreinheit beleuchtet, es wird lediglich die von den Zielen emittierte bzw. reflektierte Strahlung ausgewertet. Die Ergebnisse dieser passiven Messung werden ggf. mit den Daten der ersten, der Laser-Entfemungsmesser-Sensoreinheit und denen der Navigationseinrichtung verknöpft und können als ein 3-D-Datensatz mit den entsprechenden 25 Strahl ungswerten ausgegeben werden. Ein solches Messsystem kann beispielsweise zur Untersuchung der Vegetation im Zielgebiet eingesetzt werden.

Die Fig. 4 zeigt das Messsystem in einer Konfiguration die besonders vorteilhaft für die kombinierte Anwendung von Gelände- und Sohlevennessung ist Alle 30 jene Teile, die bereits in den Fig. 1 bis 3 beschrieben worden sind, weisen die gleichen Bezugszeichen auf und werden im Folgenden nicht oder nur kurz 15

Pat. 530 • ···· 44 Mf· ·« » » *« « *·· *·· • RZEG$j Lefccr McdsuFcnicot Systems • 4* #4· ·· ♦·* erörtert. Die erste Sensoreinheit beinhaltet einen IR-Laser. Die optischen Achsen dieses Sensors verlaufen im Wesentlichen normal zum Vektor 8 (Nadir) und bilden bei Ablenkung durch das Polygonspiegelrad einen Fächer, der den Zielraum zeilenförmig abtastet. Der zweite Sensor umfasst einen Laser 141, der 5 im sichtbaren Bereich, vorzugsweise im grünen Bereich des Spektrums emittiert und bezüglich der Strahlen des ersten Sensors um einen Winkel von etwa 20° nach vorne gerichtet ist. In ihrer Gesamtheit bilden die Strahlen des zweiten Sensors bei Ablenkung durch das Polygonspiegelrad 34 einen weiteren, gleichartigen Strahlenfächer, der den Zielraum ebenfalls zellenförmig abtastet. 10 Die zusätzlichen Spiegel 27 und 42 dienen der Umlenkung der optischen Achse der Empfangseinrichtung 25 der ersten Sensoreinheit bzw. des Laserstrahls 58 der zweiten Sensoreinheit und ermöglichen so eine besonders kompakte Bauform. 15 In der Fig. 5 ist schematisch eine luftgestützte Version des erfindungsgemäßen optoelektronischen Messsystems unter Verwendung eines Messkopfes gemäß der Fig. 4 dargestellt. Alle jene Teile, die bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 beschrieben worden sind, weisen die gleichen Bezugszeichen auf und werden im Folgenden nicht oder nur kurz erörtert. 20

Der Messkopf 2 umfasst, wie in Fig. 4 gezeigt, zwei Laser-Entfemungsmesser-Sensoren, einen ersten, der Laserstrahlen im IR-Bereich und einen zweiten, der im sichtbaren Bereich, vorzugsweise im grünen Bereich des Spektrums emittiert. 25 Über einen Befehl des Rechners 6 sendet der erste Sensor einen IR-Impuls 53 . aus, dessen Form im Diagramm 65 angedeutet ist. Der Laserimpuls wird an der Oberfläche des Landes 67 bzw. eines Gewässers 70 diffus reflektiert, wobei in der Regel ein großer Teil der Energie durch Streuung verloren geht, ein mehr oder weniger kleiner Teil 56 wird zum Sensor zurückgeworfen. Das zugehörige 30 Diagramm 66 zeigt einen stark gedämpften Echoimpuls, der aber im Wesentlichen die gleiche Form aufweist wie der Sende-Impuls 65. 16

Pat. 530 v» » * * ·« • * « ► i * ψ * » »·*· »« Mtt ‘KfljGlj L’aqpr Measurement Systems

Der zweite Sensor wird ebenfalls vom Rechner 6 angesteuert und sendet einen Impuls 58 mit der Impulsform gemäß dem Diagramm 68 aus. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, trifft dieser schräg auf die Oberfläche 69 eines Gewässers 70. Ein Teil des einfallenden Strahles wird reflektiert. Da die Oberfläche 69 im Allgemeinen nicht spiegelglatt ist, kommt es auch hier zu einer diffusen Reflektion und es wird von der Oberfläche 69 ein Echoimpuls zum Sensor zurückgeworfen.

Ein anderer Teil des Strahles 58 dringt in das Wasser 70 ein, wird entsprechend den Brechungsindizes von Luft und Wasser abgelenkt (Strahl 72), und trifft auf die Sohle 73 des Gewässers 70 und wird dort diffus reflektiert Ein Teil der einfallenden Energie wird in Bezug auf den Strahl 72 in sich reflektiert (74), wobei er bei Austritt aus dem Wasser entsprechend abgelenkt und auf den zweiten Sensor gerichtet wird. Der entsprechende Echoimpuls ist mit 71 bezeichnet, das zugehörige Diagramm mit 75. ln diesem Diagramm sind die Impulsamplituden überhöht dargestellt. Der Impuls ist stark gedämpft und in seiner Form verändert Das erste Maximum 76 des Echoimpulses repräsentiert die Wasseroberfläche 69, das Maximum 77 die Sohle 73 des Gewässers. Die Steilheit der Kurve 78 wird durch die Trübung des Wassers bestimmt sie verlauft bei klarem Wasser relativ flach, je nach Trübung des Wassers entsprechend steiler.

Um eine korrekte Position des Footprints auf der Sohle des Gewässers zu erhalten, ist es notwendig, den Brechungsindex des Wassers bzw. den Salzgehalt desselben sowie die ungefähre Wassertemperatur in das System einzugeben.

Die Fig. 6 zeigt eine Variante zu der Ausführung gemäß Fig. 4. Hier wird davon ausgegangen, dass Laser der zweiten Sensoreinheit nicht nur in einem schmalen Band im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums emittieren, sondern auch kohärente Laserstrahlung in anderen Bändern aussendet. So emittiert die Laserquelle 141 typischerweise auch mit einer relativ hohen Leistung im Infrarot 17 *· · * ···« ·* ··*· * · *· ·* · · · ·

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Bereich. Da die IR-Strahlung zum überwiegenden Teil an der Wasseroberfläche absorbiert und diffus reflektiert wird und nur ein kleinerer Anteil in das Wasser eindringt, kann sie genutzt werden, um die Lage der Wasseroberfläche 69 zu ermitteln. Zu diesem Zweck wird im Strahlengang des Empfängers 45 ein 5 dichroitischer Spiegel 79 angeordnet, der sehr selektiv nur das IR-Band, in welchem der Laser 141 emittiert, zu einem IR-Empfänger 80 reflektiert, während die übrige Echo-Strahlung den Spiegel 79 im Wesentlichen ungedämpft passiert und zum Empfänger 145 gelangt. Da der Sensor eins von der Modifikation des Messkopfes nicht betroffen ist, wurde darauf verzichtet, Dm in der Fig. 6 10 darzustellen. Teile, die bereits in der Fig. 4 gezeigt sind, sind in der Fig. 6 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet

Von den Empfängern der beiden Sensoreinheiten gemäß den Figuren 4 oder 6 werden elektrische Impulse an die Auswerteeinrichtung 3 geliefert, die den 15 optischen Sende- und Echo-Impulsen entsprechen. Diese Impulse werden im

Folgenden verstärkt und gegebenenfalls gefiltert und schließlich digitalisiert. Aus den digitalisierten Signalen werden Impulse rekonstruiert Mit an sich bekannten Algorithmen wird die zeitliche Lage der Impulse ermittelt. Aus den Differenzen der zeitlichen Lagen der Echo- und der Start-Impulse ergeben sich die Laufzeiten 20 der Impulse und damit die Entfernungen des Messkopfes 2 von den Zielen. Diese Entfemungswerte werden zusammen mit den Signalen des Winkeldecoders 36 und 37 (in den Fig. 4 und 6) dem Rechner 6 zugefuhrt, der diese miteinander verknüpft, dem Messsystem-eigenen Koordinatensystem zuordnet und ggf. auf einem Datenspeicher 6a ablegt. 25

Das erfmdungsgemäße Messsystem gemäß den Fig. 5 und 6 eignet sich primär zur Vermessung von Küstenverläufen, Hafenbecken, Gezeitenzonen, wie Wattmeere sowie Unterwasser-Hindernisse wie Wracks, Riffe, Eisberge etc. Bei optimalen Wasser-Sichtverhältnissen können Ziele bis zu einer Tiefe von 80 m 30 gemessen werden. ;·! u fi·

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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in verschiedener Weise abgeändert werden ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So können neben den oben beschriebenen Sensoreinheiten auch andere aktive oder passive optoelektronische 5 Sensoreinheiten eingesetzt werden, ln den obigen Ausführungsbeispielen enthält ein Messkopf jeweils 2 Sensoreinheiten. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, Messköpfe mit weiteren Sensoreinheiten auszurüsten. Es können auch Sensoreinheiten eingesetzt werden, welche das Zielgebiet nicht normal zum Bewegungsvektor 8 abtasten sondern unter einem Winkel oder parallel zu 10 diesem.

15 Horn, am 19.. November 2009 RIEGL

Laser Measurement Systems GmbH

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Claims

.530 « * i RIEGL L&er Measurement Systems RIEGL Laser Measurement Systems GmbH HORN PATENTANSPRÜCHE 1. Optoelektronisches Messsystem mit einer opto-elektronischen Sensoreinheit, unter anderem eine Empfangseinrichtung umfassend, welche die von Zielen emittierte und/oder reflektierte Strahlung aus dem sichtbaren Bereich und/oder dem IR- und/oder dem UV-Bereich des Spektrums empfangt, wobei der Empfangseinrichtung ein optisches System, beispielsweise ein Objektiv vorgeschaltet ist, welches eine optische Achse und ein Gesichtsfeld definiert, mit einer Scan- oder Ablenkeinrichtung für die optische Achse und das Gesichtsfeld der Empfangseinrichtung, die ein um eine Achse rotierendes Polygonspiegelrad umfasst, weitere mit einer Auswerteeinrichtung, der die elektrischen Signale der Sensoreinheit zugeführt werden und die aus diesen bestimmte Messwerte ermittelt, das Messsystem umfasst ferner eine Datenverarbeitungsseinrichtung, die zu jedem Messwert den Ablenkwinkel des Polygonspiegelrads erfasst und so Messdaten erzeugt, die einem Messsystem-eigenen Koordinatensystem zugeordnet werden können und gegebenenfalls in einem Datenspeicher abgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem mindestens eine weitere opto-elektronische Sensoreinheit (2 b) umfasst und die optischen Achsen (59,60) der weiteren Sensoreinheiten (2 b) von demselben Polygonspiegelrad (34) abgelenkt werden, wobei die Empfangsrichtungen (25,45) der ersten und der weiteren Sensoreinheiten von verschiedenen Facetten (28-33) des Polygonspiegelrades (34) abgelenkt werden und damit der Zielraum (17) von mehreren Sensoreinheiten (2 a, 2 b), Pat. 530 «t « * · ·· • » » * 4 * » t » ··»* *« ···· I · · # »·« ·ψ *»» IJUiGl· Lafcer Measurement Systems im Wesentlichen gleichzeitig abgetastet wird. (Fig. 1-3)
2. Optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 5 durch entsprechende Ausrichtung der optischen Achsen (55,57 und 59,60) der verschiedenen Sensoreinheiten (2 a, 2 b) in Bezug auf die Drehachse (38) des Polygonspiegelrads (34) die durch die Scanbewegung der Ablenkeinrichtung (34) von den optischen Achsen (55,57 und 59,60) der unterschiedlichen Sensoreinheiten (2 a, 2 b) überstrichenen Bereiche im 10 wesentlichen unterschiedliche Lagen und Ausrichtungen aufweisen. (Fig.2)
3. Optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch entsprechende Ausrichtung der optischen Achsen (55,57 und 59,60) 15 der verschiedenen Sensoreinheiten (2 a, 2 b) in Bezug auf die Drehachse (38) des Polygonspiegelrads (34) die durch die Scanbewegung der Ablenkeinrichtung (34) von den optischen Achsen (55,57 und 59,60) der unterschiedlichen Sensoreinheiten (2 a, 2 b) überstrichenen Bereiche im wesentlichen gleiche Lagen und Ausrichtungen aufweisen, die Sensoren 20 jedoch so synchronisiert sind, dass sie einander nicht beeinflussen oder stören. (Fig.l und 3)
4. Optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 1,2 oder 3, mit zwei Sensoreinheiten, 25 dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen (55,57 bzw. 59,60) der beiden Sensoreinheiten (2 a, 2 b) in derselben Ebene liegen, die auch die Rotationsachse (38) des Polygonspiegelrads (34) enthält, wobei die optischen Achsen (55,57 bzw. 59,60) der beiden Sensoreinheiten auf gegenüberliegende Seiten des 30 Polygonspiegelrads (34) treffen. (Fig.l und 4) 2 Pat. 530 ft« • » « 6 * • * 4 1 Φ » • ·· **- ft *· » ft»»· ft« · I »»» ·· «ft» ^ ^^FÖEjJL^Lafeer Measurement Systems
5. Optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Facetten (28-33) des Polygonspiegelrads (34) gerichteten optischen Achsen (55,57 bzw. 59,60) der beiden Sensoreinheiten 5 symmetrisch in Bezug auf die Rotationsachse (38) des Spiegelrads (34) sind.
6. Optoelektronisches Messsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine optoelektronische Sensoreinheit eine Strahlungsquelle (24) 10 mit einer definierten optischen Achse (55) umfasst, welche Strahlungsquelle (24) Strahlen in Bereichen des Spektrums emittiert, in weichen die Empfangseinrichtung (25) der Sensoreinheit empfindlich ist, wobei die optischen Achsen (57 und 55) der Empfangseinrichtung und der Strahlungsqueile im Wesentlichen parallel verlaufen und von der selben 15 Facette (28- 33) des Polygonspiegelrads (34) abgelenkt werden.
7. Optoelektronisches Messsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Sensoreinheiten ein Laser-Entfernungsmesser ist, der 20 einen Laser-Sender (24), der gepulste bzw. modulierte Laser-Strahlung aussendet und eine auf den Laser-Sender abgestimmte Empfangseinrichtung (25) umfasst, welche die von Zielen reflektierte Strahlung empfängt, wobei dem Laser-Sender und der Empfangseinrichtung je ein optisches System, insbes. ein Objektiv (51) vorgeschaltet ist und die Sensoreinheit von einer 25 Steuerungseinheit (6) ansteuerbar ist, weiters mit ein» Auswerteeinrichtung (3), der Signale der Sensoreinheit zugeführt werden und die aus diesen die Laufzeit der Laserimpulse, bzw. die Phasenlage der modulierten Laser-Strahlung und in weiterer Folge die Distanz zwischen dem Messsystem und den Zielen ermittelt und in der Datenverarbeitungsstufe (6) zu jedem 30 Messpunkt die gemessene Entfernung und der Ablenkwinkel des Polygonspiegelrades (34) erfasst werden und so ein 3-D-Datensatz bezogen 3 ·· · t +*·* f( ·♦*♦ • II* «· · · I Pat. 530 . I i RIEGL Lafeer Measurement Systems *· ·· i·· ·*· *· ··· ' auf das Messsystem-eigene Koordinatensystem erzeugt wird.
8. Optoelektronisches Messsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass 5 zumindest eine der Sensoreinheiten unter anderem zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases dient und eine Laserquelle umfasst, die in einem Spektralbereich emittiert, in welchem das entsprechende Gas eine erhöhte Absorption aufweist (Fig.3)
9. Optoelektronisches Messsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Sensoreinheiten ein Multispektralsensor ist. (Fig.2)
10. Optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 7, 15 dadurch gekennzeichnet dass, eine zweite Sensoreinheit (41,45 bzw. 141,145 ) als Laser-Entfernungsmesser ausgebildet ist, wobei die beiden Sensoreinheiten (24,25 und 41,45 bzw. 141,145) den Zielraum aus zwei verschiedenen Richtungen abtasten und / oder die Laserquellen (24,141) der beiden Sensoreinheiten Strahlen in 20 unterschiedlichen Spektralbereichen emittieren. (Fig.1 und 2 bzw. Fig.4 und 5)
11. Optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass, 25 zumindest Teile der Auswerteeinrichtung (3) für die Laser- Entfemungsmesser-Sensoreinheiten gemeinsam genutzt werden, wobei die Sensoreinheiten (2 a, 2 b) synchronisiert, insbesondere von einer gemeinsamen Steuerungseinheit (6) gesteuert sind.
12. Optoelektronisches Messsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet dass, 4 9 Pat. 530 ϊ ·* ·♦* 9 ««Μ «I ··«· Μ « · * * V ·»! |· *** .,ÄfijpL.^aeer Measurement Systems durch entsprechende Auslegung bzw. Einstellung der optischen Systeme (51, 61) der Sensoreinheiten (2 a, 2 b) die Sendestrahlen und/oder Gesichtsfelder verschiedener Sensoreinheiten unterschiedlich aufgeweitet werden, so dass sich auf den Zielen Messflecke (Footprints) verschiedener Größe ergeben. 5
13. Optoelektronisches Messsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet dass, die Sensoreinheiten (2 a, 2 b) und das Polygonspiegelrad (34) in einem Messkopf (2) starr montiert sind, wobei dieser Messkopf (2) gegebenenfalls 10 um eine Achse (48) verstellbar gelagert ist und der Verstellwinkel erfasst und bei der Eintragung der Messpunkte in das Messsystem-eigene Koordinatensystem (101-103) berücksichtigt wird.
14. Optoelektronisches Messsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, 15 dadurch gekennzeichnet dass, das Messsystem Mittel (4 und 5) zur Bestimmung der Position und Lage im Raum umfasst und die Daten der Sensoren (2 a, 2 b) und die Positrons- und Lagedaten jeweils mit einem eindeutigen Zeitstempel versehen werden um eine Überführung der Messwerte vom Messsystem-eigenen 20 Koordinatensystem (101-103) in ein Weltkoordinatensystem durchzuführen.
15. Optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 14 dadurch gekennzieichnet dass, die Sensoreinheiten (2 a, 2 b) und das Polygonspiegelrad (34) in einem 25 Messkopf (2) starr montiert sind und der Messkopf (2) mit der Lagebestimmungseinheit (5) starr verbunden ist bzw. mit dieser eine Einheit bildet, wobei der Messkopf (2) gegebenenfalls um eine Achse (48) verstellbar gelagert ist und der Verstellwinkel von der Lagebestimmungseinheit (5) erfasst und bei der Eintragung der Messpunkte in ein Weltkoordinatensystem 30 berücksichtigt wird. 5 f| I f Mlf «« ffM • ft «# ff I | fl * 4 Φ I ·*« f» ·*· Pat, 530 *tt‘· jt „^IfißiJ^geerMeasurement Systems
16. Optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 2 oder 4, mit zwei Sensoreinheiten, das relativ in Bezug auf den Zielraum translatorisch bewegbar ist dadurch gekennzeichnet, dass 5 die Rotationsachse (38) des Polygonspiegelrades (34) mit dem Messsystem eigenen Koordinatensystem (181-183) einen solchen Winkel (a) einschließt, dass der durch die Scanbewegung der Ablenkeinrichtung (34) von der optischen Achse (55 bzw. 57) der ersten Sensoreinheit (2 a) tiberstrichene Bereich im Wesentlichen parallel zu einer normal auf den Richtungsvektor 10 (8) der translatorischen Bewegung ausgerichteten Achse (102) des Messsystem-eigenen Koordinatensystems (101-103) verläuft und somit normal auf den Richtungsvektor (8) der translatorischen Bewegung ausgerichtet ist und der durch die Scanbewegung der Ablenkeinrichtung (34) von der optischen Achse (59 bzw. 60) der zweiten Sensoreinheit (2 b) 15 überstrichene Bereich davon abweicht, und somit in Bezug auf die translatorische Bewegung nach vorne oder hinten oder seitwärts ausgerichtet ist
17. Optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 2 oder 4 mit zwei 20 Sensoreinheiten, dadurch gekennzeichnet dass, durch Verkippen des Messkopfes (2), der die Sensoren (2 a, 2 b) und das Polygonspiegelrad (34) umfasst bzw. des gesamten optoelektronischen Messsystems (1) die durch die Scanbewegung der Ablenkeinrichtung (34) 25 von den optischen Achsen (55,57 bzw. 59,60) der unterschiedlichen Sensoreinheiten überstrichenen Bereiche so verändert werden können, dass sie für die jeweilige Anwendung optimal sind.
18. Luftfahrzeug-gestütztes optoelektronisches Messsystem mit einem 30 Messsystem nach Patentanspruch 14 und 16, dadurch gekennzeichnet dass, 6 1 1

Pat. 530 • ·ΙΜ ·· ··*· ·· ♦ » · · • »*« ·Ι Η· •L Measurement Systems der Laser-Sender (24) der Sensoreinheit, welche den Zielraum mit einem Strahlenfächer abtastet, der im Wesentlichen normal auf den Richtungsvektor (8) der translatorischen Bewegung ausgerichtet ist, im infraroten Bereich, der Laser-Sender (141) der zweiten Sensoreinheit vorzugsweise im sichtbaren 5 Bereich des Spektrums, bevorzugt im grünen Bereich, emittiert, so dass bei der Vermessung eines Terrains (67), das Gewässer (70) umfasst, durch die zweite Sensoreinheit im Allgemeinen auch der Sohleverlauf (73) der Gewässer (70) vermessen werden kann. (Fig. 4 und 5).
19. Luftfahrzeug gestütztes optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet dass, die im Infrarot-Bereich arbeitende Sensoreinheit (2 a) für Landvermessung und für die Bestimmung der Lage der Wasseroberfläche (69) verwendet wird. 15
20. Luftfahrzeug gestütztes optoelektronisches Messsystem nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet dass, für die Bestimmung der Lage der Wasseroberfläche (69) auch ein ggf. 20 vorhandener Infrarotanteil der zweiten Sensoreinheit (2 b), die im Wesentlichen Strahlung vorzugsweise im sichtbaren Bereich des Spektrums aussendet, ausgekoppelt und entsprechend analysiert werden kann. (Fig. 6) 25 Hom, am 19. November 2009 RIEGL Laser Measurement Systems GmbH 7 30