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Die
Erfindung betrifft einen Laserscanner nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Ein
derartiger Laserscanner oder eine Laserradarvorrichtung ist aus
der
DE 43 40 756 A1 bekannt.
In dieser Laserradarvorrichtung ist ein Impulslaser vorhanden, der
gesteuert aufeinanderfolgende Lichtimpulse in einen Messbereich
aussendet. Mit einer Lichtempfangsanordnung werden die an einem Objekt
im Messbereich zurückgeworfenen
Lichtimpulse aufgenommen und in Form von elektrischen Signalen einer
Auswerteeinheit zugeführt.
In dieser Auswerteeinheit wird unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit
aus der Zeit zwischen Aussendung und Empfang des Lichtimpulses ein
für den
Abstand des Objektes zur Laserradarvorrichtung repräsentatives
Abstandssignal ermittelt. Zwischen dem Impulslaser und dem Messbereich
ist eine Lichtablenkeinheit angeordnet, mittels derer die Lichtimpulse
fortlaufend in veränderte
Richtungen durch den Messbereich gelenkt werden, so dass der gesamte Messbereich
durchleuchtet wird. Laserradarvorrichtungen dieser Art werden in
vielfältiger
Weise verwendet. Insbesondere werden damit Objekte innerhalb eines
Gefahrenbereiches detektiert. Aufgrund der Abstandsermittlungsfähigkeit
sind derartige Laserradarvorrichtungen in der Lage, nicht nur die
Anwesenheit eines Objektes detektieren zu können, sondern es kann aus der
gewonnenen Abstandsinformation verbunden mit der Messung des Drehwinkels
der Lichtablenkeinheit, die genaue Position des Objektes ermittelt
werden.
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Der
Begriff "Licht" ist dabei nicht
auf das sichtbare Licht beschränkt.
Unter "Licht" sind allgemein elektromagnetische
Strahlen, also UV-Licht, IR-Licht sowie sichtbares Licht zu verstehen,
welche üblicherweise
für den
Betrieb von optoelektronischen Sensoren eingesetzt werden können.
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Nachteilig
am bekannten Stand der Technik ist, wenn derartige Laserradarvorrichtungen
einen großen
Messbereich überwachen
müssen
und innerhalb dieses Messbereichs Objekte erkannt werden sollen,
die ein stark unterschiedliches Remissionsverhalten aufweisen. Die
Laserradarvorrichtungen nach dem Stand der Technik weisen deshalb
in der Regel permanent eine sehr hohe Signaldynamik im Bereich der
Lichtempfangsanordnung inklusive der nachfolgenden Signalverarbeitung
auf. Eine solch hohe Signaldynamik ist nicht nur mit erheblichen
Herstellkosten verbunden, sondern kann zu Funktionsstörungen dieser
Laserradarvorrichtung führen.
Ursachen für
derartige Funktionsstörungen
können
beispielsweise externe Störlichtquellen
sein, die sich in unmittelbarer Nähe des Messbereichs befinden,
so dass ihr Licht zur Lichtempfangsanordnung der Laserradarvorrichtung
gelangen kann. Dadurch wird die Lichtempfangsanordnung, die hinsichtlich
ihrer Detektionsempfindlichkeit auf das niedrigste zu erwartende
Signal von dunklen Objekten im Messbereich ausgelegt sein muss,
deutlich gestört,
weil die Störlichtquellen
ein erhebliches Rauschen erzeugen, das dem eigentlichen Messsignal überlagert
ist. Der gleiche Effekt tritt auch dann auf, wenn der von der Laserradarvorrichtung
ausgesandte Lichtimpuls auf ein Objekt fällt, das eine sehr hohe Remission
aufweist und sich gleichzeitig noch in unmittelbarer Nähe zur Laserradarvorrichtung
befindet. Durch diese hohen Empfangssignale entstehen Sättigungseffekte
bzw. Rauscheinflüsse,
welche die Genauigkeit der Abstandsmessung deutlich verschlechtern.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsansätze zur Vermeidung dieser Probleme
bei optoelektronischen Sensoren basieren oft darauf, dass zur Unterdrückung dieser
Störeinflüsse Mehrfachmessungen durchgeführt werden,
um beispielsweise über
Mittelwertbildungen den Messfehler zu verkleinern. Auch ist bekannt,
fehlerbehaftete Messungen mit veränderter Detektionsempfindlichkeit
der Lichtempfangsanordnung zu wiederholen. Derartige Verfahren sind
jedoch bei richtungsveränderlichen
Laserradarvorrichtungen nicht anwendbar, weil sich die Strahlrichtung
bei zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen derart verändert hat,
dass jeweils unterschiedliche Objekte bzw. Objektabschnitte ge troffen
werden, die nicht miteinander in Beziehung gebracht werden können. Diese
Auswirkung könnte zwar
reduziert werden indem die Veränderung
der Lichtablenkrichtung entsprechend reduziert würde, was jedoch deshalb nicht
möglich
ist, weil damit im gleichen Maße
die Ansprechgeschwindigkeit der Laserradarvorrichtung zurückgehen
würde.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Laserscanner
nach dem Lichtlaufzeitprinzip bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
einen Laserscanner nach dem Lichtlaufzeitprinzip mit einem Impulslaser,
der gesteuert aufeinanderfolgende Lichtimpulse in einen Messbereich
aussendet, gelöst.
Der Laserscanner weist eine Lichtempfangsanordnung auf, welche die
an einem Objekt im Messbereich zurückgeworfenen Lichtimpulse aufnimmt
und in Form von elektrischen Empfangssignalen einer Auswerteeinheit
zuführt,
die unter Berücksichtigung der
Lichtgeschwindigkeit aus der Zeit zwischen Aussendung und Empfang
des Lichtimpulses ein für
den Abstand des Objektes zum Laserscanner repräsentatives Abstandssignal ermittelt.
Weiter ist eine zwischen dem Impulslaser und dem Messbereich angeordnete
Lichtablenkeinheit vorhanden, welche die Lichtimpulse in sich fortlaufend
verändernden
Richtungen in den Messbereich umlenkt. Eine Lichtquelle ist vorhanden,
die ein Lichtmesssignal mit reduzierter Leistung aussendet, das
ebenfalls durch die Lichtablenkeinheit in sich fortlaufend verändernder
Richtung in den Messbereich umgelenkt wird. Die Lichtquelle kann
zusätzlich
zu dem Impulslaser separat vorgesehen sein, oder die Lichtquelle
kann auch durch den Impulslaser selbst gebildet werden. Die Lichtempfangsanordnung
ist ausgebildet, das an dem Objekt im Messbereich zurückgeworfene
Lichtmesssignal aufzunehmen und ein für die Remission des Lichtmesssignals
an dem Objekt repräsentatives
Remissionssignal zu ermitteln, und der Lichtimpuls oder die Empfangssignale
sind abhängig
von dem Remissionssignal veränderbar.
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Dadurch
ist es möglich,
abhängig
von den Reflexionseigenschaften der Umgebung und der zu detektierenden
Objekte, den auszusendenden Lichtimpuls zu verändern. Wird beispielsweise
bei einer hohen Remission viel Licht des Lichtmesssignals empfangen,
kann die Leistung des ausgehenden Lichtimpulses entsprechend verringert
werden. Dadurch kann das empfangene Signal des Lichtimpulses immer
optimal auf einen jeweiligen Arbeitsbereich der Lichtempfangsanordnung
eingestellt werden. Es kommt dabei insbesondere nicht zu einer Übersteuerung
der Lichtempfangsanordnung, womit auch eine Verbesserung der Detektionsgenauigkeit und
der Zuverlässigkeit
einhergeht.
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Weitere
Vorteile dieser Erfindung sind darin zu sehen, dass in Abhängigkeit
von der Lichtstärke auf
der Lichtempfangsanordnung des Lichtmesssignals eine Detektionsempfindlichkeit
für den
Empfang des Lichtsignals eingestellt werden kann. Durch diese mit
Hilfe des Lichtmesssignals ermittelte Remissionsmessung wird die
aktuelle Detektionsempfindlichkeit der Lichtempfangsanordnung so
eingestellt, dass die vom Lichtsignal an dem Objekt remittierte Lichtmenge
auf der Lichtempfangsanordnung im optimalen Arbeitsbereich der Lichtempfangsanordnung liegt.
Es ist somit ein zusätzliches
Messsystem vorhanden. Dadurch ist es möglich, eine Remissionsvorhersage
für den
Lichtimpuls zu generieren, ohne die Ansprechgeschwindigkeit des
Laserscanners zu reduzieren.
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Vorteilhafterweise
ist eine elektronische Signalverarbeitungsstufe der Lichtempfangsanordnung nachgeordnet,
um eine Detektionsempfindlichkeit der Lichtempfangsanordnung für den zu
empfangenden Lichtimpuls in Abhängigkeit
von dem Remissionssignal des Lichtmesssignals einzustellen. Die Einstellung
der Detektionsempfindlichkeit für
den Lichtimpuls wird in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch ausgeführt, dass
eine Schaltschwelle und/oder ein Verstärkungsfaktor in der elektrischen Auswerteeinheit
der Lichtempfangsanordnung, mit welcher der Lichtimpuls empfangen
wird, verändert wird.
Mit dieser an die zu erwartenden Remissionswerte angepassten Detektionsempfindlichkeit
ist der Laserscanner in vielen Betriebszuständen wesentlich unempfindlicher
gegen Störeinwirkungen,
die zum Beispiel durch Fremdlichtquellen hervorgerufen werden können.
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Die
Lichtempfangsanordnung ist ausgebildet, eine Verstärkung einer
Avalanche Photodiode für den
zu empfangenden Lichtimpuls in Abhängigkeit von dem Remissionssignal
einzustellen. Nach dieser weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist es vorgesehen, die Avalanche Photodiodenspannung in
der Lichtempfangsanordnung in Abhängigkeit von der gemessenen
Lichtmesssignal einzustellen. Mit dieser Maßnahme wird neben der geringeren
Fremdlichtabhängigkeit
der Laserscanners auch eine bessere Temperaturkompensation bei der Avalanche
Photodiode erreicht. Weiter wird mit dieser Maßnahme bei sehr hohen Remissionen
die Messgenauigkeit verbessert, da die nachgeordnete elektronische
Auswerteeinheit weniger stark übersteuert
wird.
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Eine
reduzierte Leistung des Lichtmesssignals ist vorteilhaft wesentlich
kleiner, insbesondere ca. 1% der Leistung des Lichtimpulses. Die
zu detektierenden Objekte können
unterschiedliche Remissionen aufweisen. Sehr helle oder gar spiegelnde Oberflächen haben
eine sehr hohe Remission, sehr dunkle Objekte haben eine geringere
Remission, die minimal ca. 1,8% betragen darf nach entsprechenden
Richtlinien. Bei der Erfassung des Objektes mit dem Lichtimpuls
darf keine Übersteuerung
der Elektronik erfolgen, da ansonsten falsche Messwerte erzeugt
werden. Insbesondere für
diesen Fall ist es vorteilhaft, wenn das Lichtmesssignal eine derart
kleine Leistung aufweist. Als Vorteil ergibt sich dabei, dass es
auch bei der Messung der Remission des Objektes mit dem Lichtmesssignal
nicht zu einer Übersteuerung
kommt und somit sichere Rückschlüsse auf
die Remissionseigenschaften des Objektes möglich sind.
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Die
Lichtquelle ist nach einer weiteren Ausführungsform durch den Impulslaser
selbst gebildet. Somit ist keine zusätzliche Lichtquelle notwendig, sondern
der Impulslaser kann die Funktionen der Lichtquelle mit übernehmen.
Die Lichtquelle hat damit die gleichen optischen Eigenschaften wie
der Impulslaser. Dadurch wird das zu detektierende beleuchtete Objekt
sowohl bei der Messung der Remissionseigenschaften des Objektes
mit dem Lichtmesssignal als auch bei der tatsächlichen Erfassung des Objektes
mit dem Lichtimpuls mit einem gleichen optischen Spektrum beleuchtet.
Durch die Verwendung des Impulslasers für die Remissionsmessung und
die Objektdetektierung entfallen auch zusätzliche elektronische Einheiten
für die
Ansteuerung zusätzlicher
Lichtquellen. Auch werden systematische Fehler bei der Verwendung
nur eines Impulslasers verringert.
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Zusätzlich muss
nur der Impulslaser genau justiert werden. Die Justage einer zusätzlichen
Lichtquelle entfällt.
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In
einer weiteren erfinderischen Ausgestaltung des Laserscanners sind
in einer elektronischen Ansteuereinheit für den Impulslaser Mittel vorhanden,
um die Ausgangsleistung der Lichtimpulse in Abhängigkeit von der mit dem Lichtmesssignal
gemessenen Signalhöhe
einzustellen. Mit einer Leistungsanpassung des Impulslasers an die
vorherrschenden Einsatzbedingungen wird der Impulslaser in vorteilhafter
Weise in einem Betriebsmodus betrieben, der den Impulslaser nicht
mehr als notwendig belastet. Auf diese Weise wird die Lebensdauer
des Impulslasers wesentlich verbessert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das Lichtmesssignal ein kontinuierliches Gleichlichtsignal,
welches dem Lichtimpuls überlagert
ist. Ein verwendeter Impulslaser kann prinzipiell auch mit Gleichstrom
angesteuert werden. Wird dieser Gleichstrom klein genug gewählt, sendet
der Impulslaser Gleichlicht mit geringer Intensität aus. Durch
die Verwendung des Gleichlichtsignals kann zu beliebigen Zeitpunkten
festgestellt werden, wie hoch die Remissionen in einer Umgebung
sind. Dadurch kann zu beliebigen Zeitpunkten die Lichtstärke des
Impulslasers an das zu detektierende Objekt angepasst werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung weist die Lichtempfangsanordnung Mittel
auf zur Trennung des empfangenen Lichtmesssignals von den empfangenen
Lichtimpulsen. Dadurch kann das Lichtmesssignal getrennt von den
empfangenen Lichtimpulsen ausgewertet werden. Dies hat den Vorteil, dass
bei der Auswertung des Lichtmesssignals keine anderen Komponenten
wie z. B. Störlicht
enthalten sind. Eine Empfindlichkeit einer Auswerteeinheit für das Lichtmesssignal
kann somit genau an den Wertebereich des Messsignals angepasst werden.
Das Mittel zur Trennung kann auch in der Auswerteeinheit selbst
enthalten sein. In diesem Fall werden die elektronischen Signale
des Lichtmesssignals und des empfangenen Lichtimpulses in der Auswerteeinheit getrennt
und weiter ausgewertet.
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Bei
Verwendung von Gleichlicht als Lichtmesssignal kann das Mittel zur
Trennung vorteilhaft eine Frequenzweiche sein, mit der die elektronischen Signale
des Gleichlichts von den Signalen der Lichtimpulse, die mit einer
Pulsfrequenz empfangen werden, getrennt werden. Dadurch ist es möglich das empfangene
Gleichlichtmesssignal jederzeit auszuwerten, so dass zu beliebigen
Zeitpunkten festgestellt werden kann, wie hoch die Remissionseigenschaft
eines Objektes ist.
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Zusätzlich kann
das Gleichlicht mit einer geringen Modulationstiefe moduliert werden
und den Lichtimpulsen überlagert
sein. Die Lichtempfangsanordnung des Laserscanners wird so ausgelegt,
dass diese zusätzlich
zum eigentlichen Lichtimpuls auch das modulierte Gleichlichtsignal
aufnimmt. Durch die Modulation kann sichergestellt werden, dass
das reflektierte Gleichlicht kein Fremdlicht ist, sondern tatsächlich vom
Laserscanner selbst erzeugt wurde.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist das Lichtmesssignal ein Lichtimpulsmesssignal.
Dadurch kann das zu detektierende Objekt zu einem bestimmten Zeitpunkt
mit dem Lichtimpulsmesssignal beaufschlagt werden, um die Remission
an genau dieser einen festen Position zu detektieren. Das Lichtimpulsmesssignal
wird dabei mit einem kleinen Öffnungswinkel
auf das zu detektierende Objekt ausgesendet. Störende Remissionen von benachbarten Objekten
werden damit wirkungsvoll unterdrückt. Dadurch ist es möglich, die
Remissionen von Objekten sehr genau bestimmen zu können.
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In
einer weiteren Ausführungsform
folgt auf das Lichtimpulsmesssignal der Lichtimpuls mit einem zeitlichen
Abstand kleiner 1 μs. Üblicherweise
werden im Laserscanner Lichtimpulse über einen kontinuierlich umlaufenden
Drehspiegel in einen Umgebungsbereich gesendet. Wird das Lichtimpulssignal nun
circa 1 μs
vor dem Lichtimpuls ausgesendet, so liegt das Lichtimpulssignal
räumlich
dicht, d. h. nur in sehr kleinem Winkelabstand bei dem Lichtimpuls,
so dass die gemessene Remission im Wesentlichen an der Stelle gemessen
wird, an der Lichtimpulse an dem Objekt reflektiert werden.
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Das
Lichtmesssignal kann in Weiterbildung der Erfindung auch optisch
vom Hauptstrahl getrennt werden, zum Beispiel durch ein Gitter auf
dem Ablenkspiegel. Eine besonders elegante Möglichkeit den Messstrahl vom
Hauptstrahl abzuspalten ist gegeben, wenn sich auf dem Ablenkspiegel
nur in dessen Mitte, wo der Sendestrahl den Spiegel trifft, ein optisches
Gitter befindet. Dieses Gitter reflektiert ca. 99% in die nullte
Ordnung (d. h. 99% des Sendestrahls bleibt unbeeinflusst) und 1%
in die +1. Ordnung. Wenn die Richtung der +1. Ordnung genau die Richtung
ist, in die der nächste
Schuss ausgesendet wird, stellt der Strahl der +1. Ordnung den Messstrahl dar,
der dem Hauptstrahl somit um ein Winkelinkrement vorauseilt.
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Weiter
kann mit dem Lichtimpulsmesssignal ein für den Abstand des Objektes
zum Laserscanner repräsentatives
Abstandssignal ermittelt werden. Der Vorteil dieser Ausbildung liegt
darin, dass die Entfernungsinformation redundant vorliegt und die
zusätzliche
Entfernungsinformation zur Erhöhung
einer Sicherheitsstufe ausgewertet oder zu Prüfung einer Plausibilität herangezogen
werden kann. Ein weiterer Vorteil in der redundanten Ermittlung
des Abstandssignals liegt darin, dass zusätzlich zu der ermittelten Remission
auch eine Abstandsinformation vorliegt, in der diese Remission aufgetreten
ist. Dadurch können auch
Rückschlüsse auf
eine absolute Remissionseigenschaft des Objektes gezogen werden.
So kann bei einer Verfolgung von bewegten Objekten im Messbereich
deren Remission abhängig
vom Abstand genau bestimmt werden. Eine Identifizierung bewegter
Objekte wird durch die abstandsabhängige Remissionsmessung auch
verbessert. Beispielsweise wird ein Objekt mit einer hohen Remissionen
in einem entfernten Bereich eine vergleichsweise geringere Lichtmenge
remittieren wie das gleiche Objekt im Nahbereich. Dadurch ist es
sogar möglich,
ein Objekt aufgrund seiner Remissionseigenschaften unabhängig vom
Abstand zu klassifizieren. Zur Erkennung eines Objektes sind somit
zwei unterschiedliche Signifikationsmerkmale vorhanden, nämlich zum
einen der Abstand des Objektes und zum anderen die Remissionseigenschaft
des Objektes.
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Im
Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1;
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laserscanners;
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2 eine
logarithmische Darstellung von ausgesendeten Lichtimpulsen und eines
Lichtmesssignals;
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3 eine
logarithmische Darstellung der empfangenen Lichtimpulse und des
Lichtmess Signals.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher
beschrieben, deren 1 eine schematische, perspektivische
Ansicht eines Laserscanners 1 zur Aussendung eines Lichtimpulses 10 und
eines Lichtmesssignals 9 zeigt.
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Ein
solcher Laserscanner ist grundsätzlich aus
der
DE 43 40 756 A1 bekannt,
auf deren Inhalt hiermit vollumfänglich
Bezug genommen wird. Dieser Laserscanner arbeitet nach dem Lichtlaufzeitprinzip, d.
h. aufeinanderfolgende Lichtimpulse werden über einen Drehspiegel mit kontinuierlich
verändertem Winkel
in einen Messbereich ausgesendet. Nach dem Prinzip der Autokollimation
empfangene Lichtimpulse werden unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit,
der Zeit zwischen Aussendung und Empfang der Lichtimpulse ausgewertet,
so dass ein für
einen Abstand eines Objektes zum Laserscanner repräsentatives
Abstandsignal ermittelt wird. Zusammen mit der Kenntnis des Winkels
des Drehspiegels kann die Position des Objektes im Raum ermittelt
werden.
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Von
einem Impulslaser 13 werden aufeinanderfolgende Lichtimpulse 10 und
Lichtmesssignale 9 ausgesandt. Zur Aussendung der Lichtimpulse 10 und
Lichtmesssignale 9 können
auch separate Lichtquellen eingesetzt werden. Beispielsweise können die
separaten Lichtquellen auf einem gemeinsamen Chip untergebracht
werden, damit diese hinreichend eng beieinander liegen. Der Impulslaser 13 als
gemeinsame Lichtquelle hat den Vorteil, dass die Lichtimpulse 10 und
die Lichtmesssignale 9 mit den gleichen optischen Eigenschaften,
beispielsweise mit der gleichen optischen Wellenlänge ausgesendet werden.
Weiter ist nur eine einzige Lichtquelle zur Aussendung der beiden
Signale notwendig. Dem Impulslaser 13 ist ein Ansteuereinheit 22 vorgeordnet, um
die Ausgangsleistung des Lichtimpulses 10 einzustellen.
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Zur
Beeinflussung einer Lichtstrahlcharakteristik ist dem Impulslaser 13 ein
Sendeobjektiv 3 vorgeordnet. Nach dem Austritt der Lichtimpulse 10 und Lichtmesssignale 9 aus
dem Sendeobjektiv 3 wird das Licht an einem Teilerspiegel 4 derart
umgelenkt, dass es in einer Flucht zu einer Drehachse einer Lichtablenkeinheit 5 verläuft. Die
Komponenten der Lichtablenkeinheit 5 sind ein Motor 6 mit
einer Motorachse 7 sowie ein auf der Motorachse 7 unter
einem Winkel von 45° angeordneter
Drehspiegel 8. Durch eine Bewegung entlang einer Scanrichtung
S kreieren das Lichtmesssignal 9 und der Lichtimpuls 10 somit
eine Scanebene 11, in dessen Zentrum die Drehachse der
Lichtablenkeinheit 5 steht.
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Wenn
das Lichtmesssignal 9 zeitlich vor dem Lichtimpuls 10 ausgesandt
wird, wird das zu detektierende Objekt 12 zunächst vom
Lichtmesssignal 9 erfasst. Beim Auftreffen des Lichtmesssignals 9 auf
das Objekt 12 treten abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit
des Objekts 12 mehr oder weniger starke Remissionen des
Lichts auf. Ein Teil des remittierten Lichts wird dabei in sich
zurückreflektiert,
trifft wieder auf den Drehspiegel 8 und trifft über einen halbdurchlässigen Teilerspiegel 4 und
eine Empfangsoptik 14 auf die Lichtempfangsanordnung 17.
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Mit
der Drehung der Lichtablenkeinheit 5 um einen Winkel α trifft nach
dem Lichtmesssignal 9 auch der Lichtimpuls 10 auf
das Objekt 12 auf. Analog zur Remission des Lichtmesssignals 9 an
der Oberfläche
des Objektes 12 trifft zeitversetzt zum Lichtmesssignal 9 auch
ein Anteil des am Objekt 12 remittierten Lichtes des Lichtimpulses 10 als
leicht divergenter Streukegel auf den Drehspiegel 8 auf
und damit wiederum über
den halbdurchlässigen
Teilerspiegel 4 und die Empfangsoptik 14 auf die
Lichtempfangsanordnung 17.
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Der
Lichtempfangsanordnung 17 ist eine Signalverarbeitungsstufe 20 nachgeordnet.
Die Lichtempfangsanordnung 17 kann auch Mittel aufweisen zur
Trennung des empfangenen Lichtmesssignals 9 von den empfangenen
Lichtimpulsen 10. Wenn beispielsweise das Lichtmesssignal 9 ein
Gleichlichtsignal oder ein moduliertes Gleichlichtsignal mit einer Modulationsfrequenz
ist und die Pulsfrequenz der empfangenen Lichtimpulse 10 sich
von der Modulationsfrequenz unterscheidet, kann eine Trennung der Signale
mit Hilfe einer Frequenzweiche in der Auswerteeinheit 16 durchgeführt werden.
Handelt es sich bei dem Lichtmesssignal 9 um Lichtimpulsmesssignale,
so können
diese in der Auswerteeinheit 16 mittels unterschiedlicher
Zeitfenster von den Lichtimpulsen 10 separiert werden.
Der zeitliche Abstand zwischen dem Lichtimpulsmesssignal 9 und
dem Lichtimpuls 10 ist dabei typischerweise kleiner einer Mikrosekunde.
Dadurch liegt das Lichtimpulsmesssignal 9 zeitlich und
damit auch räumlich
nahe bei dem auf dem Objekt auftreffenden Lichtimpuls 10.
Damit wird durch das Lichtimpulsmesssignal 9 die Remissionseigenschaft
der Oberfläche
des zu detektierenden Objektes 12 räumlich nahe zu dem Auftreffpunkt des
Lichtimpulses 10 auf dem Objekt 12 detektiert.
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Durch
die Auswertung des Lichtmesssignals 9 durch die elektronische
Signalverarbeitungsstufe 20 wird erfindungsgemäß festgestellt,
welche Remissionseigenschaften das Objekt 12 aufweist.
Ausgehend von den erfassten Remissionseigenschaften des Objektes 12 wird
eine Signalstärke
des nachfolgend ausgesandten Lichtimpulses 10 angepasst.
Dadurch ist es möglich
eine Detektionsempfindlichkeit der Lichtempfangsanordnung 17 abhängig von
der erfassten Remissionseigenschaft des Objektes einzustellen.
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Das
Lichtmesssignal 9 wird dabei mit einer reduzierten Leistung
gegenüber
dem Lichtimpuls 10 ausgesendet. Ausgehend von der Empfindlichkeit des
Lichtempfangselements 17 kann mit dem leistungsreduzierten
Lichtmesssignal 9 sehr genau eine Remission der zu detektierenden
Objekte 12 festgestellt werden. Die Signalstärke des
empfangenen Lichtmesssignals 9 ist somit proportional zu
der Remissionseigenschaft des zu detektierenden Objektes 12.
Die reduzierte Leistung des Lichtmesssignals 9 beträgt dabei
zirka 1% der Leistung des Lichtimpulses 10.
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Die
Lichtempfangsanordnung 17 wird vorzugsweise durch eine
Avalanche Fotodiode gebildet. Ausgehend von dem ausgewerteten Remissionswert des
empfangenen Lichtmesssignals 9 kann eine Verstärkung der
Fotodiode eingestellt werden oder auch eine Ausgangsleistung des
Impulslasers 13 durch eine Ansteuereinheit 22 angepasst
werden.
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2 zeigt
in einer sehr schematischen Darstellung logarithmisch aufgetragen
die Amplituden A der ausgesendeten Lichtimpulse 10 und
des Lichtmesssignals 9 über
der Zeit t mit dem Laserscanner aus 1. Bei dem
Lichtmesssignal 9 handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel
um ein moduliertes Gleichlichtsignal. Ausgehend von der Ansteuereinheit 22 werden
Lichtimpulse 10, wie bereits ausführlich in Bezug auf 1 erläutert, in
gleichmäßigen Zeitabständen ausgesendet.
Die Lichtimpulse 10 überlagern
dabei das Lichtmesssignal 9 und weisen eine wesentlich
höhere
Amplitude A auf, als das modulierte Gleichlichtsignal. Die ausgesendeten Lichtimpulse 10 und
das modulierte Gleichlichtsignal treffen in diesem Beispiel auf
ein nicht dargestelltes retroreflektierendes Objekt im Messbereich.
Das retroreflektierende Objekt ist beispielsweise als Orientierungsmarke
im Messbereich angeordnet.
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Ausgehend
von den ausgesendeten Signalen, dargestellt in 2,
zeigt 3 schematisch die empfangenen Lichtimpulse 10 und
das empfangene Lichtmesssignal 9 bei Reflexion an dem retroreflektierenden
Objekt im Messbereich, ebenfalls in logarithmischem Maßstab. Das
modulierte Gleichlichtsignal wird nur in dem zeitlichen Bereich
zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 detektiert, der der Zeit entspricht,
die verstreicht, wenn der scannende Lichtstrahl den Reflektor überstreicht.
Die Stärke
des empfangenen Lichtmesssignals 9 beziehungsweise eine
Modulationstiefe des empfangenen Lichtmesssignals 9 gibt
Aufschluss über
die Reflexionseigenschaft des Objektes. Ausgehend davon kann die
Signalstärke
des ausgesendeten Lichtimpulses 10 angepasst werden oder
die Empfindlichkeit der Lichtempfangsanordnung eingestellt werden.
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- 1
- Laserscanner
- 2
- Lichtstrahl
- 3
- Sendeobjektiv
- 4
- Teilerspiegel
- 5
- Lichtablenkeinheit
- 6
- Motor
- 7
- Motorachse
- 8
- Drehspiegel
- 9
- Lichtmesssignal
- 10
- Lichtimpuls
- 11
- Scanebene
- 12
- Objekt
- 13
- Impulslaser
- 14
- Empfangsoptik
- 16
- Auswerteeinheit
- 17
- Lichtempfangsanordnung
- 20
- Signalverarbeitungsstufe
- 21
- Avalanche
Photodiode
- 22
- Ansteuereinheit
- S
- Scanrichtung
- α
- Winkel
- A
- Amplitude
- T1,
T2
- Zeitpunkte