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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der am 15. Juni 2012 eingereichten nicht vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 13/510,020, welche eine nationale Phase der am 11. November 2010 eingereichten PCT-Anmeldung Nr.
PCT/EP2010/006867 ist, welche den Vorteil der am 28. Januar 2010 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/299,166 und der am 20. November 2009 eingereichten deutschen Patentanmeldung Nr.
DE 10 2009 055988.4 beansprucht, die hiermit alle durch Verweis hierin einbezogen werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur optischen Abtastung und Messung einer Umgebung.
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Durch ein Gerät, wie es beispielsweise aus der veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. 2010/0134596 bekannt ist und welches einen Laserscanner umfasst, kann die Umgebung des Laserscanners optisch abgetastet und gemessen werden. Ein Drehspiegel, der sich dreht und eine geschliffene Platte eines Metallrotors umfasst, lenkt sowohl einen Emissionslichtstrahl als auch einen Empfangslichtstrahl ab. Ein Kollimator eines Lichtemitters sitzt in der Mitte einer Empfängerlinse. Die Empfängerlinse reproduziert den Empfangslichtstrahl auf einem Lichtempfänger, der auf einer optischen Achse hinter der Empfängerlinse angeordnet ist. Um weitere Informationen zu erhalten, ist eine Linienscannerkamera, die RGB-Signale aufnimmt, derart auf dem Laserscanner angeordnet, dass die Messpunkte der Abtastung durch Farbinformationen vervollständigt werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Aufgabe, eine Alternative für das Gerät des vorstehend genannten Typs zu bilden.
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Die Anordnung einer Farbkamera auf der optischen Achse der Empfängerlinse bezogen auf den Drehspiegel auf derselben Seite hat den Vorteil, dass Parallaxenfehler fast gänzlich vermieden werden, weil der Lichtempfänger und die Farbkamera die Umgebung aus demselben Blickwinkel und mit derselben Seite des Drehspiegels erfassen. Für den Drehspiegel kann der gleiche Mechanismus verwendet werden. Die benutzte Seite des Drehspiegels ist ebenfalls die gleiche. Der vom Drehspiegel reflektierte Empfangslichtstrahl verläuft parallel zur optischen Achse der Empfängerlinse und trifft kontinuierlich auf die Empfängerlinse auf. Die Empfängerlinse nimmt den Platz des Lichtempfängers derart ein, dass sich die Schatteneffekte nicht verändern. Damit der Emissionslichtstrahl wieder zugeführt werden kann, ist ein Emissionsspiegel vor der Farbkamera vorgesehen, wobei der Emissionsspiegel für den Emissionslichtstrahl reflektierend und für die Farbkamera transparent ist.
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Bedingt durch die Tatsache, dass ein hinterer Spiegel, der den Empfangslichtstrahl reflektiert, den die Empfängerlinse zu sich hin gebrochen hat, auf der optischen Achse hinter der Empfängerlinse vorgesehen ist, kann der verfügbare Platz besser genutzt werden. Um diese „gefaltete Optik“ zu vervollständigen, ist ein mittlerer Spiegel zwischen der Empfängerlinse und dem hinteren Spiegel vorgesehen, wobei der mittlere Spiegel den Empfangslichtstrahl zum hinteren Spiegel hin reflektiert. Eine geeignete Form der Spiegel unterstützt die Fokussierung, wobei die Brennweite in Bezug auf die entfaltete Optik noch vergrößert werden kann. Der mittlere Spiegel kann ähnlich wie eine zusätzliche Fotomaske für die Nahfeldkorrektur verwendet werden, indem die Intensität vom Nahfeld im Vergleich zum Fernfeld reduziert wird. Weitere Platzeinsparungen ergeben sich aus einer Anordnung des Lichtempfängers radial zur optischen Achse der Empfängerlinse in einem Zylinderkoordinatensystem, das durch die optische Achse definiert ist.
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Die Bauform des Rotors als Hybridkonstruktion, d. h. als Konstruktion mit mehreren Elementen aus verschiedenen Materialien, gestattet eine relativ kurze Bauform, die trotz der Neigung des Drehspiegels ausgewuchtet bleibt. Es kann eine Kombination aus einem Metallhalter, einem Drehspiegel aus beschichtetem Glas und einem Kunststoffgehäuse verwendet werden; es sind aber auch andere Kombinationen möglich. Der Halter, der in Bezug auf die Masse dominiert, ermöglicht die Auswuchtung, während das Gehäuse als Schutz bei unbeabsichtigter Berührung dient. Ein Klebstoff zwischen den Rotorkomponenten ermöglicht den Ausgleich der verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten ohne Beeinträchtigung des dynamischen Verhaltens.
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Durch die Bereitstellung eines dichroitischen Strahlteilers auf dem Weg des zum Lichtempfänger zurückkehrenden Lichts kann ein Energiesignal abgetrennt werden, das beispielsweise eine elektromagnetische Strahlung sein könnte, die von einem geeigneten Detektor zu empfangen ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend ausführlicher auf der Grundlage einer beispielhaften Ausgestaltung erläutert, die in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
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1: eine Teilschnittdarstellung des Laserscanners;
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2: eine schematische Darstellung des Laserscanners;
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3: eine perspektivische Darstellung des Rotorhalters;
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4: eine Teilschnittdarstellung des Laserscanners;
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5: eine Teilschnittdarstellung des Laserscanners; und
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6: eine Teilschnittdarstellung des Laserscanners.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Bezug nehmend auf 1 und 2, ist dort ein Laserscanner 10 als ein Gerät zur optischen Abtastung und Messung der Umgebung des Laserscanners 10 vorgesehen. Der Laserscanner 10 hat einen Messkopf 12 und einen Sockel 14. Der Messkopf 12 ist auf dem Sockel 14 als eine Einheit angebracht, die um eine vertikale Achse gedreht werden kann. Der Messkopf 12 hat einen Drehspiegel 16, der um eine horizontale Achse gedreht werden kann. Der Schnittpunkt der zwei Rotationsachsen ist als Mitte C10 des Laserscanners 10 gekennzeichnet.
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Der Messkopf 12 ist ferner mit einem Lichtemitter 17 zum Emittieren eines Emissionslichtstrahls 18 versehen. Der Emissionslichtstrahl 18 kann ein Laserstrahl im Bereich von ungefähr 340 bis 1600 nm Wellenlänge sein; also zum Beispiel 790 nm, 905 nm oder unter 400 nm. Es können auch andere elektromagnetische Wellen mit beispielsweise einer größeren Wellenlänge verwendet werden. Der Emissionslichtstrahl 18 wird amplitudenmoduliert, beispielsweise mit einem Modulationssignal mit sinusförmiger oder rechteckiger Wellenform. Der Emissionslichtstrahl 18 wird vom Lichtemitter 17 auf den Drehspiegel 16 emittiert, wo er in die Umgebung abgelenkt und emittiert wird. Ein Empfangslichtstrahl 20, der in der Umgebung von einem Objekt O reflektiert oder anderweitig gestreut, wieder vom Drehspiegel 16 aufgefangen, abgelenkt und auf einen Lichtempfänger 21 gerichtet. Die Richtung des Emissionslichtstrahls 18 und des Empfangslichtstrahls 20 ergibt sich aus den Winkelstellungen des Drehspiegels 16 und des Messkopfs 12, die von den Stellungen ihrer entsprechenden Drehantriebe abhängen, die wiederum von jeweils einem Kodierer registriert werden.
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Eine Steuer- und Auswerteeinheit 22 hat eine Datenverbindung zu dem Lichtemitter 17 und dem Lichtempfänger 21 im Messkopf 12, so dass Teile der Einheit 22 auch außerhalb des Messkopfs 12, beispielsweise in einem an den Sockel 14 angeschlossenen Computer angeordnet sein können. Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 ermittelt aus der Ausbreitungszeit des Emissionslichtstrahls 18 und des Empfangslichtstrahls 20 den Abstand d zwischen dem Laserscanner 10 und dem beleuchteten Punkt am Objekt O für eine Vielzahl von Messpunkten X. Zu diesem Zweck wird die Phasenverschiebung zwischen den zwei Lichtstrahlen 18 und 20 ermittelt und ausgewertet.
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Die Abtastung erfolgt mittels der relativ schnellen Drehung des Spiegels 16 entlang einem Kreis. Aufgrund der relativ langsamen Drehung des Messkopfs 12 relativ zum Sockel 14 wird der gesamte Raum durch die Kreise schrittweise abgetastet. Die Gesamtheit der Messpunkte X einer solchen Messung wird als „Abtastung“ bezeichnet. Für eine solche Abtastung definiert die Mitte C10 des Laserscanners 10 den Ursprung des lokalen, feststehenden Bezugssystems. Der Sockel 14 ruht in diesem lokalen, feststehenden Bezugssystem.
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Zusätzlich zu dem Abstand d zur Mitte C10 des Laserscanners 10 umfasst jeder Messpunkt X eine Helligkeitsinformation, die auch mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 22 ermittelt wird. Der Helligkeitswert ist ein Grauwert, der beispielsweise durch die Integration des bandpassgefilterten und verstärkten Signals des Lichtempfängers 21 über eine Messdauer ermittelt wird, die dem Messpunkt X zugewiesen ist. Bei bestimmten Anwendungen sollten zusätzlich zum Grauwert Farbinformationen vorliegen. Der Laserscanner 10 ist daher auch mit einer Farbkamera 23 versehen, die ebenfalls an die Steuer- und Auswerteeinheit 22 angeschlossen ist. Die Farbkamera 23 kann zum Beispiel eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera umfassen und stellt ein Signal, das wie beispielsweise ein RGB-Signal im Farbraum dreidimensional ist, für ein zweidimensionales Bild im realen Raum zur Verfügung. Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 verknüpft die Abtastung des Laserscanners 10, die im realen Raum dreidimensional ist, mit den Farbbildern der Farbkamera 23, die zweidimensional im realen Raum sind, wobei ein solches Verfahren als „Abbilden“ bezeichnet wird. Das Verknüpfen erfolgt Bild für Bild bei einem beliebigen der Farbbilder, die aufgenommen wurden, um jedem der Messpunkte X der Abtastung als Endergebnis eine Farbe in RGB-Anteilen zu verleihen, d. h. um die Abtastung zu kolorieren.
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Im Folgenden wird der Messkopf 12 ausführlich beschrieben.
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Der Empfangslichtstrahl 20, der vom Drehspiegel 16 reflektiert wird, trifft auf eine plankonvexe, sphärische Empfängerlinse 30 auf, die bei Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung eine ungefähr halbsphärische Form aufweist. Die optische Achse A der Empfängerlinse 30 ist zur Mitte C10 des Laserscanners hin orientiert. Die konvexe Seite der stark lichtbrechenden Empfängerlinse 30 ist zum Drehspiegel 16 hin orientiert. Die Farbkamera 23 ist auf derselben Seite des Drehspiegels 16 wie die Empfängerlinse 30 und auf deren optischer Achse A angeordnet. Bei Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ist die Farbkamera 23 auf dem Punkt der Empfängerlinse 30 angeordnet, der dem Drehspiegel 16 am nächsten ist. Die Farbkamera 23 kann auf der unbehandelten Oberfläche der Empfängerlinse 30 befestigt – z. B. darauf aufgeklebt – oder in einer geeigneten Aussparung der Empfängerlinse 30 angeordnet sein.
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Vor der Farbkamera 23, d. h. näher am Drehspiegel 16, ist ein Emissionsspiegel 32 angeordnet, der dichroitisch ist, d. h., dass der Spiegel 32 bei Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sichtbares Licht durchlässt und rotes Laserlicht reflektiert. Der Emissionsspiegel 32 ist demzufolge transparent für die Farbkamera 23; dies bedeutet, dass der Spiegel 32 eine klare Sicht auf den Drehspiegel 16 bietet. Der Emissionsspiegel 32 befindet sich derart in einem Winkel mit der optischen Achse A der Empfängerlinse 30, dass der Lichtemitter 17 an der Seite der Empfängerlinse 30 angeordnet werden kann. Der Lichtemitter 17, der eine Laserdiode und einen Kollimator umfasst, emittiert den Emissionslichtstrahl 18 auf den Emissionsspiegel 32, von wo aus der Emissionslichtstrahl 18 dann auf den Drehspiegel 16 projiziert wird. Der Drehspiegel 16 dreht sich für die Aufnahme der Farbbilder relativ langsam und schrittweise. Für die Durchführung der Abtastung dreht sich der Drehspiegel 16 jedoch relativ schnell (z. B. 100 cps) und kontinuierlich. Der Mechanismus des Drehspiegels 16 bleibt der gleiche.
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Es gibt wegen der Anordnung der Farbkamera 23 auf der optischen Achse A der Empfängerlinse 30 nahezu keine Parallaxe zwischen der Abtastung und den Farbbildern. Da bei bekannten Laserscannern der Lichtemitter 17 und sein Anschluss statt der Farbkamera 23 und deren Anschluss (z. B. einer flexiblen gedruckten Leiterplatte) angeordnet sind, ändern sich die Schatteneffekte der Empfängerlinse 30, die durch die Farbkamera 23 und den Emissionsspiegel 32 bedingt sind, nicht oder nur geringfügig.
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Um einerseits auch entfernte Messpunkte X mit einer relativ großen Brennweite zu registrieren und andererseits relativ wenig Platz zu benötigen, hat der Laserscanner 10 eine „gefaltete Optik“. Zu diesem Zweck ist auf der optischen Achse A hinter der Empfängerlinse 30 eine Fotomaske 42 angeordnet, wobei die Fotomaske koaxial zur optischen Achse A orientiert ist. Die Fotomaske 42 ist radial einwärts (d. h. in Bezug auf die optische Achse A) angeordnet und hat einen relativ großen freien Bereich, um den Empfangslichtstrahl 20 ungehindert durchzulassen, der von den entfernten Objekten O reflektiert wird, wohingegen die Fotomaske 42, die radial auswärts angeordnet ist, relativ kleinere dunkel getönte Bereiche aufweist, um die Intensität des Empfangslichtstrahls 20, der von nahe gelegenen Objekten O reflektiert wird, derart zu verringern, dass vergleichbare Intensitäten vorhanden sind.
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Auf der optischen Achse A hinter der Fotomaske 42 ist ein hinterer Spiegel 43 angeordnet, wobei der Spiegel plan und senkecht zur optischen Achse A ist. Der hintere Spiegel 43 reflektiert den Empfangslichtstrahl 20, der von der Empfängerlinse 30 gebrochen wird und auf den mittleren Spiegel 44 auftrifft. Der mittlere Spiegel 44 ist in der Mitte der Fotomaske 42 auf der optischen Achse A angeordnet, die durch die Farbkamera 23 und den Emissionsspiegel 32 abgeschattet wird. Der mittlere Spiegel 44 ist ein asphärischer Spiegel, der sowohl als Zerstreuungslinse wirkt (d. h. die Brennweite vergrößert) als auch als Nahfeldkorrekturlinse wirkt (d. h. den Brennpunkt des Empfangslichtstrahls 20 verschiebt, der von nahe gelegenen Objekten O reflektiert wird). Außerdem ergibt sich eine Reflexion nur von einem derartigen Teil des Empfangslichtstrahls 20, der durch die Fotomaske 42 geht, die auf dem mittleren Spiegel 44 angeordnet ist. Der mittlere Spiegel 44 reflektiert den Empfangslichtstrahl 20, der durch eine mittlere Öffnung an der Rückseite des hinteren Spiegels 43 auftrifft.
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Der Lichtempfänger 21, der eine Eintrittsblende, einen Kollimator mit Filter, eine Sammellinse und einen Detektor umfasst, ist an der Rückseite des hinteren Spiegels 43 angeordnet. Um Platz zu sparen, kann ein Empfangsspiegel 45 vorgesehen werden, der den Empfangslichtstrahl 20 derart um 90° ablenkt, dass der Lichtempfänger 21 radial zur optischen Achse A angeordnet werden kann. Die Brennweite kann mit der gefalteten Optik in Bezug auf bekannte Laserscanner ungefähr verdoppelt werden.
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Auch Bezug nehmend auf 3, ist der Drehspiegel 16 als zweidimensionale Konstruktion ein Teil eines Rotors 61, der als dreidimensionale Konstruktion durch den entsprechenden Drehantrieb gedreht werden kann, und die Winkelstellung des Antriebs wird durch den zugeordneten Kodierer gemessen. Um Platz auch in Bezug auf den Drehspiegel 16 wegen einer relativen kurzen Bauform des Rotors 61 einzusparen und um den Rotor 61 ausgewuchtet zu halten, ist der Rotor 61 als eine Hybridkonstruktion ausgelegt, die einen Halter 63, den Drehspiegel 16, der am Halter 63 angebracht ist, und ein Gehäuse 65 aus Kunststoffmaterial umfasst, wobei das Gehäuse den Drehspiegel 16 zusätzlich hält.
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Der Metallhalter 63 hat eine zylindrische Grundform mit einer 45°-Oberfläche und verschiedenen Aussparungen. Zwischen diesen Aussparungen verbleiben Materialabschnitte wie beispielsweise Flügel, Absätze und Vorsprünge, die jeweils zur Auswuchtung des Rotors 61 dienen. Eine mittlere Bohrung dient zur Anbringung der Motorwelle des zugeordneten Drehantriebs. Der Drehspiegel 16 besteht aus einem Glas, das beschichtet ist und in dem entsprechend Wellenlängenbereich reflektiert. Der Drehspiegel 16 ist mittels Klebstoff an der 45°-Oberfläche des Halters 63 befestigt, wobei für diesen Zweck spezielle Befestigungsflächen 63b am Halter 63 vorgesehen sind.
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Das Gehäuse 65 aus Kunststoffmaterial hat die Form eines Hohlzylinders, der unter 45° geschnitten wurde und zumindest den Halter 63 umschließt. Das Gehäuse 65 kann an den Drehspiegel 16 angeklebt oder anderweitig befestigt werden. Das Gehäuse 65 kann den Drehspiegel 16 beispielsweise formschlüssig an dessen Umfang umklammern, und zwar gegebenenfalls mit einer dazwischenliegenden Gummidichtung oder dergleichen. Das Gehäuse 65 kann auch an den Halter 63 angeklebt oder anderweitig direkt am Halter 63 befestigt werden oder es kann mittels der Montage des Rotors 61 durch eine Endplatte 67 mit dem Halter 63 verbunden werden – also zum Beispiel an ihn angeschraubt werden. Der benutzte Klebstoff gleicht einerseits die verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien aus und lässt andererseits das dynamische Verhalten unbeeinträchtigt; er zeigt beispielsweise eine Elastizität, die nicht relativ zu groß ist, um geschwindigkeitsabhängige Unwuchten zu vermeiden.
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Der Rotor 61 dreht sich um die optische Achse A. Der Drehspiegel 16 deckt den Halter 63 an einer von dessen Seiten ab (nämlich an der 45°-Oberfläche). Das Gehäuse 65 deckt den Halter 63 radial außen bezogen auf die optische Achse A ab. Somit sind scharfe Kanten der Halter 63 zum Schutz vor Verletzungen abgedeckt. Der Halter 63 wuchtet den Rotor 61 aus. Statt aus Metall kann der Halter 63 aus einem anderen relativ schweren Material bestehen, das das Trägheitsmoment dominiert. Statt aus Kunststoff kann das Gehäuse 65 aus einem anderen relativ leichten Material bestehen, das geringen Einfluss auf das Trägheitsmoment hat. Statt aus beschichtetem Glas bestehend kann der Drehspiegel 16 anderweitig reflektierend (und transparent) sein. Wenn sie als Hybridkonstruktion ausgelegt sind, sind der Drehspiegel 16, der Halter 63 und das Gehäuse 65 getrennt ausgebildete Teile, die aneinander befestigt sind.
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4 zeigt eine Teilschnittdarstellung des Laserscanners, wobei die Darstellung im Wesentlichen die gleiche wie die von 1 ist, außer dass ein dichroitischer Strahlteiler 116, eine optionale Linse 118 und ein Energiedetektor 119 vorhanden sind. Der dichroitische Strahlteiler umfasst eine Beschichtung, die einige Wellenlängen elektromagnetischer Energie (d. h. Licht) abtrennt, damit sie auf einem Lichtweg 121 zum Lichtempfänger 21 durchgehen, und andere Wellenlängen elektromagnetischer Energie abtrennt, damit sie auf einem Lichtweg 120 zu der optionalen Linse 118 und dem Energiedetektor 119 durchgehen.
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Zu den Beispielen für die elektromagnetische Energie, die durch den Energiedetektor 119 erfasst werden könnte, zählen Wärmeenergie, ultraviolette Strahlung, Millimeterwellenstrahlung und Röntgenstrahlung. Bei einem Energiedetektor 119, der Wärmeenergie erfasst, kann die elektromagnetische Strahlung in nahen oder mittleren Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums liegen.
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In vielen Fällen ist eine Linse 118 zwischen dem dichroitischen Strahlteiler 116 und dem Energiedetektor 119 angeordnet. In einigen Fällen kann die Linse die elektromagnetische Strahlung im Lichtweg 120 auf einen kleinen Fleck auf dem Energiedetektor 119 fokussieren. In diesem Fall erfasst der Energiedetektor die elektromagnetische Strahlung zu der gleichen Zeit, in der Abstandsinformationen während des Abtastverfahrens erfasst werden. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Detektor in diesem Fall die Energieinformationen auf Punkt-zu-Punkt-Basis erfasst.
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In anderen Fällen kann die Linse 118 derart angeordnet werden, dass sie ein Bild eines Bereichs der Umgebung erzeugt. Die Linse 118 umfasst in diesem Fall mehrere Detektorelemente (d. h. Pixel). Bei dieser Detektorart erfasst der Scanner wahrscheinlich Informationen, während er in einzelnen Schritten bewegt wird, wobei die Schrittgröße derart ausgewählt ist, dass sie zum Sichtfeld des Linsensystems passt.
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Obwohl der dichroitische Strahlteiler an einer Position dargestellt ist, die in 1 von einem Spiegel eingenommen wird, kann man ihn an verschiedenen anderen Positionen anordnen. Der dichroitische Strahlteiler 116 kann beispielsweise nahe dem dichroitischen Emissionsspiegel 32 angeordnet werden, um ein breiteres Sichtfeld zu erzielen, als es bei der in 4 dargestellten Position für den dichroitischen Strahlteiler 116 möglich wäre.
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Es ist auch möglich, die Form eines Strahlteilers zu ändern, indem man einen rechtwinkligen Spiegel derart beschichtet, dass er eine Wellenlänge reflektiert und eine zweite Wellenlänge durchlässt. 5 zeigt das rechtwinklige Spiegelprisma 122, das auf einer Fläche 123 beschichtet ist, um die Wellenlänge der Lichtquelle 28 auf den Lichtempfänger 21 zu reflektieren. Die elektromagnetische Energie einer anderen Wellenlänge wird durch das Prisma 122 in einem Strahl 124 zum Energiedetektor 125 durchgelassen.
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Die Verwendung mehrerer dichroitischer Strahlteiler wie beispielsweise der Elemente 32 und 116 stellt in einem einzigen 3D-Scanner ein Mittel zum Erhalten von Informationen über verschiedene Emissionen zur Verfügung. Es kann beispielsweise wichtig sein, die 3D-Koordinaten und die Farbe von Objekten in einer Umgebung zu kennen und zusätzlich dazu die Temperatur dieser Objekte zu kennen. Ein einfaches Beispiel könnte eine Abtastung des Innen- oder Außenbereichs eines Hauses sein, die die Temperatur der verschiedenen Bereiche des Hauses zeigt. Durch die Identifizierung der Wärmeverlustquelle lässt sich eine Abhilfemaßnahme wie zum Beispiel die Hinzufügung einer Isolierung oder das Ausfüllen von Lücken empfehlen.
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Dichroitische Strahlteiler können auch zur Erzielung mehrerer Wellenlängen verwendet werden, um beispielsweise diagnostische chemische Informationen bereitzustellen, indem man aus dem Energiedetektor einen spektroskopischen Energiedetektor macht. Ein wie hier definierter spektroskopischer Energiedetektor ist durch seine Fähigkeit gekennzeichnet, ein elektromagnetisches Signal in seine Spektralkomponenten zu zerlegen. In vielen Fällen wird ein Lichtstrahl auf ein Objekt projiziert. Das reflektierte Licht kann aufgefangen und analysiert werden, um die Spektralkomponenten zu ermitteln, die vorhanden sind. Heute werden optische Gitter und andere bei spektroskopischen Energiedetektoren vorkommende Elemente durch die Verwendung mikroelektromechanischer Chips miniaturisiert. Mehrere Firmen arbeiten heute beispielsweise an Miniaturgeräte, die in der Lage sind, die Nährstoffe von Lebensmitteln zu analysieren. Fraunhofer berichtete zum Beispiel von Arbeiten an einem Spektrometer mit nur 9,5 × 5,3 × 0,5 mm für diesen Zweck. Ein Beispiel für ein Gerät, für das ein Scanner
10 besonders geeignet sein kann, ist ein Gerät, bei dem die spektralen Emissionen die Anwesenheit von Sprengstoffen anzeigen können. Ein solches Verfahren wird in dem an Riegl et al. erteilten
US-Patent Nr. 7,368,292 beschrieben.
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6 zeigt die Elemente eines spektroskopischen Systems, das in einen Scanner 10 eingebaut ist. Eine Quelle elektromagnetischer Energie emittiert Licht, das vom Strahlteiler 130 reflektiert wird. Der Strahlteiler 130 ist bei einer Ausgestaltung ein nicht polarisierender Strahlteiler. Bei einer anderen Ausgestaltung ist der Strahlteiler 130 ein polarisierender Strahlteiler, der auf die Lichtquelle 131 orientiert ist, um Verluste zu minimieren. Der Energiedetektor 119 ist ein spektroskopischer Energiedetektor, der in der Lage ist, die Wellenlängen von einfallender elektromagnetischer Energie zu ermitteln. Die Wellenlängen der reflektierten elektromagnetischen Energie, die vom Energiedetektor erfasst wird, können in einigen Fällen zur Ermittlung von Materialeigenschaften eines Objekts benutzt werden, das in der Umgebung abgetastet wird. Die elektromagnetische Energiequelle 131 und der Strahlteiler 130 werden bei einigen Ausgestaltungen unter dem Strahlteiler 116 von 6 bewegt.
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Obwohl die Erfindung anhand von Beispielausgestaltungen beschrieben wurde, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente an Stelle von Merkmalen davon eingesetzt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Ferner können zahlreiche Modifikationen erfolgen, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzbereich abzuweichen. Es ist demzufolge beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausgestaltung beschränkt ist, die als die zur Durchführung dieser Erfindung beste Ausführungsform erachtete offenbart wurde, sondern dass die Erfindung alle Ausgestaltungen umfasst, die im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen. Ferner bedeutet die Verwendung der Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. nicht irgendeine Reihenfolge oder Bedeutsamkeit, sondern werden die Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. vielmehr zur Unterscheidung eines Merkmals von einem anderen verwendet. Darüber hinaus bedeutet die Verwendung der Begriffe „ein“, „eine“ usw. nicht eine Beschränkung der Menge, sondern vielmehr das Vorhandensein von mindestens einem des Gegenstands, auf den Bezug genommen wird.
