激光扫描仪制造技术

本发明专利技术涉及一种激光扫描仪(1)，包括外壳(23)、包括用于发射光束(12)的发射孔径(S)的激光发射器(11)、用于接收光束(15)的激光接收器(16)和呈反射镜锥体(2)形式的光束偏转装置，反射镜锥体的锥体轴线形成其旋转轴线(2')，反射镜锥体的各个锥体侧面每一个形成反射镜镜面(7

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光扫描仪


[0001]本专利技术涉及一种激光扫描仪，包括外壳、激光发射器、激光接收器和光束偏转装置，所述激光发射器包括用于发出发射光束的发射孔径，所述激光接收器包括用于接收由环境反射的作为接收光束的发射光束的接收孔径，所述光束偏转装置以安装在可旋转轴上的反射镜锥体的形式位于所述发射光束和接收光束的光束路路中，其中所述反射镜锥体的锥体轴线形成所述旋转轴，并且所述反射镜锥体的倾斜于所述旋转轴的各个锥体侧面每一个形成反射镜镜面，并且其中所述激光发射器和所述激光接收器各自基本平行于所述反射镜锥体的旋转轴指向所述反射镜锥体。

技术介绍

[0002]例如，从EP2622364A1或EP3182159A1中已知这种激光扫描仪。以轴向平行方式指向旋转的反射镜锥体的发射光束在扫描角度范围内被反射镜锥体周期性地枢转，并且由环境反射的接收光束以相同的方式被接收回来，即，当前用于发射的反射镜镜面同时用于将从相同方向接收的接收光束偏转到激光接收器。
[0003]根据现有技术(例如EP2293013A1)，激光接收器的圆形接收孔径小于沿旋转轴方向观察的“起作用的”反射镜镜面的内切圆。激光扫描仪的相应的起作用的反射镜镜面是这样的镜面，通过该镜面，发射光束在其扫描方向上偏转，因为反射的接收光束也从该方向被接收回来，并被起作用的反射镜镜面返回到接收器。在反射镜面旋转时，接收孔径圆越过两个反射镜镜面之间的边缘，这样的结果是，接收孔径圆被连续切割，或者接收圆孔径位于起作用的反射镜镜面上的部分被连续减小，这导致激光扫描仪的周期性的、依赖于角度的灵敏度下降。
[0004]CN 207020306U示出了根据权利要求1的前序部分的激光扫描仪。即使在该文中确定接收孔径的会聚透镜略大于反射镜镜面，在反射镜锥体的旋转期间也发生与EP2293013A1的激光扫描仪的情况相同的切割效果，并因此发生相同的周期性的灵敏度下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是创建一种具有改进的接收灵敏度并因此具有更宽范围的激光扫描仪。
[0006]该目的通过一种激光扫描仪实现，该激光扫描仪包括外壳、包括用于发出发射光束的发射孔径的激光发射器、用于接收由环境反射的发射光束作为接收光束的激光接收器、以及以安装在可旋转轴上的反射镜锥体的形式位于发射光束和接收光束的光束路径中的光束偏转装置，其中所述反射镜锥体的锥体轴线形成旋转轴线，其中所述反射镜锥体的倾斜于所述旋转轴线的各个锥体侧面每一个形成反射镜镜面，其中所述激光发射器和所述激光接收器各自基本上平行于所述反射镜锥体的所述旋转轴线指向所述反射镜锥体，其中所述激光接收器具有至少一个会聚透镜，该至少一个会聚透镜在接收束路径中布置在所述
反射镜锥体的下游，并且其中在所述会聚透镜的与所述反射镜镜面重叠的区域中，在所述旋转轴线的方向上观察的所述会聚透镜在面积比较上至少与在所述旋转轴线的方向上观察的所有反射镜镜面中的最大反射镜镜面的两倍一样大。
[0007]与已知的解决方案不同，不再是接收孔径“适配”反射镜镜面，而是相反地，反射镜镜面适配接收孔径。根据本专利技术，由于接收孔径大于反射镜镜面，所以它首先至少在起作用的反射镜镜面上的发射光束的中心位置周围全部用于接收。
[0008]当反射镜锥体配置成具有不同倾斜度的多个锥体侧面，尤其是以在彼此分开的多个扫描扇中发出发射光束时，从旋转轴线的方向观察，反射镜镜面可以具有不同的尺寸。为此，在旋转轴的方向上观察的接收孔径大于在旋转轴线的方向上观察的所有反射镜镜面中的最大反射镜镜面，以便在所有扫描扇中实现上述效果。
[0009]根据本专利技术，在会聚透镜的与反射镜镜面重叠的区域中，在旋转轴线方向观察的所述会聚透镜在面积比较上至少与沿旋转轴方向观察的所有反射镜镜面中的最大反射镜镜面的两倍一样大。作为结果，这实现了，即使在发射光束具有小直径的情况下，反射镜镜面在其整个在其上被发射光束撞击的移动路径上，从旋转轴线的方向观察，位于接收孔径内，即，与相应的起作用的反射镜镜面相比，其发射孔径较小。这样，整个起作用的反射镜镜面被用于在发射光束的整个偏转运动期间将接收光束接收回来，并且因此，激光扫描仪的接收灵敏度被优化。
[0010]根据本专利技术的优选特征，另一方面，接收孔径不被设计得太大以致于它不必要地接收来自非起作用的反射镜镜面的光分量。因此，在所述会聚透镜与所述反射镜镜面重叠的区域中，在所述旋转轴线的方向上观察，所述会聚透镜在面积比较上优选大约是与在所述旋转轴线的方向上观察的所有反射镜镜面中最大反射镜镜面的两倍一样大。这优化了接收灵敏度，最大可能地抑制了寄生反射。
[0011]当会聚透镜由在旋转轴方向上观察时近似圆形的、其光轴位于旋转轴线中的会聚透镜和设置在会聚透镜上游的光阑形成时，这是特别有利的。这产生了非常简单的对称设计，其中，从旋转轴线的方向看，具有大直径的会聚透镜基本上全等地位于反射镜锥体上，而光阑用于掩蔽非起作用的反射镜镜面的寄生反射。当反射镜锥体具有四个反射镜镜面时，例如，从旋转轴的方向观察，光阑优选具有半圆形形状，从而掩蔽两个非起作用的反射镜镜面。
[0012]作为一种替代方案，代替使用用于圆形会聚透镜的光阑，也可以使用在旋转轴线方向观察近似为扇形的、其光轴位于旋转轴线中的会聚透镜，尤其是用于包括四个反射镜镜面的反射镜锥体的半圆形会聚透镜。
[0013]激光接收器优选包括尤其优选地以光电倍增器或雪崩光电二极管的形式布置在会聚透镜的焦点中的接收元件。这种设计确保了高的接收灵敏度，同时提供了激光接收器的大孔径。
[0014]激光发射器可以直接位于反射镜锥体和激光接收器之间的接收光束路径中，例如当它是仅稍微覆盖接收孔径的非常小的半导体激光器时。然而，优选地，激光发射器包括位于反射镜锥体和激光接收器之间的接收光束路径中的偏转镜，以及指向偏转镜并位于接收光束路径外部的激光器，以便尽可能少地遮蔽接收孔径。
[0015]根据本专利技术的另一优选特征，激光发射器指向反射镜锥体的锥体底部侧边缘区
域。这样，增加了起作用的反射镜镜面的可用运动路径，即，其围绕反射镜锥体的旋转轴线的旋转角度。由于激光发射器的有限的、非点状的发射孔径，发射光束仅可以在起作用的反射镜镜面的发射光束完全或基本完全位于其上的旋转运动的角度范围内使用，因为否则相邻反射镜镜面也将被撞击，并且发射光束因此也将在不同的、不想要的方向上偏转。通过将发射光束移动到起作用的反射镜镜面的边缘区域，其可用旋转角度范围被最大化以发出发射光束。
[0016]因此，激光发射器的发射孔径在一反射镜镜面的水平上的直径优选小于该反射镜镜面在上述边缘区域中的周向范围的四分之一，并且特别优选小于八分之一。
[0017]通过激光发射器对反射镜锥体进行边缘侧照射的另一个优点是与用于发射和接收光束通过的外壳的出射窗有关。特别地，当外壳包括指向反射镜镜锥体的圆周并且由透明材料制成以用于使发射和接收光束穿过的窗时，所述窗在所述反射镜锥体的周向方向上观察分成相对于彼此成角度的至少三个部分，中心部分的长度优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光扫描仪(1)，包括：外壳(23)，激光发射器(11)，其包括用于发出发射光束(12)的发射孔径(S)，激光接收器(16)，用于接收由环境(12)反射的发射光束(12)，作为接收光束(15)，以及光束偏转装置，所述光束偏转装置以安装在可旋转轴(3)上的反射镜锥体(2)的形式位于所述发射和接收光束的光束路径中，其中所述反射镜锥体的锥体轴线形成旋转轴线(2')，并且所述反射镜锥体的倾斜于所述旋转轴线(2')的各个锥体侧面每一个形成反射镜镜面(7
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10)，所述激光发射器(11)和所述激光接收器(16)各自基本上平行于所述反射镜锥体(2)的所述旋转轴线(2')指向所述反射镜锥体(2)，以及所述激光接收器(16)具有至少一个会聚透镜(20)，其在接收光束路径中布置在所述反射镜锥体(2)的下游，其特征在于在所述会聚透镜(20)与所述反射镜镜面(7
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10)重叠的区域中，在所述旋转轴线(2')的方向上观察的所述会聚透镜(20)在面积比较上至少是与在所述旋转轴线(2')的方向上观察的所有反射镜镜面(7
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10)中的最大反射镜镜面的两倍一样大。2.根据权利要求1所述的激光扫描仪，其特征在于，在所述会聚透镜(20)与所述反射镜镜面(7
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10)重叠的区域中，在所述旋转轴线(2')的方向上观察的所述会聚透镜(20)在面积比较上大约是与在所述旋转轴线(2')的方向上观察的所有反射镜镜面(7
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10)中的最大反射镜镜面的两倍一样大。3.根据权利要求1或2所述的激光扫描仪，其特征在于，所述会聚透镜由会聚透镜(20)和光阑(22)形成，所述会聚透镜在所述旋转轴线(2')的方向观察近似为圆形，所述会聚透镜的光轴位于所述旋转轴线(2')上，所述光阑布置在所述会聚透镜(20)的上游。4.根据权利要求3所述的激光扫描仪，其特征在于，所述反射镜锥体(2)具有四个反射镜镜面(7
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10)，并且所述光阑(22)在所述旋转轴线(2')的方向上观察具有半圆形形状。5.根据权利要求1或2所述的激光扫描仪，其特征在于，所述会聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖纳，
申请(专利权)人：雷格雷射测量系统公司，
类型：发明
国别省市：