用于环境的激光勘测的装置制造方法及图纸

一种用于通过对从环境(2)反射的激光束(4

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于环境的激光勘测的装置


[0001]本专利技术涉及一种用于通过从环境反射的激光束、尤其是脉冲激光束的飞行时间测量来勘测环境的装置，其包括：具有至少一个反射镜表面的光束偏转装置，所述反射镜表面能够围绕不垂直于反射镜表面的旋转轴旋转或振荡，所述光束偏转装置具有反射镜棱镜，所述反射镜棱镜的棱镜侧面各自形成反射镜表面并且所述反射镜棱镜的棱镜轴是旋转轴；第一激光发射器，其构造为经由光束偏转装置在第一时间相关的发射方向上发射第一发射激光束；以及第一激光接收器，其构造为接收由环境反射的并且经由光束偏转装置在第一时间相关的接收方向上接收回来的第一发射激光束作为第一接收激光束，其中，第一发射和接收方向在发射和接收激光束的相应发射和接收时间处彼此平行并且与旋转轴成第一角度。

技术介绍

[0002]这种类型的装置例如从EP3182159B1中已知，并且特别用于景观的空中勘测。从飞机上的激光扫描仪，通过光束偏转装置从高空发射多个激光脉冲到地面上的许多目标点上，并且根据目标反射的飞行时间测量，创建地形的点模型(“3D点云”)，目标距离以及来自这些的目标距离
‑
已知激光扫描仪的位置和地点以及相应的偏转角。在这个过程中，指向旋转的或振动的反射镜表面的发射激光束由此周期性地旋转(“扫描”)扫描角度范围并且形成用于扫描景观的扫描扇。由环境反射的接收激光束沿着相同的路径被接收回来，即，在每种情况下用于在特定方向上发射激光脉冲的反射镜表面同时用于将从相同方向接收的激光脉冲偏转到激光接收器。
[0003]这种激光扫描器必须满足广泛的要求。一方面，期望在勘测飞行期间尽可能快且完全地创建点云，另一方面，勘测应当同时尽可能无误差。近射程内的灰尘、湿气或云可引起干扰反射，这使景观模型的创建复杂化或使其失真。本专利技术的目的是提供一种用于激光扫描的装置，其能够特别快速和有意义的产生环境的点云，而没有附近目标误差。

技术实现思路

[0004]这个目的通过开头所述类型的装置来实现，所述装置根据本专利技术的特征在于：第二激光发射器，其构造为经由光束偏转装置在第二时间相关的发射方向上发射第二发射激光束；以及第二激光接收器，其构造为接收由环境反射的并且经由光束偏转装置在第二时间相关的接收方向上接收回来的第二发射激光束作为第二接收激光束，其中，第二发射和接收方向在发射和接收激光束的相应发射和接收时间处彼此平行并且与旋转轴成第二角度，并且其中，在每种情况下在旋转轴的方向上，第一激光接收器与第一激光发射器间隔开，并且第二激光接收器与第二激光发射器间隔开。
[0005]本专利技术的激光扫描装置能够利用单个光束偏转装置同时发射两个或更多个(进一步参见下文)发散扫描扇。一方面，这允许在同一时间为点云创建两倍的环境测量点。另一方面，如果装置在偏离扫描扇平面的进给方向上在环境上移动，则在每种情况下，环境中的
相同点将被扫描扇以不同的角度撞击，使得碰巧位于一个扫描扇的平面中的表面也能够被另一个扫描扇正确地检测。例如，如果在空中勘测中，一个扫描扇指向天底方向，而另一个扫描扇斜向前或向后指向，垂直的房屋立面也能够正确地绘制在点云中。同时，由于激光发射器和接收器在旋转轴方向上的相互间隔所引起的视差，勘测不易受到来自近射程中的“错误”环境目标，例如飞机的底盘部件、云等的干扰。由于这个视差，装置仅能够从特定的最小距离检测目标，所述特定的最小距离取决于发射激光束的光束扩展、激光接收器的接收孔径以及前述的发射器和接收器之间的距离。
[0006]结果，本专利技术的装置以简单的方式，即，在旋转轴的方向上延伸的单个光束偏转装置，实现了对环境的特别快速、完整且无干扰的勘测，激光发射器和接收器沿着该旋转轴分布。
[0007]优选地，激光发射器朝向光束偏转装置指向，使得发射激光束基本上在光束偏转装置处彼此交叉。表述“基本上在光束偏转装置处”意味着关于环境的平均测量距离的光束偏转装置的紧邻地区。例如，在机载激光扫描仪的情况下，从几个100米或公里的高度来勘测环境，并且相对可忽略的近射程可以高达几米。
[0008]通过使发射激光束尽可能靠近光束偏转装置交叉，在旋转轴的方向上观看时，发射激光束在光束偏转装置的反射镜表面上的冲击点尽可能彼此靠近，使得光束偏转装置在旋转轴方向上的长度能够被减小。
[0009]根据本专利技术的另一优选特征，激光发射器和接收器的角度定向，尤其是激光接收器与光束偏转装置的距离，以接收激光束在光束偏转装置和激光接收器之间彼此交叉的方式来选择。以相同的方式，这使得接收激光束在光束偏转装置的旋转轴的方向上在光束偏转装置上所需的撞击面积最小化。此外，可以在接收激光束的交叉区域中布置公共聚焦光学单元，使得对于所有接收激光束仅需要一个聚焦光学单元，并且能够将它们的尺寸减小到交叉区域。
[0010]在本专利技术的第一优选实施例中，第一和第二发射和接收方向在发射激光束和接收激光束的相应发射和接收时间处，位于与旋转轴平行的公共平面中。当装置以其旋转轴在运输平台例如飞机的进给方向上安装时，扫描扇由此在进给方向上重叠，使得扫描扇的环境的同一位置能够以不同的角度被扫描。
[0011]在本专利技术的第二优选实施例中，激光发射器和激光接收器以这样的方式定向，即，在光束偏转装置和环境之间，在远离光束偏转装置观察时彼此接近的那些发射和接收激光束相对于彼此偏斜。这增加了近射程不敏感性，并因此增加了对装置干扰的敏感性。在没有这种措施的情况下，可能的是，激光发射器的发射激光束被附近的目标例如云沿着分配给另一激光发射器的激光接收器的接收方向反射，并且因此导致点云中的错误点。
[0012]在第一特别优选的变型中，反射镜棱镜具有围绕其周边延伸的凹槽，其中，在棱镜轴的方向上观察时，激光发射器位于凹槽的一侧，并且激光接收器位于凹槽的另一侧。在第二优选变型中，反射镜棱镜具有围绕其周边延伸的肋，其中，在棱镜轴的方向上观察时，激光发射器位于肋的一侧，激光接收器位于肋的另一侧。这能够显著地增加装置的近射程不敏感性的选择性。此外，通过这个凹槽或肋阻止了发射激光束在装置的近射程中干扰地散射到接收激光束中。
[0013]在这两个变型中，在棱镜轴的方向上观察时，与激光发射器相比，激光接收器优选
地位于距凹槽或肋更远的距离处。换句话说，反射镜棱镜的大部分纵向长度可用于接收激光束的照射区域，使得能够使用大的接收孔径，因此装置具有高的测量敏感性，并因此具有高的测量范围。同时，使用于透射激光束的反射镜棱镜的纵向部分最小化，使得反射镜棱镜具有减小的长度。
[0014]根据本专利技术的装置能够利用所述原理扩展到任意数目的激光发射器和接收器，例如三个、四个、五个等，每个激光发射器和接收器以不同的角度指向光束偏转装置。因此，本专利技术的另一优选实施例的特征在于：第三激光发射器，其构造为经由光束偏转装置在第三时间相关的发射方向上发射第三发射激光束，以及第三激光接收器，其构造为接收由环境反射的并经由光束偏转装置在第三时间相关的接收方向上接收回来的第三发射激光束作为第三接收激光束，其中第三发射和接收方向在发射和接收激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过对从环境(2)反射的激光束(4
i
)、特别是脉冲激光束的飞行时间测量来勘测所述环境(2)的装置(1)，包括：光束偏转装置(13)，其具有至少一个反射镜表面(18
‑
25)，所述反射镜表面能够围绕不垂直于所述反射镜表面的旋转轴(26)旋转或振荡，所述光束偏转装置(13)具有反射镜棱镜(17)，所述反射镜棱镜的棱镜侧面各自形成反射镜表面(18
‑
25)，并且所述反射镜棱镜的棱镜轴是所述旋转轴(26)，第一激光发射器(111)，其构造为经由所述光束偏转装置(13)在第一时间相关的发射方向(301)上发射第一发射激光束(81)，以及第一激光接收器(141)，其构造为接收由所述环境(2)反射的并且经由所述光束偏转装置(13)在第一时间相关的接收方向(311)上接收回来的所述第一发射激光束(8
i
)作为第一接收激光束(9
i
)，其中，所述第一发射和接收方向(301、311)在所述发射和接收激光束(8
i
、9
i
)的相应发射和接收时间处彼此平行并且与所述旋转轴(26)成第一角度(α1)，其特征在于第二激光发射器(112)，其构造为经由所述光束偏转装置(13)在第二时间相关的发射方向(302)上发射第二发射激光束(82)，以及第二激光接收器(142)，其构造为接收由所述环境(2)反射的并且经由所述光束偏转装置(13)在第二时间相关的接收方向(312)上接收回来的所述第二发射激光束(82)作为第二接收激光束(92)，其中，所述第二发射和接收方向(302、312)在所述发射和接收激光束(8
i
、9
i
)的相应发射和接收时间处彼此平行并且与所述旋转轴(26)成第二角度(α2)，以及其中，在每种情况下在所述旋转轴(26)的方向上，所述第一激光接收器(141)与所述第一激光发射器(111)间隔开(PX)，并且所述第二激光接收器(142)与所述第二激光发射器(112)间隔开(PX)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射激光束(8
i
)基本上在所述光束偏转装置(13)处彼此交叉。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述接收激光束(9
i
)在所述光束偏转装置(13)和所述激光接收器(14
i
)之间彼此交叉。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，聚焦光学单元(32)布置在所述接收激光束(31
i
)的交叉区域(K
E
)中。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一和第二发射和接收方向(30
i
、31
i
)在所述发射和接收激光束(8
i
、9
i
)的相应发射和接收时间处，位于与所述旋转轴(26)平行的公共平面中。6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述激光发射器(11
i
)和激光接收器(14
i
)以这样的方式定向，即，在所述光束偏转装置(13)和所述环境(2)之间，在远离所述光束偏转装置(13)观察时彼此接近的那些发射和接收激光束(8
i
，9
j
)相对于彼此偏斜。7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯，
申请(专利权)人：雷格雷射测量系统公司，
类型：发明
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