[发明专利]用于检测监测区域中的对象的多边形扫描仪和方法

说明书

本申请涉及用于检测监测区域中的对象的多边形扫描仪和方法。提出了用于检测对象(24)的多边形扫描仪(10)，具有：光发射器(12)、光接收器(30)、用于评估光接收器(30)的接收信号的评估单元(32)以及用于周期性地偏转光束(16)的可旋转的反射镜单元(20)，该反射镜单元具有多个镜面(34)，以便反射镜单元(20)每次转动均通过相应的镜面(34)多次扫描角部分，其中至少一些镜面(34)具有彼此不同的曲率。在此，至少一个镜面(34)被构造成自由型面，该自由型面的曲率与在反射镜单元(20)旋转期间发射的光束(16)在镜面(34)上变化的入射角适配。

本发明涉及用于检测监测区域中对象的多边形扫描仪和方法。

激光扫描仪被用于各种监测和测量任务。为此，使用被旋转反射镜(Drehspiegel)偏转的光束扫描监测平面，并对反射光进行评估。在多边形扫描仪中，旋转反射镜具有多个镜面，使得只检测该监测平面的部分截面，但是每次转动都对应于镜面数量地多次检测该部分截面。旋转反射镜也被称为多边形反射镜轮或简称为多边形轮。

多边形扫描仪的可能任务仅仅是对象检测。此外，为了获得关于对象间距、轮廓或外型的信息，通常不仅确定对象的存在，而且还确定它们的距离。为此，测量光飞行时间。两种类型的光飞行时间方法被广泛应用。在基于相位的方法中，光发射器调制扫描光束，并确定参考和接收的扫描光束之间的相位。基于脉冲的方法在扫描光束上施加显著的模式(Muster)，例如持续时间仅为几纳秒的窄脉冲，并确定该模式的接收时刻。在被称为脉冲平均法的一般化方式中，发射多个脉冲或脉冲序列，并且统计地评估接收的脉冲。

多边形扫描仪的特殊的结构原理通常应用在条形码扫描仪中，其中相对少的缺点意味着省去了仅具有一个镜面的激光扫描仪高达360°的典型的大的探测角度，通过多个镜面支持每次转动提高的采样率(Abtastrate)。

具有多边形反射镜轮的条形码扫描仪例如从EP 0 967 458 B1中已知。在那里，还提出了同步的可行方案，其中每次通过镜面开始扫描都通过启动传感器(Startsensor)来确定。该启动传感器实际上必须布置在发射光束的区域中，布置在每个扫描周期利用镜面开始的那个位置处。但是在那里，安装空间极少，这就是EP 0 967 458 B1代替放置偏转单元的原因所在，该偏转单元将光引导到启动传感器的不太关键的位置上。

虽然条形码长期以来一直可以使用相机读取，但条形码扫描仪仍然以各种形式应用。其中一个优点是，不需要较大的光学上的结构成本读取范围在深度上就增加，该读取范围此外还受到光斑直径，即扫描的激光光斑的范围的限制。更准确地说，激光光束的所谓的焦散面(Kaustik)决定了景深范围即光斑直径与读取间距的依赖关系。为了还分辨条形码条，光斑直径必须至少不明显超过其宽度。

现在，特别是在近距离中存在一些应用实例，其中固定的发射光学器件的读取场可能不再足够，而且读取范围的较大的深度超出景深的理论极限可能是期待的。一种可行方案是机械地跟踪焦点位置，即借助于执行机构(Aktorik)移动准直透镜。在设置期间进行一次性调整的情况下，设备的支出仍然可以控制，但接下来该设置被固定，直到下一次手动转换为止。由于必须在极短的定位时间内实现的高的定位精度，动态调整需要相当大的结构成本，并且这不仅反映在结构尺寸还反应在制造成本上。

在现有的技术中提出，使多边形扫描仪的镜面具有不同的聚焦特性。因此，在DE36 02 008 A1中，至少一个反射镜表面相对于其余反射镜表面具有不同的聚焦特性。在评估电子设备中，仅对源自清晰的接收光斑的接收信号进行评估。具有不同曲率的镜面的类似的概念也从US 5 179 271或US 4 560 862中已知。然而，其中均没有考虑弯曲的镜面在扫描运动期间对光束具有不同的影响。