專利名稱：檢測表面的掃描儀系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種權利要求1前序部分的用于檢測表面的掃描儀系統(tǒng)、權利要求15前序部分的用于檢測表面的方法以及測地儀和可移動式掃描系統(tǒng)。
背景技術：
為檢測表面經(jīng)常應用連續(xù)掃描并借此測繪結(jié)構(gòu)(例如構(gòu)筑物)的地形圖。該地形表現(xiàn)出相關聯(lián)的描述該表面的點的結(jié)果或相應模型或表面的描述。一種適用的方法是用激光掃描儀掃描，該掃描儀檢測表面點的空間位置，通過激光測量目標表面點的距離，并且該測量與激光發(fā)射的角度數(shù)據(jù)相關聯(lián)。由該距離信息和角度數(shù)據(jù)可確定該所掃描的點的空間位置，并連續(xù)測量該表面。在許多情況下，平行于該表面的純幾何檢測還通過照相機進行拍照，其除了目視的全視圖之外還提供進一步的信息，比如關于表面結(jié)構(gòu)的信息。
如在WO 97/40342中描述了一種依靠地面的方法，該方法通過位置固定安裝的掃描器系統(tǒng)測繪地形圖。對該系統(tǒng)選用固定的安裝點，該點用作通過電動機驅(qū)動的掃描操作的基礎。各個表面點的三維位置數(shù)據(jù)通過到測量點的距離、在測量時的角位和該掃描設備的已知位置可以導出。該掃描儀系統(tǒng)是專門針對該地形檢測而設計的，并通過該掃描儀系統(tǒng)的移動或通過改變射束光程來掃描。
此外還可整合其它不同儀器中的掃描功能作為附加功能。例如由WO2004/036145可以獲知一種測地學測量儀，該儀器從其檢測區(qū)內(nèi)部的位置發(fā)射用于測距的激光束。該測量儀也可經(jīng)改動或不經(jīng)改動地用于表面的掃描檢測。其一實例是機動化的經(jīng)緯儀或總觀測站。
另一些方法應用可移動系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過移動掃描系統(tǒng)來掃描待檢測的結(jié)構(gòu)，更確切地說是支持或補充該掃描。這種系統(tǒng)特別適于檢測線性或可呈線性移動的結(jié)構(gòu)，如軌道、街道、隧道系統(tǒng)或飛機場。
通過現(xiàn)有技術的檢測過程提供基本上代表表面點的空間分布或排列關系的圖片或地形數(shù)據(jù)。必要時可以附加測繪的圖片來導出進一步的數(shù)據(jù)。
由此可相對較好地再現(xiàn)該表面的結(jié)構(gòu)和走向。但其缺點是缺乏關于表面類型和特性的定性數(shù)據(jù)，特別是關于內(nèi)部結(jié)構(gòu)或組成的數(shù)據(jù)。如在掃描的同時所測繪的圖片可用于鑒別不同的亮度值。雖然這可說明關于表面的結(jié)構(gòu)和組成及其所基于的過程，但為此還需提供其它數(shù)據(jù)或者僅能得出非常有限的假設。
例如在測繪隧道時，在同時得到的圖片中可以識別出暗斑點，這可解鋒釋為水斑。這同樣適用于識別脫落的色層或覆層，其明顯改變了表面的反射特性。這種很簡化的解釋當然是以解釋范圍的局限性作為前提，該局限性是基于初步信息，即這里的水逸出或斑點形成的知識。
對與檢測表面同時取得的其可從簡單觀察灰度級值得出表面分析特性的大小的照片，用現(xiàn)有技術方法是無法進行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種掃描系統(tǒng)和方法，其在檢測表面的同時至少可對表面進行定性分析。
本發(fā)明的另一目的在于檢查或驗證該表面的定性參數(shù)。
本發(fā)明的又一目的是提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)與純檢測表面相比可具有更高的功能性，比如在所檢測的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)品質(zhì)變化時可具有報警功能。
本發(fā)明涉及一種用于檢測表面的掃描系統(tǒng)或方法以及配置有該系統(tǒng)的地形測量儀或可移動掃描系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，可在掃描的同時以掃描譜圖了解表面，即如此掃描，以使從所接收射束的光譜成分可推斷所探測的或所檢測的表面的組成或狀態(tài)。該光譜探測可對總的表面地形，特別是連續(xù)的地形進行，或也可對局部區(qū)域進行。這時基本上可進行分開的光線發(fā)射或者在接收射束后或接收射束時進行光譜分析。同樣也可將該兩方法組合。
為了進行在光譜上分開或分離的發(fā)射，例如，可以以兩個相互分開或局部重疊的光譜區(qū)同步或交替的形式發(fā)射輻射。為此在現(xiàn)有技術的常用掃描系統(tǒng)中，對已用于掃描和測距的激光-輻射源補充整合第二激光器就足夠了，該激光器的發(fā)射經(jīng)相同的射束路徑引導，使以相同的方式對表面掃描。其發(fā)射的輻射位于通常用于測距的激光器的長波側(cè)，但也可在其短波側(cè)，在選擇短波方案時，例如還可以用熒光測量，也可平行地或補充地應用多光譜源或白光源。
該接收例如可僅用一個接收器進行，只要該接收器在交替發(fā)射時在不同的光譜區(qū)的反射與時間相關。在同時發(fā)射情況下，例如可利用兩個在光譜呈選擇性的接收器，由其相對強度可推斷出該反射所基于的材料。例如可設計一種用于探測混凝土表面上的銹蝕的系統(tǒng)，互補地發(fā)射在紅區(qū)和藍區(qū)中的兩種輻射。與僅潮濕的或僅干燥的混凝土段相比，紅色的含銹表面區(qū)在紅光譜區(qū)將有高的反射，以致與單純的亮-暗評估法相比，用該方法可區(qū)分出在潮濕部位的銹。這種簡單的方法或掃描系統(tǒng)可用于鑒定例如在結(jié)構(gòu)監(jiān)測中所產(chǎn)生的預知圖案。
具有較高的光譜分辨率和由此提供有廣的使用可能性的掃描系統(tǒng)和方法可擴展應用范圍。為此本發(fā)明便用分光計來對所接收的輻射進行光譜分解或分析。本發(fā)明中可應用基本上所有類型的分光計，如棱鏡分光計、光柵分光計、太赫分光計或傅里葉變換分光計。但大部分的表面掃描系統(tǒng)僅可短時間用于分析，因為射束光程對準待檢測或待測量的點上的時間是非常短的。需要有較長時間用于分析的分光計僅可在容許某些不利的情況下使用，如容許通過應用多個在運行中呈時間重疊的分光計或降低掃描速度以增加結(jié)構(gòu)的復雜性。
為此，使用掃描速度足夠快的或產(chǎn)生空間解調(diào)作用的分光計是有利的。該后一種分光計是采用Michelson-原理的傅里葉分光計，其具有傾斜的鏡子，以致不通過鏡子的調(diào)節(jié)而是與位置相關地產(chǎn)生光程差。該所產(chǎn)生的干涉圖案通過合適的裝置例如光電二極管陣列或D/CMOS-照相機拍攝，并接著經(jīng)受轉(zhuǎn)換或光譜分解。為此也提供對掃描過程足夠快的變換設備以用于諧波分解作用，例如離散傅里葉變換(DFE)。
微型化的傅里葉-分光計的合適結(jié)構(gòu)形式和制備方法可參看OmarManzardo的博士論文“Micro-sized Fourier Spectrometers”，Universitt Neuchatel，Schweiz，Januar 2002。
本發(fā)明中光譜分離可通過光譜選擇性發(fā)射、在接收后或接收時的光譜分析，或者通過這兩種方法的組合來進行，該所選用的方案也與待探測的或待分析的表面的類型和其組成有關。
另一可能性是用太赫源探測，該種探測可達一定的入射深度并由此可進行達到材料表面下的分析或其地形的分析，并還可改進特定區(qū)域的分析。適用的太赫技術在航天領域早已實現(xiàn)，這期間也提供了小型的和基本上適用于掃描器應用的系統(tǒng)。作為輻射源，例如可考慮應用與光導偶極天線模式耦合的鈦藍寶石-激光器、具有電子光學晶體的毫微微秒激光器以及電子岡恩/布絡赫振蕩器，其與反射光學相組合可實現(xiàn)小型化的裝置。在接收側(cè)，例如基于希耳伯變換分光計可實現(xiàn)小型太赫分光計。


下面按附圖中所示實施例對本發(fā)明掃描系統(tǒng)和本發(fā)明的方法進行單純示例性的詳述。
圖1示出用現(xiàn)有技術的測地儀掃描外表面；圖2示出用現(xiàn)有技術的測地儀掃描隧道內(nèi)表面的現(xiàn)有技術的方法圖；圖3示出用本發(fā)明的可移動掃描系統(tǒng)掃描隧道內(nèi)表面的本發(fā)明的方法圖；圖4示出本發(fā)明的可移動掃描系統(tǒng)的示意圖；圖5示出用現(xiàn)有技術的測地儀在橫截面內(nèi)掃描結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的視圖；圖6示出用本發(fā)明的測地儀掃描結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的視圖；
圖7示出具有可鑒別結(jié)構(gòu)的隧道內(nèi)側(cè)的灰度級照片實例；圖8是本發(fā)明的掃描系統(tǒng)的第一實施例的示意圖；圖9是本發(fā)明的掃描系統(tǒng)的第二實施例的示意圖；圖10是本發(fā)明的掃描系統(tǒng)的第三實施例的示意圖；圖11是本發(fā)明的掃描系統(tǒng)的第四實施例的示意圖；圖12是本發(fā)明的掃描系統(tǒng)的第五實施例的示意圖；圖13是結(jié)合有測地儀的本發(fā)明的掃描系統(tǒng)的第六實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖1示例性地表明用現(xiàn)有技術的測地儀1對外表面2的掃描。該測地儀1位于與外表面2有足夠間距處，并以不同的角位掃描該外表面2，發(fā)射電磁輻射ES用于距離測量。通過測距和所給定的角位可再現(xiàn)外表面2。該表面檢測所需的分辨率決定了該檢測范圍的角位的分度。在測距的同時還可通過在地測儀中的照相拍攝照片。
圖2示出用現(xiàn)有技術的測地儀1掃描結(jié)構(gòu)內(nèi)部2′的現(xiàn)有技術方法的示意圖。以圖1所示的類似方法也可用測地儀1掃描結(jié)構(gòu)，例如隧道、下穿叉道或構(gòu)筑物的內(nèi)空間的內(nèi)表面2′。用電磁輻射ES以螺旋形軌跡掃描并由此檢測內(nèi)側(cè)2′。由于在結(jié)構(gòu)的較大深度時檢測區(qū)變窄，所以該測地儀1需經(jīng)常改變位置，例如以交叉的方式使用。
與此相反，圖3表示出用本發(fā)明的可移動掃描系統(tǒng)6掃描同樣隧道的內(nèi)表面2′的本發(fā)明方法的視圖。在隧道內(nèi)部線性移動該可移動掃描系統(tǒng)6，通過電磁射束ES連續(xù)地沿螺旋形或“之”字形軌跡3′掃描內(nèi)表面2′。通過轉(zhuǎn)動發(fā)射裝置和接收裝置5不斷改變發(fā)射方向，該可移動掃描系統(tǒng)6的位置通過固定就位的測地儀1′(例如具有自動目標跟蹤的機動化的經(jīng)緯儀)來確定，該經(jīng)緯儀連續(xù)測量到安置在可移動的掃描系統(tǒng)6中的反光鏡4的角度和距離。由發(fā)射裝置和接收裝置5記錄由表面2′反射的輻射并對其進行光譜分析，從而除該表面的地形走向外還可導出其它數(shù)據(jù)。
圖4示出本發(fā)明的可移動掃描系統(tǒng)6的示意圖。該可移動掃描系統(tǒng)6基于車型體，其可經(jīng)滾輪8行駛。在該車體上隨同計算部件和控制裝置7還安裝有可轉(zhuǎn)動約180°的發(fā)射裝置和接收裝置5以及反射鏡4。該發(fā)射裝置和接收裝置5的移動速度的選定使得對該發(fā)射裝置和接收裝置5的每一角位和縱向位不僅可進行測距還可進行光譜分析。通過發(fā)射裝置和接收裝置5發(fā)射和接收電磁輻射ES，輻射源和傳感器可安裝在可轉(zhuǎn)動的發(fā)射裝置和接收單元5中，或者也可安裝在其它部位，比如在可移動掃描系統(tǒng)6的車體中。通過本發(fā)明的可移動掃描系統(tǒng)6可快速地并且以連續(xù)過程的方式檢測和分析特別是線性可移動的結(jié)構(gòu)的形狀及其表面組成，此外，內(nèi)表面2′還具有導致少量散射光的優(yōu)點。
圖5表示出用現(xiàn)有技術的測地儀1在橫截面內(nèi)掃描內(nèi)表面2″的視圖。通過測地儀1的電磁輻射ES掃描結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面2″的形狀，這里該結(jié)構(gòu)示例性地表示為未拆模板的隧道。該檢測不可得出在內(nèi)表面2″下面存在的周向結(jié)構(gòu)和變化的結(jié)論，或者在測距分辨率之下的表面結(jié)構(gòu)的結(jié)論。如同時用照相機攝相，雖然擴展了分析范圍，但特別是仍不能進行該內(nèi)表面2″的化學組成或光譜反射能力的分析。
與此相反，本發(fā)明的測地儀1″可對同樣結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面進行如圖6所示的具有展寬分析可能性的掃描。從測地儀1發(fā)射的電磁輻射ES以帶有光譜信息的反射輻射的形式從表面返回，并由測地儀1″再接收。依表面組成，與發(fā)射相比，該反射輻射ES的光譜發(fā)生變化?？梢越柚庾V分布或諧波成分來鑒定表面下面的結(jié)構(gòu)。在該實施例中，導水層9的位置和膨脹可依在隧道中可見表面的透濕作用來識別。同樣可識別由管線10流出的液體11。以類似的方法可識別和定位在埋入鋼混凝土中的結(jié)構(gòu)鋼墊的銹蝕。與光譜上特別突顯的標記物質(zhì)相組合，用本發(fā)明也可進行查漏，其中將該標記物質(zhì)加到待檢管道中并用掃描系統(tǒng)定位滲出部位。
圖7示出具有可鑒別結(jié)構(gòu)的隧道的內(nèi)表面2的灰度級相片。該圖相應于具有幾乎180°的檢測區(qū)域的隧道覆層的近隧道底部區(qū)的照片。圖下中部的貫通白線示出上部架空管路的高壓線。在灰度級照片中的暗斑12例如可解釋為潮濕部位。但也可以是剝落的表面覆層區(qū)，以致通過灰度級圖得出的分析是有利的。
依其主要部件對在下面的圖8-13中示出的本發(fā)明的掃描系統(tǒng)或本發(fā)明的測地儀的實施方案作概況性說明。該射束導向(如發(fā)射光學部件和接收光學部件)的細節(jié)由于用實例說明的原因未示出。同樣也未詳細示出用于射束導向或補償由于掃描過程產(chǎn)生的影響或人為影響而所用的掃描器部件。各實施例僅為在利用可互換部件的情況下的能夠?qū)崿F(xiàn)的典型的可能性。尤其是在不同附圖8-13中的部件和其排列能夠相互組合。
在圖8中示出具有旋轉(zhuǎn)性棱鏡分光計17的第一實施例的示意結(jié)構(gòu)。在測距設備20中安裝的激光二極管作為輻射源，所發(fā)出的電磁輻射ES經(jīng)偏轉(zhuǎn)鏡19和掃描器輪13照射到待掃描的表面。這里該掃描器輪13代表性地表示為一種現(xiàn)有技術本身已知的掃描設備。在待檢測的表面上反射后，該輻射以反射輻射ES再次被接收，并經(jīng)掃描器輪13和偏轉(zhuǎn)鏡19再次導向安裝在測距設備20中的測距設備上，該測距設備從反射輻射ES導出距離信息，特別是按照脈沖延續(xù)時間法或相位測定法導出距離信息。
在該射束光路中存在第一射束分離器16，該分離器將一部分反射輻射ES導向棱鏡-分光計17。例如，該棱鏡-分光計具有可旋轉(zhuǎn)的等邊棱鏡，或者具有棱鏡或棱鏡面的星形裝置。通過旋轉(zhuǎn)棱鏡連續(xù)改變幾何條件，并將該光譜部分依次導向后置的探測器18，以記錄該反射輻射ES的光譜，并以其后接的電子學設備進行求值。這里掃描器輪13和棱鏡-分光計17在旋轉(zhuǎn)時必需同步，以對每一待檢測的表面點均可通過棱鏡-分光計17進行分析。經(jīng)第二射束分離器14進行其余部分的反射輻射ES的輸出耦合，將其導向照相機15，例如CCD-照相機芯片或CMOS-照相機芯片，以用于檢測照片和處理照片。
圖9示出具有晶格分光計的第二實施例的示意結(jié)構(gòu)。安裝在測距設備20中的輻射源所發(fā)射的電磁輻射ES經(jīng)偏轉(zhuǎn)鏡19和壓電部件25、以及作為掃描設備13′的可圍繞軸26轉(zhuǎn)動的鏡面24照射到待掃描的表面上。這里該掃描式的可轉(zhuǎn)動的鏡面24代表性地表示為一種現(xiàn)有技術已知的掃描設備。在待檢測的表面上反射后，該輻射以反射輻射ES再次被接收，并經(jīng)可轉(zhuǎn)動的鏡面24和偏轉(zhuǎn)鏡19再導向安裝在測距設備20中的測距設備上。第一射束分離器16將射束光輸出耦合到晶格分光計上。該晶格分光計具有可圍繞軸23轉(zhuǎn)動的光柵21，在本實施例中該光柵(特別是作為閃耀-光柵)以反射的方式運行。壓電部件22作為代表性設備而被采用。通過可轉(zhuǎn)動光柵21的動作將該不同級別的極值依次射到探測器18上，以便能夠進行光譜分析。適于照相機15的射束被設計成軸向平行于分光計和測距設備的接收設備。該照相機15可按靈敏度和使用目的用于接收測距設備的輻射源(即固有光源，如LED或日光)的光。按照本發(fā)明也可應用另一類晶格分光計，如層狀晶格分光計或由彎曲并可調(diào)節(jié)的鏡面制成的光柵。
圖10以示意結(jié)構(gòu)圖示說明本發(fā)明掃描系統(tǒng)的第三實施例。安裝在測距設備20中的輻射源所發(fā)射的電磁輻射ES經(jīng)分光偏轉(zhuǎn)鏡19′和掃描器輪13照射到待掃描的表面上。同時經(jīng)分光偏轉(zhuǎn)鏡19′輸入耦合其它電磁輻射到相同的射束路徑中，該輻射通過第二輻射源27產(chǎn)生。例如，該第二輻射源27可以是激光二極管、LED或熱發(fā)射體。在待檢測的表面上反射后，該輻射以反射輻射ES再次被接收，并經(jīng)掃描器輪13和分光偏轉(zhuǎn)鏡19′再導向安裝在測距設備20中的測距設備上。第一射束分離器16將射束光輸出耦合到第一光譜選擇性接收器上，例如，該接收器典型地由探測器31和前置的光譜濾光鏡30組合而成。以類似的方法，第二射束分離器14′將光輸出耦合到第二光譜選擇性接收器上，這里該接收器例如也由探測器29和前置的光譜濾光鏡28組成。如此設計這兩個光譜選擇性接收器，使得能夠檢測不同的波長范圍。由所記錄的強度比可導出表面特征的初步判斷或簡單鑒定。在此實施例中，在安裝在測距設備20中的輻射源的紅外中的輻射通過作為第二輻射源27的藍色激光二極管的發(fā)射而得到補充。這兩個光譜選擇性接收器通過其安置的對藍光區(qū)和紅外光區(qū)敏感的濾光鏡形成。適于照相機15的射束被設計成軸向平行于掃描輪13的接收設備。另外還可應用在相關區(qū)域內(nèi)具有光譜窄頻帶靈敏性的多個傳感器代替安置有濾光鏡的兩個探測器。同樣也可應用單一的探測器，該探測器通過不同的可變?yōu)V光鏡形成光譜選擇性。
圖11示出本發(fā)明掃描系統(tǒng)的第四實施例的示意結(jié)構(gòu)。安裝在測距設備20中的輻射源所發(fā)射的磁輻射ES經(jīng)偏轉(zhuǎn)鏡19和掃描器輪13照射到待掃描的表面上，在待檢測的表面上反射后，該反射輻射RS經(jīng)掃描器輪13和安裝在測距設備20中的測距設備上的偏轉(zhuǎn)鏡19而被接收。在此射束路徑中存在第一射束分離器16，其將一部分反射輻射RS導向邁克耳遜-裝置中的傅里葉-分光鏡。該分光鏡具有用于準直該反射輻射RS的棱鏡32和分離器板33，該分離器板將輻射導向第一干涉儀鏡35和作為第二干涉儀鏡34的倒相鏡。通過分離器板33將重疊的輻射導向傳感器36(例如光電二極管的線性或平面陣列)，該傳感器的信號在后接的計算部件中受到光譜分析，例如利用不連續(xù)的傅里葉-變換。也可應用可旋轉(zhuǎn)的Littrow-光柵代替作為第二干涉儀鏡34的倒相鏡，該光柵的移動可經(jīng)壓電部件或高精密的步進電動機帶動。該具有空間調(diào)制作用的裝置能夠?qū)崟r快速地進行光譜分解，該分解也可用快速的掃描器移動來完成。為同時攝相，經(jīng)第二射束分離器14將反射輻射RS的其余部分輸出耦合到照相機15處的射束光路。
圖12示出第五實施例的示意結(jié)構(gòu)，在此實施例中，除特定類型的掃描式傅里葉-分光鏡外均與圖11所示的實施例相一致。在該第五實施例中，也應用邁克耳遜-裝置中的傅里葉-分光鏡，該分光鏡具有準直該反射輻射RS的棱鏡32和分離器板33。該輻射被導向到第一干涉儀鏡15上和作為第二干涉儀鏡38上，該第二干涉議鏡通過作為驅(qū)動裝置的壓電致動機構(gòu)或靜電梳可沿干涉儀的臂方向移動。經(jīng)分離器板33將重疊的輻射導向到傳感器36(例如光電二極管的線性或平面陣列)，該傳感器的用于光譜分解的信號在后接的計算部件37中受到光譜分析。
作為將本發(fā)明的掃描系統(tǒng)整合到測地測量儀中的實例，圖13示出第六實施例的示意結(jié)構(gòu)。在具有掃描設備的經(jīng)緯儀中通過固定定位的激光二極管39和接收設備46在經(jīng)緯儀視野內(nèi)進行到表面點的測距。該激光二極管39經(jīng)偏轉(zhuǎn)鏡40將電磁輻射ES發(fā)射到雙面偏轉(zhuǎn)鏡部件41的第一傾斜面上，從該偏轉(zhuǎn)鏡部件41起該輻射經(jīng)物鏡42發(fā)射出，該物鏡42具有后置的作為掃描設備的可相對旋轉(zhuǎn)的楔43。將經(jīng)反射后再次經(jīng)物鏡42接收的輻射從回射反射鏡部件44導向該偏轉(zhuǎn)鏡設備41的第二平面，并從那里導向固定定位的接收設備46。在射向接收設備46的射束光路中存在第一射束分離器16′，其將一部分輻射輸出耦合到由棱鏡32′、分離器板33′和第一干涉儀鏡35′和第二反相干涉儀鏡34′組成的傅里葉-分光計。以圖11中的類似工作方法，該干涉儀的兩臂的光重疊，并射向傳感器37′。后置的計算部件37′用于傅里葉-變換。在此實施例中，用于表面掃描的激光器射束的掃描移動通過準直工具43的可相對旋轉(zhuǎn)的楔實現(xiàn)。照片的攝制可通過射束光路中的在回射反射鏡部件44后安裝的具有前置聚焦元件的照相機15′進行。
在圖11和圖13中通過鏡的反相在傅里葉-分光計中產(chǎn)生空間可變的光程差，而在圖12中發(fā)生鏡的縱向移動，其類似地引起時間可變的光程差。但本發(fā)明也可應用其它的傅里葉-分光計，例如可應用液晶在發(fā)射中來產(chǎn)生與極化有關的光學光程差，特別是用由1/4波長板和極化器組成的前置極化分離裝置。
權利要求
1.一種用于檢測和測量表面地形(2′，2″)的掃描系統(tǒng)，該掃描系統(tǒng)至少具有·輻射源，用于發(fā)射電磁輻射，特別是激光或白光，·掃描設備(13，13′，43)，用于掃描式地引導該輻射照射表面(2′，2″)，·接收單元，用于接收由表面(2′，2″)反射的輻射，其具有測距設備(20)，根據(jù)脈沖延續(xù)時間或相位測量方法由接收的輻射導出距離信息，其特征在于，如此設計和相互協(xié)調(diào)輻射源和接收單元，以便使輻射發(fā)生光譜分離。
2.根據(jù)權利要求1所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，該輻射源在至少兩個分開的波長范圍發(fā)射，特別是通過至少·兩個具有不同波長的激光發(fā)射器發(fā)射，·一個激光發(fā)射器和一個太赫發(fā)射器發(fā)射，例如具有光導偶極天線的雙模式耦合鈦:藍寶石-激光器，·兩個具有非重疊波長范圍的光譜寬帶的輻射源發(fā)射，或者·一個激光器和一個光譜寬帶的輻射源，例如白光源發(fā)射。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，該接收單元具有光譜分離傳感器，特別是分光計或可變?yōu)V光鏡。
4.根據(jù)權利要求3所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，該接收單元具有第一射束分離器(16)，該第一射束分離器(16)將接收的輻射通過測距設備(20)和傳感器分配使用。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，該分光計被設計成·棱鏡分光計，·太赫分光計，·晶格分光計，或者·傅里葉分光計。
6.根據(jù)權利要求5所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，該傅里葉分光計是邁克爾遜型，并被設計成·掃描干涉儀，特別是具有作為驅(qū)動裝置的壓電-致動機構(gòu)或靜電梳，或·空間調(diào)制干涉儀，特別是具有反相鏡(34，34′)或可旋轉(zhuǎn)的Littrow-光柵。
7.根據(jù)權利要求6所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，該空間調(diào)制干涉儀具有·線性或平面的光電二極管陣列，·CDD-照相機，或者·CMOS-照相機。
8.根據(jù)權利要求5所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，該傅里葉分光計具有用于在發(fā)射過程中產(chǎn)生與極化有關的光學光程差的液晶，特別是具有由1/4波長板和極化器組成的前置極化分離裝置。
9.根據(jù)權利要求5所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，該晶格分光計設計成時間掃描式，特別是反射式的·層狀晶格-分光計，·呈彎曲的和可調(diào)節(jié)的鏡面的光柵。
10.根據(jù)權利要求5所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，該棱鏡分光計設計成實時掃描式，特別是具有旋轉(zhuǎn)式棱鏡(17)或旋轉(zhuǎn)式棱鏡裝置。
11.根據(jù)上述權利要求之一所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，用于照片攝制和/或照片處理的照相機(15)，特別是與第二射束分離器(14)相組合在接收單元中，該分離器將一部分接收的輻射導向照相機(15)。
12.根據(jù)上述權利要求之一所述的掃描系統(tǒng)，其特征在于，具有散射光-抑制器。
13.一種測地儀(1′)，特別是經(jīng)緯儀，其具有權利要求1-12之一的掃描器系統(tǒng)。
14.一種用于檢測和/或監(jiān)測構(gòu)筑物的可移動掃描系統(tǒng)(6)，其具有權利要求1-12之一的掃描器系統(tǒng)。
15.一種用于檢測表面(2′，2″)的方法，特制是借助于權利要求1-12之一的掃描器系統(tǒng)的方法，其具有下列步驟-發(fā)射電磁輻射，-接收在表面(2′，2″)反射回的輻射，-分析所接收的輻射，其中·多次重復表面掃描步驟，·通過分析該輻射導出距離信息，其特征在于，利用輻射的光譜分離進行輻射分析。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，該輻射在接收時經(jīng)光譜分析和/或該輻射在發(fā)射時光譜選擇性地發(fā)射。
17.根據(jù)權利要求15或16所述的方法，其特征在于，該輻射在接收時經(jīng)干涉測量光譜分解。
18.根據(jù)權利要求15、16或17所述的方法，其特征在于，由光譜分離推論出該表面(2′，2″)的特性，例如其化學組成或濕度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測表面的掃描系統(tǒng)，其具有用于發(fā)射電磁輻射(ES)的輻射源、用于在表面上引導該輻射的掃描設備和用于接收從表面反射回的輻射(RS)的接收單元，其中對輻射進行光譜分離以用于分析表面特性，并同時用測距設備從接收的輻射導出距離信息。
文檔編號G01N21/35GK1973180SQ200580020800
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權日2004年6月23日
發(fā)明者伯恩哈德·布勞內(nèi)克, 彼得·斯特格馬爾, 彼得·基佩弗 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司