CN101469590B - 门系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种门系统，该门系统具有包含门开口(96)和至少一个可移动门元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)的门，并且具有用于检测在该门内和/或其附近的目标物体(56)的门传感器系统(90)，所述门传感器系统包含至少一个光扫描器设备(10)，所述至少一个光扫描器设备能够通过用移动反射镜偏转光来以光学的方式测量离目标的距离，从而以规则的间隔在给定的扫描角度上进行这样的测量，并且，所述至少一个光扫描器设备产生至少一个检测的垂直平面。

Description

门系统
本申请是基于申请号为200510129141.4、申请日为2005年7月22日、发明名称为“用于在自动门周围进行检测的激光扫描和感测设备”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明一般涉及一种光扫描器和感测设备，尤其涉及激光扫描器设备，用于测量存在于被发射光束扫描的监视区域中的目标物体的范围和角方向。这种设备可适用于门传感器系统，用于检测门中或门附近的监视区域中的目标物体的存在和/或运动方向。
背景技术
用于存在或运动检测的有源传感器设备一般依据如下原则，即：该设备包括发射器，该发射器沿某一区域(例如在地上或其上方)或待测空间的立体角(这里称为监视区域)的方向发射辐射物(通常为光或微波之类的电磁辐射)，还包括辐射检测器，其用于检测从监测区域再次出现的部分辐射，该检测例如是基于其反射率进行的。当辐射检测器方向的反射率改变时，再次出现的辐射量也发生变化。举例来说，当物体进入监视区域时会发生这种情况。
US 2002/0018198 A1涉及一种距离测量方法和距离测量设备，其中旋转多角镜轮被用来产生扫描，在此期间，物体被扫描线扫过。至少一部分发射的光信号不在物体上反射而是由接收器接收为参考光信号并被转换为参考信号。物体的距离是通过确定光传播时间来测量的。而光传播时间是通过确定反射信号与参考信号之间的相移来确定的。
US 2002/0008876 A1涉及一种发射测量装置的漫射光障结构，其中激光束经透镜发射至平面镜，随后通过间隔壁中的光束出口朝旋转多角镜发射。
由EP 0300663 A1和JP 05060994 A也可获知用旋转镜影响光束轨线的作法。
此外，EP 1016850 A2、EP 0689033 A1、US 2002/0196424 A1、US 4864296和JP 2000028722 A公开了基于发送光束或脉冲反射测量的光学设备及系统。
发明内容
本发明涉及一种有源光束发射传感器设备，包括含脉冲光源的发射器，含光电检测器的接收器，和偏转装置，例如旋转镜，该设备适合于使一束发射光脉冲扫过扫描区域以便覆盖监视区域。通过使用这种光束扫描装置，可以在扫描被扫描区域中的一条或多条线，以便提供沿着与位于一条(或多条)扫描线上的反射目标的距离的一条或多条线的完整分布情况。对目标的检测是基于朝被扫描区域发射并被反射回接收器的光脉冲的行程时间(TOF)测量的。确定行程时间并基于已知的光速推出距离。通过比较监测区内没有目标物体和出现目标物体的情况下所获得的的距离，可获得可靠的存在感测。通过比较运动目标物体在监视区域中的不同距离处获得的距离分布情况，也可推出目标沿着一条或多条扫描线的移动速度。
基于TOF测量所进行的存在检测有多个优点。由于测量是按距离测量进行的，所以测量结果与监测区域中例如地面的反射率无关。因此，测量结果也与例如由监视区域中的环境变化引起的反射率变化无关，例如与由于雨、雪或者树叶之类的疏松小物体而引起的地面反射率变化无关。当用脉冲激光作为脉冲光源时，可获得非常精确的检测线，避免了可能出现在监视区域中的静止物体的任何干扰，这与使用聚焦不那么强烈的传感器设备时可预期的情况相反。
考虑到用作门传感器的情况，可将精确的检测线调整成覆盖例如门开口的最大表面，以避免来自可移动门元件的干扰。激光扫描技术在现有技术中是已知的，例如参见美国专利5,949,530；5,604,580和5,291,262。相应类型的传感器基本上包括距离测量头和偏转系统。基于光的TOF距离测量包含短时脉冲和高重复率，从而允许获得多个采样(扫描)的平均值以实现低噪音，以及允许在光束在目标物体和反射位置间来回的轨线上进行极快的采集。
检测系统使用了几种类型的技术，其中许多都包括镜。镜可放置在马达驱动的轴上，并且连续旋转。镜的位置必须与处理单元同步，以便在从沿扫描线的一次扫描到另一次扫描间获得可靠的结果。
当用在室外使用时，一般会将传感器系统装在壳体内，以防恶劣的环境条件，例如雨水和灰尘影响光轨线。装在经历诸如雨水或灰尘等恶劣条件的壳体中的传感器将会经受发射前盖处或沿光脉冲轨线的强反射。另一个问题是老化，其可能消弱镜和/或前盖的反射和/或发射特性。这种作用导致接收器处的强烈反射，这在很长一段时间内都会阻止传感器设备正常工作。
因此本发明的一个目的在于提供一种适用于在诸如室外应用这样的应用中使用的光扫描器设备，其中将会避免由于诸如雨水或灰尘之类的作用而非位于被扫描区中的目标物体的反射引起的将发射光反射到接收器上的反射(所谓的串扰)，或将该反射降低至仅为衰减的程度。另一个目的是提供一种确保长期使用时的良好可靠性的光扫描器设备。
根据本发明的第一方面，上述目的是通过提供一种用于测量目标物体的范围和角方向的光扫描器设备而实现的。此设备包括：脉冲源，其适合于发射光脉冲；发射器偏转装置，其适合于使发射光脉冲在可变的扫描方向上扫过扫描扇区；光电检测装置，其适合于检测已在扫描扇区中被反射的接收光脉冲；接收器偏转装置，其适合于将已在扫描平面(15)中反射的光脉冲重新定向到光电检测装置(42)。
根据本发明，该设备还包括光屏蔽装置，其适合于从光学上屏蔽在其从脉冲源到发射器偏转装置的轨线上的以及在其从发射器偏转装置延伸到扫描扇区中的轨线的至少一部分上的发射光脉冲和在其在光电检测装置和接收器偏转装置之间的轨线上的以及在其在扫描扇区中延伸并结束于接收器偏转装置上的轨线的至少一部分上的反射光脉冲。光屏蔽装置减少或避免了设备中或附近生成的发射光脉冲的反射或漫射光(“串扰”)到达光电检测器。
这种设备适用于室外使用，这尤其是因为“分割的”光发射和接收路径使得设备对于前板上的反射的敏感度比已知的传感器设备低。
有利地，扫描扇区被包含在扫描平面内。
优选地，该设备还包括壳体，该壳体适合于至少容纳脉冲源、发射器偏转装置、接收器偏转装置、光电检测装置和光屏蔽装置，从而光屏蔽装置至少屏蔽在其位于壳体内的全部轨线部分上的发射脉冲和接收脉冲。壳体防止设备的元件免受环境中存在的灰尘及污物覆盖。
优选地，发射器偏转装置包括第一多面镜，该多面镜包括至少一个适于绕旋转轴旋转的面。第一多面镜可包括1至8个面。
更为优选地，接收器偏转装置包括第二多面镜，该多面镜包括至少一个面，并且适合于与可变扫描方向同步地旋转。
更为优选地，发射器偏转装置和接收器偏转装置都包括多面镜，该多面镜包括至少一个基本彼此平行的面，并且发射器偏转装置的多面镜和接收器偏转装置的多面镜适合于在公共旋转轴上彼此同步地旋转。
有利地，发射器偏转装置的多面镜和接收器偏转装置的多面镜形成分裂多面镜，该分裂多面镜包括凹槽，该凹槽适合于从光学上隔离发射器偏转装置的多面镜与接收器偏转装置的多面镜。凹槽帮助屏蔽镜装置内传播的漫射光。
优选地，为了获得最有效的屏蔽，光学屏蔽设备延伸到发射器偏置装置的多面镜和接收器偏转装置的多面镜之间的凹槽中。
或者，接收器偏转装置包括固定的镜，该镜适合于接收在扫描平面中反射的光脉冲。优选地，接收器偏转装置则包括平面形、球形或圆柱形镜部分。
优选地，脉冲源为脉冲激光器或脉冲激光二极管。
优选地，光检测设备包括诸如雪崩光电二极管的高速高增益光电检测器，以使得接收器具有良好的灵敏性。
有利地，发射器镜元件和接收器镜元件适合于使得扫描扇区的倾斜角可变。优选地，扫描扇区的倾斜角可在连续的扫描之间按倾斜角增加的方式变化。这允许了覆盖住宽度比在扫描扇区中扫过的发射光脉冲束的直径大的区域。
优选地，检测范围是可变可控的。该可控性例如可通过电子加窗技术实现。检测范围的可控性允许了“过滤掉”来自非常远的物体的信号，例如当监视区域实际上是有限的空间立体角而非例如地面上的一个表面时，或当监视区域为地面上的表面的有限部分并且扫描器设备朝地面向下发射光脉冲时，该物体处于监视范围之外，从而该可控性允许了过滤掉比待检测的目标物体低的位于地面上的物体。
优选地，从脉冲源发射的光脉冲形成束，该光脉冲束与已在扫描扇区中反射并已被接收器偏转装置重新定向到光电检测装置的光脉冲形成的束基本上平行。在这种配置中，包括脉冲源、发射器和接收器镜面装置以及接收器的光学组件无需其他光学元件来保持发射和接收路径同轴，光电检测器的视野能够很容易地对齐，以覆盖由反射光束扫过的扫描线。
优选地，该设备还包括发射器透镜，其适合于将发射光脉冲形成发射束。同样优选地，该设备还包括接收器透镜，其适合于将已被接收器偏转装置重新定向的光脉冲的接收束聚焦到光电检测装置。这种组件也允许了减小扫描器设备的大小和制造成本。
有利地，该设备还包括反射器装置，其适合于在发射束未被发射器偏转装置重新定向到扫描扇区中时，将发射脉冲束反射到光电检测装置上，以允许测量已知的检测范围作为光扫描器设备的参考。优选地，反射器装置是适合于反转由脉冲源发射出的脉冲的传播方向的向后反射器或光管。发射光脉冲的内部光学反馈可用作参考信号，并用于校准测量设备的系统误差。
考虑到自动门和开门设备的应用，根据本发明的另一个方面，光扫描器设备可适用在门传感器系统中，该门传感器系统用于检测门内或附近的目标物体，所述门包括门开口和至少一个可移动门元件。该系统包括至少一个如上所述的光扫描器设备。例如，扫描器设备可被优化为用于门框顶部的三个不同特定位置上，以便可靠地检测到门附近的物体的存在。
在将光扫描器设备用于门感测器系统的情况下，不必提供与传统测距器系统所实现的在厘米至毫米范围内的高精度类似的测量精度。这样的高精度在门安全应用上是不必要的，在这种应用中要检测的目标物体的尺寸通常相当大。从而使得测量系统的规格较为宽松，并允许提供满足此应用的要求的较为简单且成本较低的系统。
门传感器系统可适合于使得可变的扫描方向覆盖住基本上在门开口附近、门元件附近、以及在地面上或其上方某一高度处水平延伸的被扫描区域。
在一个实施例中，门传感器系统包括至少一个与门开口相关联的光扫描器设备，用于监视门开口。这例如是用在滑动门或升滑门上的。
根据本发明的另一方面，提供了用于诸如摆动门这样的带可移动元件的门的门传感器系统，其包括至少一个与可移动门元件中的一个相关联的光扫描器设备。更为优选地，当用在旋转门上时，该系统包括至少一个与每个可移动门元件相关联的光扫描器设备。通常更优选的是，至少一个光扫描器设备是上述设备。
被扫描区域可具有一个扫描长度，其方向与门元件大体平行。优选地，扫描长度能被动态地改变，以便当门元件处于门框元件之间时，扫描长度沿着门元件延伸但不伸出其外，而当门元件不处于门框元件之间时则伸出门元件之外。
优选地，光扫描器设备发射和接收非可见光脉冲，并且门传感器系统还包括照明装置，该照明装置适合于发射可见光以便可见地照射被扫描区域，以便在安装期间易于定位被扫描区域。
优选地，该系统还包括调整装置，用于调整门传感器设备的方向，以便被扫描区域的位置与门元件对齐。更为优选地，该调整装置包括适合于调整扫描扇区的倾斜角的螺杆。还优选的是，该系统包括安装托架装置，该安装托架装置适合于使得系统能以与扫描扇区的至少三个不同倾斜角相应的至少三个不同角位置安装到门框元件上。这使得能够方便地将门传感器系统安装在门框中，至少是在门开口的顶端旁边或在门开口上方的顶端中间部分的门框中。
根据另一方面，本发明涉及将光扫描器设备(10)用在用于检测包括门开口(96)和至少一个可移动门元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)的门的门内和/或其附近的目标物体(56)的门传感器系统(90)中的用法，该设备(10)包括：
脉冲源(12)，其适合于发射光脉冲，
发射器偏转装置(20)，其适合于使发射光脉冲在可变的扫描方向上扫过扫描扇区，
光电检测装置(42)，其适合于检测已在扫描扇区中被反射的接收光脉冲，
接收器偏转装置(24)，其适合于将已在扫描平面(15)中被反射的光脉冲重新定向到光电检测装置(42)，
其中设备(10)被布置为使得被扫描区域(59)处于垂直或几乎垂直的方向上。
根据另一方面，本发明涉及一种用于测量目标物体的范围和角方向的光扫描器设备，该设备包括：
脉冲源，其适合于发射光脉冲，
发射器偏转装置，其适合于使发射光脉冲在可变的扫描方向上扫过扫描扇区，
光电检测装置，其适合于检测已在扫描扇区中被反射的接收光脉冲，
接收器偏转装置，其适合于将已在扫描平面中被反射的光脉冲重新定向到光电检测装置，
还光屏蔽装置，其适合于从光学上屏蔽在其从脉冲源到发射器偏转装置的轨线上的以及在其从发射器偏转装置延伸到扫描扇区中的轨线的至少一部分上的发射光脉冲和在其在光电检测装置和接收器偏转装置之间的轨线上的以及在其在扫描扇区中延伸并结束于接收器偏转装置上的轨线的至少一部分上的反射光脉冲，
其中发射器偏转装置和接收器偏转装置都包括多面镜，该多面镜包括至少一个基本彼此平行的面，并且其中发射器偏转装置的多面镜和接收器偏转装置的多面镜适合于在公共旋转轴上彼此同步地旋转，其中发射器偏转装置的多面镜和接收器偏转装置的多面镜形成分裂多面镜，该分裂多面镜包括凹槽，该凹槽适合于从光学上隔离发射器偏转装置的多面镜与接收器偏转装置的多面镜。
根据本发明的另一方面，提供一种门系统，具有包含门开口(96)和至少一个可移动门元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)的门，并且具有用于检测在该门内和/或其附近的目标物体(56)的门传感器系统(90)，所述门传感器系统包含至少一个光扫描器设备(10)，所述至少一个光扫描器设备能够通过用移动反射镜偏转光来以光学的方式测量离目标的距离，从而以规则的间隔在给定的扫描角度上进行这样的测量，并且，所述至少一个光扫描器设备产生至少一个检测的垂直平面。
附图说明
根据下文中参照附图中的示例所示出的典型实施例进行的详细描述，将清楚本发明的其他优点和可能的应用。
在说明书、所附权利要求书、摘要以及附图中，所使用的术语和相应的附图标记总结在说明书结尾提供的列表中。
附图中，
图1A是根据本发明的优选实施例的激光扫描器设备的示意性俯视图，其中旋转发射器镜装置处于由脉冲源发射的光脉冲束被偏转的方向上；
图1B是图1A示出的激光扫描器设备的示意性侧视图，其中发射器镜装置的方向与图1A中相同；
图2A是图1A所示的激光扫描器设备的示意性俯视图，其中旋转发射器镜装置处于光脉冲的发射束未被偏转的方向上；
图2B是图2A示出的激光扫描器设备的示意性侧视图，其中发射器镜装置的方向与图2A中相同；
图3是根据本发明的光扫描器设备的另一实施例的示意性侧视图，该设备用于可具有不同的扫描扇区倾斜角的门传感器系统中；
图4是根据本发明的光扫描器设备的另一实施例的示意性正视图，其中，不同的测量光线位于沿扫描扇区的不同偏转角处，并且检测范围在发射光束的连续偏转角之间限定和调整；
图5是根据本发明的门传感器系统应用于门上的实施例的不同应用的示意图，其中门传感器系统特别地安装在门开口中三个不同的位置处并且有三个不同的扫描扇区；
图6是根据本发明的门传感器系统的另一实施例的示意图，其中包括安装托架装置和调整装置，所述装置被安装在三个不同的位置，即门框的左上方、上方中间和右上方位置处；
图7A是由根据本发明的门传感器系统的一个实施例所覆盖的动态可变的被扫描区域的示意性俯视图，其中，当摆动门的门元件不处于门框之间时，被扫描区域沿门元件延伸并伸出其外；
图7B是由图7A的摆动门传感器器所覆盖的动态可变的被扫描区域的示意性俯视图，此时，当旋转门元件位于门框之间时，被扫描区域沿摆动门的门元件延伸但未伸出其外；
图8是根据本发明的门传感器的另一实施例中所覆盖的动态可变的被扫描区域的示意性俯视图，其中旋转门元件的被扫描区域可根据旋转门元件相对于门框的位置而动态变化。
具体实施方式
参照图1A、1B、2A、2B和3，描述根据本发明的光扫描器设备的优选实施例及其功能。
如图1A、1B、2A和2B所示，光扫描器设备10包括发射出发射光脉冲的发射束14的脉冲源12，形成大体上平行的发射束14的发射器透镜16，和将发射束14重新定向为朝向监视区域(未示出)的发射器偏转设备20。脉冲源12实现为红外激光二极管，其以电磁光谱红外光区域内的波长发射出短波激光脉冲。发射器透镜16用于形成发射脉冲的平行波束。发射器偏转装置设备20实现为包括4个平面镜面20-1、20-2、20-3和20-4的旋转镜元件，该元件适于绕旋转轴36旋转，该旋转轴36是沿大体垂直于脉冲源12发射出发射激光脉冲的主方向的方向，也就是大体垂直于发射束14的方向延伸的。
发射器镜元件20附接到驱动元件34并由其驱动，而驱动元件34又耦合到旋转速度可控的驱动马达(未示出)并由其驱动。发射器镜元件20被驱动为沿图1A中箭头所示方向旋转，例如沿由图1A的顶部所视的顺时针方向旋转。结果，发射束14的被镜面20-1上的发射束反射点26反射的那部分在扫描平面(图1A中的平面)的扫描扇区中被扫向监视区域。因此，在监视区域中，发射束沿着扫描线进行扫描，而沿着该扫描线将测量距离分布情况。发射激光脉冲的一部分朝光扫描器设备10反射回来，并回到光扫描器设备10。
光扫描器设备10还包括光电检测器装置42，接收器偏转装置24，该接收器偏转装置24反射从监视区域返回的光脉冲的接收束22并将接收束22的接收光脉冲重新定向为朝向光电检测器装置42。光扫描器设备10还包括将接收束22聚焦到光电检测器装置42的光敏元件上的接收器透镜40。接收器偏转装置24实现为包括四个平面镜面24-1、24-2、24-3和24-4的旋转镜元件，并且适于绕和发射器镜元件20共同的旋转轴36旋转。接收器镜元件24也被附接到驱动元件34并由其驱动。结果，接收器镜元件24与发射器镜元件20同步旋转。
可旋转的接收器镜元件24布置成与可旋转的发射器镜元件20共轴，从而接收器镜元件24的面24-1到24-4就和发射器镜元件20的面20-1到20-4大体上平行。因此，从监视区域返回的光脉冲被镜面24-1上的接收束反射点28反射并以接收束22的形式被重新定向为朝向光电检测器装置42。
在各自的旋转镜元件24和20以及各自的透镜40和16之间的轨线上，接收束22与发射束14大体上平行。这使得光扫描器设备10的结构可以紧凑且小巧。
提供了壳体18用于容纳脉冲源12和光电检测器设备42。壳体18有两个分别适于安装发射器透镜14和接收器透镜40的孔隙。在驱动器36上，沿旋转轴36，发射器镜元件20和接收器镜元件24在轴向上是间隔开的，以便在二者之间形成间隙或凹槽。
根据本发明的一个方面，光扫描器设备还包括光屏蔽装置32。在图1和2中示出的光扫描器设备10的实施例中，光屏蔽装置32实现为布置在发射器镜元件20和接收器镜元件24间并在二者之间的凹槽内延伸的平板32。屏蔽装置还包括在壳体18内延伸的部分，如图1A和2A的虚线所示。光屏蔽装置(平板32)从发射器和接收器镜装置20和24朝向监视区域延伸。为了避免反射“串扰”，希望屏蔽元件从镜装置朝向监视区域延伸相当长的距离。
光屏蔽装置32帮助将发射光脉冲的轨线与接收光脉冲的轨线屏蔽，以避免可能由于沿来自发射光的发射脉冲的轨线存在的物体上的任何反射而引起的漫射光进入被接收光脉冲轨线占据的地方或者甚至进入光电检测装置42的光敏部分。
存在于发射光脉冲的轨线上且能引起漫射光反射的物体例如可包括灰尘和雨水；发射束反射点26和接收束反射点28内的镜面(比如面20-1和24-1)表面的粗糙部分；具有反射和接收束反射点26和28的镜面上提供的反射材料的反射层上的粗糙部分或缺陷；或者反射器和接收器透镜16和40表面上的任何缺陷、粗糙部分、灰尘或污物。
可以构想包括偏转镜和屏蔽装置的组件的各种不同实施例。
或者，为了实现为轴向分开的两个单独的镜元件，发射器偏转装置20和接收器偏转装置24可被整合在单个旋转镜元件中，其中，多个镜面中的每一个沿着旋转轴延伸，以便在其上提供足够的空间，用于清晰且不互相交迭地经由发射束反射点26反射发射束14以及经由接收束反射点28反射反射光脉冲的返回束。优选地，发射束反射点26和接收束反射点28沿旋转轴方向彼此相隔，并且在镜元件的面上提供有凹槽，以便将每个面分成包括发射束反射点的一部分和包括接收束反射点的另一部分。该凹槽在每个镜面的圆周或切线方向以及镜元件的周围延伸。相应的光屏蔽元件实现为带有接收旋转镜元件的孔隙的平板，以便孔隙的圆周内边缘延伸进入分隔镜面的凹槽内。
不是实现为包括四个面的镜装置20和24，发射器偏转装置20也可实现为包括任意多个面的旋转驱动多面元件。发射器偏转装置的面数例如可为1至8个。相应地，接收器镜元件可实现为包括相同数目的面并被驱动成与发射器镜元件同步旋转的多面镜元件。接收器镜元件可布置成具有与发射器镜元件的旋转轴平行的自身的旋转轴，或者与发射器镜元件具有共同的旋转轴。
上述发射器和接收器镜元件例如可通过浇铸和/或注入技术由金属或塑料制成，然后被涂上高反射性涂层。
对于接收器偏转装置而言，可以设置任何实施例，只要它能将从与发射器偏转装置所施加的不同扫描角度一致的不同方向上返回的反射光脉冲重新定向到光电检测器装置上即可。
或者，为了旋转发射器镜元件以获得发射束的扫过，可让扫过的发射器镜振荡以使光脉冲的偏转发射束相应地振荡穿过扫描扇区。因此，发射器镜元件可以包括至少一个布置成由例如压电驱动器驱动振荡的面。对于较小的偏转角，接收器镜元件可实现为固定的，具有例如一个平面的或至少是分段的球形或圆柱形的反射表面，该表面被布置成可将从与发射器镜所施加的扫描相应的不同方向上返回的反射光脉冲反射或重新定向到光电检测器装置。
光屏蔽元件通常适于在光扫描器设备的整个范围中将包括发射光脉冲的轨线的空间与返回的反射光脉冲的轨线的空间相屏蔽。
光扫描器设备还包括中央处理单元，用于处理接收光脉冲，导出行程时间，求出在同一扫描平面中的多次扫描中在同一偏转角处进行的TOF测量结果的平均值，推算出反射物体的距离，以及任选地，基于扫描平面(下文将参照图3描述)的扫描扇区内的已知的光束偏转角以及扫描平面中到脉冲反射物体的实际角度来确定物体相对于光扫描器设备的角方向。
为此，光电检测器装置速度快到足以分辨单个光脉冲并为每个接收到的光脉冲产生一个电脉冲。光电检测器装置耦合到中央处理单元，并向其输出电脉冲。根据需要，中央处理单元包括用于对从光电检测器装置接收到的电脉冲进行检测、取平均和阈值处理的装置；用于测量发射光脉冲的发射时刻与相应的反射光脉冲的接收时刻之间的延时的装置；以及用于在发射光脉冲和相应的接收到的接收光脉冲之间分别建立同步相关关系的装置。
偏转装置，即发射器和接收器偏转装置，必须与中央处理单元同步，并因此装备有使偏转装置与中央处理单元同步的装置，该装置适合于为中央处理单元提供关于偏转装置的方向或位置的可靠指示。例如，旋转或振荡(发射器和接收器)镜装置包括在由至少一个反射面形成的至少一个(或每个)边缘上的突出部；该突出部适合于反复地阻断和开放所谓的光叉一类的光障装置的光轨线。
在如图1和2所示以及上面描述的实施例中，光扫描器设备大体上沿着单条扫描线穿过单个扫描平面中的单个扫描扇区扫过发射脉冲，此设备可实现为使得扫描平面以倾斜角递增的步进方式倾斜，以便分别穿过多个不同扫描面中的多个不同扫描扇区、沿着监视区域中的多个不同的扫描线相继扫过发射脉冲，如下文中参考图3所述。
不是如图1和2所示的实施例那样镜装置20和24各自包括多个(例如四个)与旋转轴36大体上平行的面20-1至20-4以及面24-1至24-4，发射器镜元件20的面20-1至20-4也可被布置成不完全平行于旋转轴，而是相对于旋转轴36有相互不同的小角度。从而，正如图3所示，当发射器镜元件20在发射束14范围内绕旋转轴36旋转以至发射束反射点26移动经过一个面并继续经过下一个倾斜角不同的面时，发射束14被以不同的倾斜角偏转，以便以不同的倾斜角顺序扫过不同扫描平面15中的不同扫描扇区。因此，假定被扫描的区域59具有宽度或扫描宽度60的话，则在例如图3中的地面80上的监视区域中，发射束沿着基本平行的不同扫描线(方向垂直于图3的平面)相继扫过。各扫描平面15的各扫描扇区与相应镜面的不同倾斜角相对应。
类似地，接收器镜元件24的面24-1至24-4被布置成相对于旋转轴36有相互不同的小倾斜角度，以便从不同扫描平面中的不同扫描扇区返回的反射光脉冲被旋转的接收器镜元件24的镜面24-1至24-4顺序地重新定向为朝向光电检测器装置42的同一方向。
为了保证在相继的扫描之间扫描平面的倾斜，或者说具有如图1到3中的实施例所示的四个面，发射器镜装置可以是包含带有不同倾斜角的任何数目的面(例如1到8面)的多面镜元件，以便提供具有不同倾角的扫描平面中的相应数目的扫描扇区。
与提供具有不同倾斜角的多个面的旋转发射器镜元件不同，可以构想提供带有多个与旋转轴基本平行的面的第一旋转发射器镜元件，或者提供可以振动方式移动或旋转的第一发射器镜元件，以在基本固定的扫描平面中提供扫描偏转，或者还可提供布置在第一发射器镜元件附近发射光脉冲的轨线中的第二镜元件，其例如可在压电驱动器的致动下在离散的方向之间绕轴转动或以振动方式绕轴转动，以便将第一发射器镜元件扫过的光束在具有不同倾斜角的离散扫描面中偏转。
光扫描器设备还适合于根据每次扫描来限定检测范围和/或调整或改变检测范围，如图3和4所示。术语“检测范围”是指在物体能被检测的最大距离。对于图3所示的每个扫描平面，可独立调整与图4中矩形相对应的检测区。
检测范围可在与所需要的限定的检测范围相对应的一定延时之后通过“闭合”电脉冲检测链来任意限定。这里，“闭合”电脉冲检测链元件是指在电脉冲检测链闭合时到达光电检测器装置的脉冲不被考虑。检测链的这种闭合例如可通过电子加窗技术来实现，这种技术在检测链开放时允许感测或发射脉冲，而在检测链闭合时过滤掉或抑制脉冲。
在单次扫描中，可为扫描过程中进行的每个TOF(行程时间)测量设置检测范围极限。对于这些测量中的每一个，可通过加窗技术设置最大距离，以确定当穿过检测面时任何物体在其内将被检测到的特定等效检测表面。这对应于图4中所示的矩形。
正如参考图3和4示例性地说明的那样，光扫描器设备的另一种应用是，检测区被施加限定(例如限定为矩形)，并从一次扫描变成相继的扫描，从而可产生3D检测体积。产生图4所示的检测表面的光扫描器设备10适合于按增加的步进方式改变倾斜角，以便提供具有不同倾斜角的一系列扫描平面15-1至15-4(图3中示出，图4中未示出)中的一系列扫描扇区。光扫描器设备10被装配在地面80上方的预定设备高度52处。对于倾斜角不同的扫描平面15-1至15-4来说，检测表面是独立设置的。在与特定倾斜角相对应的一次扫描中，检测表面(此处是矩形)是通过调整相继的测量17-1至17-n的连续检测范围而确定的，以便产生所要求的表面。对于中间偏转角而言，检测范围逐步地增加(从测量角17-1到测量角17-7)到最大的检测范围，然后再减少(从测量角17-8到测量角17-14)，因此如图4中用粗线绘出的矩形所示的一部分空间被测量，该矩形的边长与为垂直和水平偏转角17-1和17-14施加的检测范围50相对应。与测量值17-1相对应的垂直方向小于设备安装高度52，从而使得在偏移高度54下的物体在检测范围之外。这样，位于地面上并且高度小于偏移高度54的小物体56-1和与扫描器设备10之间的水平距离远于检测范围52的物体56-3不被检测到。只有在检测范围内的物体，如物体56-2，才被施加了有限检测范围的光扫描器设备10检测到。限制如图4所示的检测范围是提供偏移高度54的一种方法，在此高度之下物体不会被检测到，这也是使光扫描器设备对地面上的小物体不敏感的一种方法。
为了检查光扫描器设备的长期稳定性和正常运行，以及为了检查距离测量的准确性，采取了以下措施来校准最小检测距离。光扫描器设备还包括校准装置，该校准装置包括反射器装置30。反射器装置30被布置在较短的距离处。如图1和2所示，反射器装置30实现为向后反射器，例如所谓的光管，其适合于反转发射脉冲的传播方向并将它们重新定向为朝向光电检测器装置。向后反射器30的放置方式使得仅当旋转发射器镜子装置20处于某些方向上时的一部分发射束才到达向后反射器30，所述某些方向例如是图2A和2B中所示的位置，其中面20-2与发射束14相切(平行)。对于发射器镜子装置20的其它方向，如图1A和1B所示的位置，发射束被阻挡并且无法到达向后反射器30。正如可从图2B最清楚看到的，向后反射器30被布置成使得向后反射脉冲朝向光电检测器装置42传播并到达此装置。优选地，发射器、向后反射器与接收器之间的不变距离行程时间的测量值需保持不变。任何的变化都是由于电子漂移引起的。然后为此已知的距离测量该值，并将其用于补偿沿测量扫描所形成的实际距离测量值。
在图1和2所示的实施例中，已从反射装置反射的检测光脉冲不但能用于校准距离测量值，而且还可用于使脉冲朝向监视区域的发射与中央处理单元同步。只要发射和接收光的轨线被布置成使得一部分发射束通过向后反射器被发送回接收器，则反射装置30便可实现校准和同步这两重作用。
在图1和2所示的优选实施例中，就获得了这一点，这是因为当发射器镜元件20旋转时，镜面20-1、20-2的边缘重复地开放或阻断朝向反射器装置30的路径。
图5描述了例如与监视门开口相关的应用，其中，光扫描器设备10-1、10-2、10-3用作门传感器系统90-1、90-2、90-3并被安装在三个不同的位置上。门传感器系统90-1、90-2和90-3分别安装在三个不同的位置处，即门开口96上方的左上位置92-1、上部中间位置92-2和右上位置92-3。
门传感器系统90-1至90-3的最小检测距离和最大检测距离(检测范围)被调整成使得门传感器系统共同监视如图5所示的粗体矩形所示的门开口96的一部分。
如上所述，光脉冲的波长可为非可见红外光范围内的波长。然而，发射脉冲的光波长并不限于红外范围内，而是可为远红外、红外、近红外和可见范围内的任何波长。
对于光扫描器设备的商业应用，例如作为门传感器的应用而言，希望将包含脉冲源、光电检测器装置和偏转装置的光扫描器设备的感测元件容纳在壳体中，该壳体提供保护，以免遭受诸如雨水、灰尘和污物等环境所造成的影响。
对于商业应用而言，还希望监视区域能够很容易调整，并且光扫描器设备能够方便地安装在安装表面上，优选安装在可选择的安装方向上。
通过使用发射波长在电磁光谱的可见范围内的光脉冲的脉冲源，以使得被扫描的区域(中的物体)在被发射光照射时可见，从而实现了调整监视区域的容易性。当欲使得传感器设备毫无问题地运行，从而用于TOF测量的光不可见，并由此被选择为例如从远红外到近红外范围内的光时，可提供辅助照明装置，该装置发射可见光并适合于以可见方式照射被扫描的区域。照明装置优选地可被接通和关闭或调暗，以发射不同水平的照明光强度。
通过提供安装托架装置以使得光扫描器设备能方便地安装在如图6所示的不同方向，从而可实现安装到安装表面的便利性。托架94可以是壳体的一部分。优选地，托架94包括在不同平面内的不同平坦部分，以便在不同方向上稳固地与设备欲安装至其上的平坦安装表面接触。
在图6中所示的示例中，托架94有三个彼此之间基本成45°角的平坦部分。这使得光扫描器设备能被安装在平坦安装表面上的三个不同方向上。当光扫描器设备用作图6示例中的门传感器系统90时，它可被方便地安装在门框的至少三个不同的位置92-1、92-2、92-3处，这三个位置相对于扫描扇区的倾斜角具有相应的不同方向。具有这种托架94的门传感器系统90可以以第一倾斜方向明显地安装在形成于在第一(左)门边框元件72-1和在门顶框元件70的接合处上的左上角(安装位置92-1)处，以便可以以大体朝向门开口96中心的倾斜角向下“看”，或者以第三方向安装在门顶框元件70的中心安装位置92-2处，以便可以朝向门开口96中心大体上垂直向下“看”，或者以第二倾斜方向安装在与第一门侧框元件72-1相对的第二门侧门框元件72-2和门顶框元件70的接合处的右上角(安装位置92-1)，以便可以以大体朝向门开口96中心处的倾斜角方向下“看”，该第二安装位置在门开口96中与提供第一倾斜方向的第一安装位置92-1对称。
门传感器系统90还可安装在第一门侧框元件72-1上的左侧安装位置(未示出)，优选地在地面上方门顶框元件70大约一半的高度处，以提供第四倾斜方向，从而可以大体平行地朝门开口96中心“看”，并且可对称地安装在门开口96中第二(右)门侧框元件72-2上的右侧安装位置(未示出)处，以提供第五倾斜方向，以便在与第四倾斜方向基本相反的方向上大体水平地朝门开口96中心“看”。
图6所示的门传感器系统还包括用于调整门传感器设备的方向的调整装置，从而被扫描区域的位置可与门元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)对齐。调整装置可实现为适合于调整扫描扇区倾斜角的螺杆(62，64，66，68)。
在门传感器器应用中，作为被安装到固定门框元件的替换和/或附加，门传感器系统也可被安装在移动门元件上，例如适于关闭和开启门开口96的摆动式或滑动式门元件，或者安装在旋转式门元件上。
除了参考图3所说明的使得在扫描平面的倾斜角的连续扫描间动态变化，从而允许调整被扫描区域59的扫描宽度60，在光扫描器设备的另一实施例中，如图7A和7B中示例性地示出的，可动态改变扫描平面中扫描扇区的开口角，以便使得被扫描区域59的扫描长度58随之变化，其中光扫描器设备被用作门传感器系统90。它被安装在摆动式门元件76上的大体上在顶部中心的安装位置处，并且其方向使得各扫描平面的扫描扇区以基本向下的方向朝地面上的被扫描区域59倾斜。门传感器被调整，以使得各扫描平面的扫描扇区基本上与门元件76平行。图7A和7B中的虚线表示由地面上的各门传感器系统的光扫描器设备投射出的扫描线。被扫描区域59的扫描宽度60由如下因素确定：不同倾斜角的数目(图3的示例中为4个)以及在相邻扫描平面之间的增加角和被扫描区域59与传感器系统之间的距离的结合，该距离亦即图7所示的示例性应用中传感器系统在地面上方的安装高度。在扫描平面中的扫描扇区的开口角可以根据移动门元件76的位置而动态变化，从而被扫描区域59的扫描长度58随之变化。
如图7A所示，当门元件的位置不在第一和第二门侧框元件72-1和72-2之间时，被扫描区域59的扫描长度58大体延伸沿着门元件76延伸并进一步伸出其外。伸出部分增大了被扫描区域59并产生保护距离，该保护距离通过使得能够检测由旋转门元件76的移动轨线所覆盖的区域附近的保护距离内的物体和人，使之免受移动门元件76的伤害，因此有助于增加安全性。当门几乎或完全关闭时，即当门元件基本上位于第一和第二门侧框元件72-1和72-2之间时，被扫描区域59的扫描长度58大体上仅沿着门元件76延伸，而非伸出其外，从而避免干扰门侧框元件72-2。
图8示出了将门传感器系统90应用于旋转门的情况。旋转门包括第一旋转门框元件78-1(图8的左侧)和第二旋转门框元件78-2(图8的右侧)，以及四个旋转门元件或门扇76-1至76-4，这四个门扇被布置成基本上彼此正交，并适于绕沿四个门扇76-1至76-4的接合处延伸的垂直轴旋转(例如当从顶部看时为逆时针方向，如图8中箭头所示)。门传感器系统90还包括与每个旋转门元件(76-1到76-4)相关联的一个光扫描器设备。每个光扫描器设备安装在相关联的旋转门元件的顶边缘附近，并且被定向成使得扫描扇区与门元件平行，并近似垂直地朝下延伸。因此，扫描区域59-1到59-4分别被提供在靠近旋转门元件76-1至76-4的脚部附近的地面上，并与之平行布置。优选地，光扫描器设备的布置方式使得各个扫描扇区和被扫描区域59-1到59-4相对于旋转门元件的旋转移动方向位于旋转门元件76-1至76-4的前面。在图8所示的示例中，由于能够动态地改变扫描平面中的扫描扇区的开口角，分别改变被扫描区域的扫描长度，门传感器系统适合于使得与门扇相关联的被扫描区域的扫描长度沿相关联的旋转门元件延伸并且不伸出其外，其中门扇的径向外缘位于门框78-1和78-2之间，例如参见与旋转门元件76-2相关联的被扫描区域59-2的扫描长度58-2和与旋转门元件76-4相关联的被扫描区域59-4的扫描长度58-4。另外，在图8中所示的情形中，与门扇相关联的被扫描区域的扫描长度不仅沿相关联的旋转门元件延伸，而且还沿径向伸出其外，其中门扇的径向外缘在门框之外，即门扇不在门框元件78-1和78-2之间，例如参见与旋转门元件76-1相关联的被扫描区域59-1的扫描长度58-1和与旋转门元件76-3相关联的被扫描区域59-3的扫描长度58-3。
总之，根据本发明的基于光扫描器设备的门传感器系统可被调整，以使其改变其被扫描区域或检测范围，以不断优化对一个或多个门元件的边缘的保护，以便产生伸出一个或多个门元件的延伸范围之外的保护区域，从而通过防止处于门元件附近的保护区域中的人免受移动的门元件的伤害，从而增加这些人的安全性。
可以理解的是，上述实施例可被组合，并且参考一个实施例公开的任何特征也可以应用到其他实施例中。

Claims (18)

1.一种门传感器系统(90)，用于检测在门内和/或门附近的目标物体(56)，该门传感器系统(90)包含：
门开口(96)，
至少一个可移动门元件(76-1，76-2，76-3，76-4)，
至少一个光扫描器设备(10)，
每个所述光扫描器设备包括旋转镜元件，
每个所述光扫描器设备安装在所述可移动门元件上，
所述光扫描器设备的所述旋转镜元件将所述光扫描器设备产生的光重新定向为朝向监视区域，每个所述旋转镜元件包括多个反射镜镜面并且每个所述镜面的方向相对于所述旋转镜元件的轴(36)成一个倾斜角，所述多个反射镜镜面的所述倾斜角限定由所述旋转镜元件产生的多个倾斜检测面，所述检测面为扫描面，
每个检测面包括扫描扇区，
其中所述光扫描器设备(10)形成扫描区域(59)，所述扫描区域(59)具有扫描宽度(60)，以及
所述光扫描器设备在覆盖所述扫描区域(59)的每个扫描面(15)的所述扫描扇区内以规则的间隔(15-i)以光学的方式测量离目标的距离。
2.根据权利要求1所述的门传感器系统，其中所述光扫描器设备(10)利用电子加窗技术通过从目标物体(56-1，56-3)中滤出检测范围之外的信号来为每一个测量限制检测范围，从而受限制的检测范围的可变的扫描方向覆盖扫描区域(59)，在该扫描区域中，目标物体(56-2)产生在所述门开口和所述门元件附近以及在地面(80)上或者在该地面之上的预定高度处基本上水平地延伸的检测。
3.根据权利要求1所述的门传感器系统，其中，所述光扫描器设备(10)利用电子加窗技术调整扫描区域，在该扫描区域中目标产生检测，能够根据所述门的尺寸调整该扫描区域的宽度(50)和高度(52-54)。
4.根据权利要求1所述的门传感器系统，其中所述至少一个光扫描器设备(10)与所述门开口(96)相关联以监视所述门开口的整个表面。
5.根据权利要求1所述的门传感器系统，所述门传感器系统用于具有可移动元件的门，其中，至少一个光扫描器设备(10)与每个所述可移动门元件(76-1，76-2，76-3，76-4)相关联。
6.根据权利要求4所述的门传感器系统，其中，至少一个光扫描器设备(10)与每一个可移动门元件(76-1，76-2，76-3，76-4)相关联。
7.根据权利要求1所述的门传感器系统，其中，所述扫描区域(59)进一步具有扫描长度(58)，该扫描长度的方向与所述可移动门元件(76-1，76-2，76-3，76-4)基本上平行。
8.根据权利要求6所述的门传感器系统，其中：
所述扫描区域(59)进一步具有扫描长度(58)，
当所述可移动门元件处于门框元件(72；78)之间时，所述扫描长度(58)能够被动态地改变以沿着所述可移动门元件(76-1，76-2，76-3，76-4)延伸但不伸出其外，并且
当所述可移动门元件不处于所述门框元件之间时，所述扫描长度(58)伸出所述可移动门元件之外。
9.根据权利要求1所述的门传感器系统，其中，所述光扫描器设备发射和接收非可见光脉冲，并且所述门传感器系统还包括照明装置，该照明装置适合于发射可见光以便可见地照射扫描区域(59)。
10.根据权利要求1所述的门传感器系统，还包括调整装置，用于调整所述门传感器设备的方向，以便扫描区域的位置能够与门元件(76-1，76-2，76-3，76-4)对齐。
11.根据权利要求10所述的门传感器系统，其中，所述调整装置包括适合于调整所述扫描扇区的所述倾斜角的螺杆(62，64，66，68)。
12.根据权利要求11所述的门传感器系统，还包括安装托架装置(94)，该安装托架装置(94)适合于使得所述系统能以与产生三个不同扫描扇区的至少三个不同倾斜角相应的至少三个不同角位置(92-1，92-2，92-3)安装到门框元件(70，72，78)上。
13.根据权利要求1所述的门传感器系统，所述光扫描器设备进一步适于测量所述目标物体(56)的范围和角度方向，所述光扫描器设备(10)进一步包括：
脉冲源(12)，其适合于发射光脉冲，其中所述旋转镜元件适合于使发射的光脉冲在可变的扫描方向上扫过扫描扇区，
光电检测装置(42)，其适合于检测已在所述扫描扇区中被反射的接收光脉冲，
接收器偏转装置(24)，其适合于将已在所述扫描面(15)中被反射的光脉冲重新定向到所述光电检测装置(42)，
还包括光屏蔽装置(32)，其适合于将发射光脉冲与反射光脉冲光学地屏蔽，所述发射光脉冲在从所述脉冲源(12)到所述旋转镜元件的轨线上以及在从所述旋转镜元件延伸到所述扫描扇区中的轨线的至少一部分上，所述反射光脉冲在所述光电检测装置(42)和所述接收器偏转装置(24)之间的轨线上以及在所述扫描扇区中延伸并结束于所述接收器偏转装置(24)上的轨线的至少一部分上，
其中所述旋转镜元件和接收器偏转装置(24)都包括多面镜，所述多面镜包括至少一个基本彼此平行的面，并且所述旋转镜元件的多面镜和所述接收器偏转装置(24)的多面镜适合于在公共旋转轴(38)上彼此同步地旋转，
其中所述旋转镜元件的多面镜与所述接收器偏转装置(24)的多面镜形成分割多面镜，该分割多面镜包括凹槽，该凹槽适合于光学地隔离所述旋转镜元件的多面镜与所述接收器偏转装置(24)的多面镜。
14.根据权利要求2所述的门传感器系统，其中，所述光扫描器设备(10)利用电子加窗技术调整扫描区域，在该扫描区域中目标产生检测，能够根据所述门的尺寸调整所述扫描区域的宽度(50)和高度(52-54)。
15.根据权利要求14所述的门传感器系统，其中，所述至少一个光扫描器设备(10)与所述门开口(96)相关联以监视所述门开口的整个表面。
16.根据权利要求15所述的门传感器系统，其中，至少一个光扫描器设备(10)与每一个可移动门元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)相关联。
17.根据权利要求3所述的门传感器系统，其中，所述光扫描器设备发射和接收非可见光脉冲，并且所述门传感器系统还包括照明装置，该照明装置适合于发射可见光以便可见地照射扫描区域(59)。
18.根据权利要求17所述的门传感器系统，其中，所述调整装置包括适合于调整所述扫描扇区的所述倾斜角的螺杆(62，64，66，68)。
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