CN103930795A - 用于汽车的光学测量装置、包括这种测量装置的驾驶者辅助装置以及具有相应测量装置的汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于汽车(6)的光学测量装置(1)，包括至少一个光发射器、至少一个光接收器(12)和具有至少一个偏转镜(11)的偏转镜装置，所述测量装置(1)具有支座(8)，在该支座上形成可以设置布置于接收光路(38)中的测量装置(1)的接收透镜(10)相对于支座(8)的位置的第一对齐装置(17)，并且/或者形成可以设置布置于接收光路(38)中的偏转镜(11)相对于支座(8)的位置的第二对齐装置(31)。本发明也涉及具有这种装置(1)的汽车。

Description

用于汽车的光学测量装置、包括这种测量装置的驾驶者辅助装置以及具有相应测量装置的汽车
技术领域
本发明涉及用于汽车的光学测量装置，包括至少一个光发射器、至少一个光接收器以及具有至少一个偏转镜的偏转镜装置。此外本发明还涉及具有这种光学测量装置的驾驶者辅助装置以及具有这种光学测量装置的汽车。 
背景技术
现有技术已公开了扫描光学测量装置，称作用于识别汽车周围的监测区域中的物体或障碍的车用激光扫描器，其根据光脉冲传播时间测定至监测区内所识别的物体或障碍的距离。 
例如DE10 2005 055 572B4描述了一种扫描光学距离传感器。该距离传感器包括至少一个激光器作为光发射器、至少一个探测器作为光接收器以及偏转单元，该偏转单元利用第一反射镜将激光转向被测场景，并且利用第二反射镜将物体背散射的激光脉冲转至至少一个探测器。在该示例中，第一和第二反射镜被布置在各自支架上的共用旋转轴上，由布置在两个支架之间的驱动单元驱动这些反射镜。 
US7,710,545公开了一种用来获得汽车周围环境信息的类似系统。优选地将该系统置于汽车散热器格栅的后面，将其用来为驾驶者辅助系统扫描汽车前面的区域。 
由于激光扫描器的设想的安装部位在车内，例如安装在散热器前面的前方部分上，可能地甚至直接整合在散热器上，必须将激光扫描器所需的空间减到最小。测量装置的接收单元包括接收透镜、偏转镜和传感器，该传感器通常是APD传感器(Avalanche Photodiode Detector/雪崩光电二极管探测器)，安装要求非常高。尤其要非常精确地、例如以大约20μm的精度地调整接收单元之内的传感器或接收器的对齐。 
本发明的任务在于实现一种光学测量装置、具有这种测量装置的驾驶辅助装置、以及具有这种测量装置的汽车，该光学测量装置设计紧凑且使得安 装空间最小化。 
采用根据独立权利要求所述的光学测量装置、驾驶辅助装置和汽车，可解决这一任务。 
发明内容
一种用于汽车的创造性光学测量装置包括至少一个光发射器、至少一个光接收器以及具有至少一个偏转镜的偏转镜装置。 
测量装置具有支座，至少将发射器、接收器这几个部件以及偏转镜装置这几个部件中的一些布置在该支座上。在该支座上形成可以设定布置于接收光路上的测量装置的接收透镜相对于支座的位置的第一对齐装置，并且/或者形成可以对设定布置于接收光路中的偏转镜相对于支座的位置的第二对齐装置。测量装置尤其包括接收单元，该接收单元包括可以各自单独相对于支座移动和具体地定位的接收透镜和偏转镜。 
因此采用该创造性光学测量装置，不必以复杂而且容易出错的方式主动相对于支座移动接收器的位置或者以其它方式将其定位，就能提供对齐的整体单元。这是因为如前所述，必须在微米级范围内进行调整，而该创造性光学测量装置则能够已经将接收器布置在固定的位置中(特别地在支座上)，不必进行重新定位。相对地，可通过所提供的对齐装置更方便且更个体地改变接收透镜和/或者偏转镜的位置，尤其也可在所述的亚毫米级范围内精确对其进行重新定位。 
这样就能将接收器安装到支座上在确定的位置中。按照本发明所述，单独且相应地移动布置于接收单元中的偏转镜和/或者布置于接收单元中的接收透镜，在正确定位之后将其位置固定，即可完成调整。 
除此之外，光学测量装置还包括发射单元，该发射单元具有光发射器和发射光学系统，所述光发射器可以是例如脉冲可操作的激光器。发射光学系统尤其可以具有一个或者多个称作发射偏转镜的偏转镜。与此相对地，可以将至少一个和接收单元相关联的偏转镜称作接收偏转镜。 
优选地，接收透镜适宜具有保持框，在该保持框上形成用于接合到第一对齐装置之中的接合元件。接收透镜因此通过保持框直接与支座相连，就此而言，实现了在支座内的第一对齐装置之中通过接合元件的接合。 
优选地，保持框至少部分包围、示例性地也可以完全包围接收透镜的周 边。这样就能实现稳定的机械固定，并且能以特别精确的方式调整接收透镜与支座、以及由此和固定布置在支座上的接收器之间的相对位置的设置。 
优选地，将第一接合元件布置在保持框的底面上，并且将该第一接合元件设计成条状的支架。这样就能提供特别窄、而且特别适合于接收透镜的直线移动的元件。这样也能有利于以一显著的程度使得安装空间最小化。 
优选地，在支座的基部中形成第一对齐装置的第一狭缝状凹陷部，并且在相对于支座固定接收透镜的位置之前将固定框的第一接合元件布置在第一凹陷部之中，使其可以沿第一空间方向并且/或者在与此垂直的第二空间方向直线移动。这样就能特别突出一实施方式，其实现一种允许在两个相互垂直的空间方向相对于支座并且因此也能相对于光接收器改变接收透镜位置的对齐装置。因此在多个方面来看，狭缝状的凹陷部特别有益。由于将其整合在基部之中并且使其下沉，就能使得基部的物理高度最小化，尤其基部的物理高度可具有不会增大的物理高度。除此之外，这种狭缝状的凹陷部或凹槽以特别高的运动导向精度保证支架状的接合元件保持在接收透镜的保持框上。因此，第一接合元件的板状或条状实施例继而保证在狭缝状凹陷部的方向直线移动接收透镜。但也可以在垂直于其的空间方向使得接合元件或多或少地下沉到该狭缝状凹陷部之中，从而或多或少地也能在第二空间方向相对于支座并且因此也相对于光接收器调整接收透镜的高度。 
优选地，在支座的侧壁中形成第一对齐装置中的第二狭缝状凹陷部，并且在相对于支座固定接收透镜的位置之前将第二接合元件布置在第二凹陷部之中，使其可以在第一空间方向并且/或者在与此垂直的第二空间方向中直线移动。以上所述的优点在这里同样适用。 
除此之外，第二狭缝状凹陷部提供用于对齐的附加机械导向装置，从而在沿第一空间方向和/或者沿第二空间方向相对于支座直线移动时不会出现接收透镜意外倾斜或者扭转的现象。由于在支座的不同构件上、即一方面在基部上并且另一方面在侧壁上也形成两个狭缝状的凹陷部，就能进一步强化以上所述的定位稳定并且尽可能直线移动的优点。 
优选地，第二对齐装置在支座的某个支撑件中具有可以从上方进入的第一狭缝状凹陷部，在该凹陷部中可以插入与偏转镜的上边缘相连的第一保持腿，其中在相对于支座固定偏转镜的位置之前，第一保持腿可以相对于支撑件(support web)在第二空间方向直线移动。 
尤其可使得第二对齐装置在支座的基部中具有第二狭缝状凹陷部，在该凹陷部中可以插入与偏转镜的下边缘相连的第二保持腿，在相对于支座固定偏转镜的位置之前，第二保持腿可以相对于支座沿第二空间方向直线移动。 
接收透镜的位置相对于支座以及由此相对于光接收器的移动的优点等同于偏转镜的位置相对于支座且由此相对于光接收器的移动的优点。优选地，采用粘附邦定部将经过对齐装置设定的接收透镜与支座的相对位置以及偏转镜与支座的相对位置固定。 
尤其在固定所述构件的位置之前，也就是在固定支座、接收透镜和偏转镜的相对于彼此的位置之前，通过对齐装置改变接收透镜和/或者偏转镜的位置，以确定的并且也是想要的方式非常精确地调整这三个部件的相对于彼此的位置。只有当找到这些正确的相对位置时，才以产生粘附邦定部来固定所述部件的相对于彼此的位置。尤其是在保持框的接合元件与支座基部和侧壁中的狭缝状凹陷部之间产生粘附邦定部。除此之外，尤其也在保持腿和狭缝状凹陷部之间产生粘附邦定部。 
所述测量装置的接收单元的偏转镜的边缘轮廓特别有利地设置为与接收束的边缘光束所构成的轮廓相配。这种实施方式以非常大的程度节省结构空间。与通常设计成矩形或正方形的偏转镜的常见实施方式相比，这种使偏转镜表面积最小化的方式节省了安装空间。该认识的基础在于，当光束射入光学测量装置并且尤其射入接收单元之中涉及这些光束穿过接收透镜，并且按照该接收透镜的形状将其折射。因此在光束从接收透镜射出之后，就会以完全确定的边缘光束轮廓射向偏转镜，所述边缘光束形成接收束周边的边界。由于边缘光束的该轮廓通常小于接收单元中常见偏转镜的表面积，这浪费了安装空间。该创造性的具有完全确定的特殊形状的偏转镜的实施方式因此考虑了这种光学因素。偏转镜的功能没有任何限制，但是仍然可以节省测量装置的安装空间。现在可以在省下的空间中布置其它组件，例如调整机构、安装元件和其它组件，例如对齐装置。 
优选地，将偏转镜适当成形，从而形成至少两个相互不平行的对置侧边。 
按照特别有益的实施方式所述，偏转镜具有梯形形状，或者将其设计成梯形。这种方式使用偏转镜的特定的最小化，以将在设定接收束特性的边缘光束离开之后边缘光束的轮廓计入考量。 
除此之外还将偏转镜设计成平面形状，使得这里尤其没有使用抛物面反 射镜。抛物面反射镜的可能的缺点在于，朝向现有的接收器的聚焦减小，可设置的误差范围因此减小，这会导致生产成本增大，平面形的偏转镜则不会出现这个问题。 
优选地，在偏转镜上游的接收光路包括接收透镜，该接收透镜产生接收束边缘光束的轮廓，该轮廓在穿过接收透镜之后产生。 
尤其将偏转镜倾斜于接收透镜布置在接收透镜下游，尤其使其减缩端与较宽的一端相比更加远离接收透镜后表面。 
此外，本发明还涉及具有该创造性的光学测量装置或者具有该光学测量装置的一种有益实施方式的驾驶辅助装置。 
除此之外，本发明也涉及具有该创造性的光学测量装置或者具有该光学测量装置的一种有益实施方式的汽车，其中所述测量装置被设计用于感知汽车周围环境中的物体。优选地，光学测量装置至少包括布置在汽车上的前部的子部件，尤其布置在散热器格栅的区域之中。 
本发明的其它特征均源自于权利要求、附图和附图说明。说明部分中所述的特征和组合特征以及以下附图说明部分和/或者附图中所述的特征和组合特征不仅可用于所述的相应组合，而且也可用于其它组合或者单独使用，并不背离本发明的范围。 
附图说明
以下将根据示意附图对本发明的实施例进行详细解释。相关附图如下： 
附图1示出了本发明所述光学测量装置的示例性实施例的透视图； 
附图2示出了本发明所述具有这种光学测量装置的汽车的示例性实施例的示意图； 
附图3示出了在接收单元的支座、接收透镜和偏转镜的第一定位位置中的本发明所述光学测量装置的示例性实施例的子部件的透视图； 
附图4示出了附图3所示子部件在部件相对于彼此的第二位置中的透视图； 
附图5示出了附图3和附图4所示部件在部件的相对于彼此的不同位置中的透视图； 
附图6示出了附图3至附图5所示部件的又一透视图，其为部件的进一步分解视图； 
附图7示出了接收单元的接收透镜和偏转镜的透视图。其具有从接收束示出的光线分布； 
附图8示出了附图7所示示意图的平面视图；以及 
附图9示出了接收透镜和不同的偏转镜形状的另一个透视图，其具有接收束中的边缘光束的示例性梯形轮廓。 
具体实施方式
这些附图中的相同或者功能相同的元件均具有相同的附图标记。 
附图1中所示为用于汽车的光学测量装置1的透视图。光学测量装置1包括壳体2。在壳体2中，在前壁上3形成发射窗4。通过发射窗4向外射出脉冲激光。 
除此之外，壳体2还在发射窗4下方在前壁3上包括接收窗5，该接收窗在本示例性实施例中大于发射窗4。通过接收窗5接收汽车周围环境中探测到的物体所反射回的激光束，并且由布置于壳体2中的接收单元对其进行处理。 
除了接收单元之外，还将一个发射单元布置在壳体2之中。该发射单元包括图中没有绘出的发射器板，例如将设计成脉冲激光器形式的光发射器与发射光学系统布置在该发射器板上。 
该接收单元包括图中没有绘出的接收器板，例如将设计成探测器形式的光接收器布置在该接收器板上，除此之外还具有接收光学系统，该接收光学系统可以具有接收透镜和作为接收偏转镜的偏转镜。 
该接收器优选地是APD二极管。 
除此之外，发射单元还可以具有一个或多个发射偏转镜形式的偏转镜装置，例如将发射偏转镜在同一个水平面内径向相隔一定距离布置在支座或支架上。 
除此之外，也可以采用驱动发射偏转镜围绕其结合地旋转的可旋转轴的其它操作单元。 
在发射偏转镜与接收单元之间，尤其在接收透镜与接收偏转镜之间可以布置一个编码盘，可以对编码盘进行评估，以确定旋转轴的旋转角。可以布置恰当的接收器或传感器，以便对码盘进行评估。 
在壳体2中固定位置处的光发射器产生脉冲激光束，通过所述发射偏 转镜使得激光束偏转，且通过发射窗4将激光束射出到被监测的周围环境区域之中。通过接收窗5接收反射回来的脉冲激光束，所述激光束相应于发射的脉冲激光束从物体或障碍物反射。通过接收单元将接收的激光束导向固定的光接收器。评估光接收器的输出信号，以确定激光束的传播时间，从而算出至周围区域中已知物体之间的距离。 
附图2所示的汽车6是轿车。附图2所示为汽车6的正视图，在该示例性实施例中将光学测量装置1布置在散热器格栅7的区域中的前部，可以探测汽车6前方环境区域中的物体。 
附图3所示为光学测量装置1的子部件的实施方式的透视图。该光学测量装置1包括支座8，该支座在区域9中形成，用来支承发射单元的可旋转部件以及接收单元的可旋转的安装后的部件。在该示例中，可以围绕图中所示的轴线A旋转。 
为了简明起见，这里没有绘出所述的这些部件。也可以根据附图3所示的子部件来解释本发明的基本要点。 
布置于壳体2内部的支座8用来支承所述的接收透镜10以及和接收单元关联的偏转镜11。除此之外，支座8还用来支承固定的光接收器12，例如将该接收器布置在支座8的侧壁13中。除此之外，尤其用塑料整体制成的支座8还具有基部14，在该基部上整体体模制垂直的侧壁13。 
在基部14的顶部15上具有形成于其上的第一对齐装置17中的狭缝状凹陷部16。第一狭缝状凹陷部16直线延伸。 
该凹陷部沿第一空间方向延伸，也就是在x方向延伸。 
该接收透镜10的周边轮廓为四边形，其周边被保持框18至少部分地包围。保持框18下部具有与其垂直的第一接合元件19。该第一接合元件19被设计成条形或者板状的平面元件。按照附图3所示，该接合元件用于接合到第一狭缝状的凹陷部16之中。如图所示，第一接合元件19在x方向的延伸长度短于第一凹陷部16，因此该接合元件19可沿根据x方向的第一空间方向直线移动。 
除此之外，还将第二接合元件20布置在保持框18上，该接合元件向外布置在侧面的框架部分上。其具有水平突出的梯形部件21，在该部件的外端布置垂直向下的部件22。 
该第二接合元件20尤其利用第二部件22伸入到侧壁13的顶部23 上形成的另一个第二狭缝状凹陷部24之中。这里也使得该狭缝状凹陷部24在x方向延伸，并且因此平行于第一狭缝状凹陷部16取向。第二狭缝状凹陷部24在x方向的延伸长度在这里也大于部件22在x方向的延伸长度。因此也能够以确定的导向方式沿x方向所限定的第一空间方向来回线性地移动第二接合元件20与部件22。 
这种可移动性使得与保持框18牢固地相连的接收透镜10能够相对于支座8并且也能相对于固定在支座8上的光接收器12移动位置。 
除此之外，凹陷部16和24以及接合元件19和20均经过适当设计，从而不仅能够在x方向进行该第一空间方向的相对移动，而且也能在与此垂直的第二空间方向、也就是在y方向进行相对移动。原因在于也可以利用该对齐装置17使得该接收透镜10在y方向相对于支座8向上或向下移动，并且接合元件16和20仍然继续与凹陷部16和24接合。 
除此之外，也可保证特别地与在y-z平面中延伸的接收透镜10的后表面25相比布置在后面的偏转镜11具有与其倾斜的取向，如附图3中所示。 
从附图3中也可看出，偏转镜11具有呈梯形的边缘轮廓26。关于此，尤其是两个相对的侧边27和28被设计为不平行地延伸。 
偏转镜11在本示例性实施例中具有梯形形状，此外还被设计成平面状。 
从附图3中可以看出，偏转镜11的渐缩端29与偏转镜11较宽的一端30相比更远离该后表面25。 
除此之外，还可以通过第二对齐装置31至少沿y方向表示的第二空间方向使得偏转镜11相对于支座8布置，因此也可以相对于光接收器12将其布置，以使其相对地可移动。 
第二对齐装置31具有与偏转镜11的上侧边27牢固地相连的保持腿32。除此之外，保持腿还布置为接合在位于基部14上的支撑件34的顶部33上形成的另一个狭缝状凹陷部35中。 
除此之外，第二对齐装置31还具有与偏转镜11的下侧边28牢固地相连的另一个保持腿36。该保持腿36继而布置为接合到基部14中形成的另一个狭缝状凹陷部37中。 
由此可以精确引导的方式沿所述的y方向相对于支座8和/或者接收 透镜10线性地偏移偏转镜11。 
可以首先调整所述部件的相对位置设置，也就是调整接收透镜10、偏转镜11和支架8(以及固定的接收器12)的相对位置，然后将这些部件的相对于彼此的位置固定。如果已通过对齐装置17和31以这种相对的位置的设置方法实现了正确对齐，就可以将该位置固定。为此产生附图3中没有绘出的粘附邦定部。这些粘附邦定部尤其可在接合元件19和凹陷部16之间、凹陷部24和接合元件20之间、保持腿32和凹陷部35之间以及保持腿36和凹陷部37之间产生。 
附图4中以透视图表现附图3所示部件的状态，如图所示已从凹陷部35和37中移去了保持腿32和36的偏转镜11。 
相对地，附图5所示为附图3和附图4所示部件的示意图，如图所示已从槽16和24中移去了接收透镜10与保持框18。 
在附图6中以另一个透视图表现附图3至附图5，以示出部件的分解视图。 
附图7示出了从接收透镜10和偏转镜11下方观察的透视图，其中也表现出接收束38的光路。经由接收窗5进入壳体2并且到达测量装置1的接收单元的接收束38射向接收透镜10的正面或正侧部39。由于透镜具有弧度，光在接收透镜39中相应地折射，并且在基本上平坦的后表面25上射出。由于接收束38的入射并且在接收透镜10中折射，从而在接收透镜10下游产生接收束38，该接收束具有形成接收束38的轮廓边界的边缘光束40，边缘光束形成相应的梯形形状。附图8所示为附图7中示意图的平面视图。 
在附图9中揭示了该梯形轮廓41且将其相应地示出。附图9所示为前表面39和布置于接收透镜10下游的反射镜11的视图。为了解释清楚，在附图9中再次绘出了偏转镜11的梯形形状，该梯形形状基本上对应于接收束38的边缘光束40的梯形轮廓41，使得这些边缘光束射向偏转镜11。为了说明差异，也通过点划线轮廓表示传统的矩形或正方形偏转镜。可以清楚看出，传统形状意味着完全不需要偏转镜11的很大面积范围用于偏转入射的接收光束38，因此已知的传统实施例中不必须计入安装空间。新型偏转镜11的相当个体匹配的形状避免了这个问题，且仍然可以偏转全部接收束38并且将其导向光接收器12。 

Claims (13)

1.用于汽车(6)的光学测量装置(1)，包括至少一个光发射器、至少一个光接收器(12)和具有至少一个偏转镜(11)的偏转镜装置，其特征在于，所述测量装置(1)具有支座(8)，在该支座上形成可以设置布置于接收光路(38)中的所述测量装置(1)的接收透镜(10)相对于支座(8)的位置进行调整的第一对齐装置(17)，和/或形成可以对布置于接收光路(38)中的偏转镜(11)相对于支座(8)的位置进行调整的第二对齐装置(31)。 
2.根据权利要求1所述的光学测量装置(1)，其特征在于，所述接收透镜(10)具有保持框(18)，在该保持框上形成用于接合到第一对齐装置(17)之中的接合元件(19，20)。 
3.根据权利要求2所述的光学测量装置(1)，其特征在于，所述保持框(18)至少部分地包围所述接收透镜(10)的周边。 
4.根据权利要求2或3所述的光学测量装置(1)，其特征在于，第一接合元件(19)被布置在保持框(18)的底面上，并且形为条状的支架。 
5.根据上述权利要求2～4中任一项所述的光学测量装置(1)，其特征在于，在所述支座(8)的基部(14)中形成第一对齐装置(17)中的第一狭缝状凹陷部(16)，并且在相对于支座(8)固定接收透镜(10)的位置之前将用于进行对齐的第一接合元件(19)布置在第一凹陷部(16)之中，使其可以沿第一空间方向和/或沿与其垂直的第二空间方向直线移动。 
6.根据上述权利要求2～5中任一项所述的光学测量装置(1)，其特征在于，在支座(8)的侧壁(13)中形成第一对齐装置(17)中的第二狭缝状凹陷部(24)，并且在相对于支座(8)固定接收透镜(10)的位置之前将用于进行对齐的第二接合元件(20)布置在第二凹陷部(24)之中，使其可以沿第一空间方向和/或沿与此垂直的第二空间方向直线移动。 
7.根据上述权利要求中任一项所述的光学测量装置(1)，其特征在于，所述第二对齐装置(31)在支座(8)的支撑件(34)中具有可以从上方访问的第一狭缝状凹陷部(35)，在该凹陷部中可以插入与偏转镜(11)的上侧边(27)相连的第一保持腿(32)，其中在相对于支座(8)固定偏转镜(11)的位置之前，第一保持腿(32)可以相对于支撑件(34)沿第二空间方向直线移动。 
8.根据上述权利要求中任一项所述的光学测量装置(1)，其特征在于，第二对齐装置(31)在支座(8)的基部(14)中具有第二狭缝状凹陷部(37)，在该凹陷部中可以插入与偏转镜(11)的下侧边(28)相连的第二保持腿(36)，其中在相对于支座(8)固定偏转镜(11)的位置之前，第二保持腿(36)可以相对于支座(8)沿第二空间方向直线移动。 
9.根据上述权利要求中任一项所述的光学测量装置(1)，其特征在于，通过粘附邦定部将经过对齐装置(17，31)设置的接收透镜(10)相对于支座(8)的相对位置以及偏转镜(11)相对于支座(8)的相对位置固定。 
10.根据上述权利要求中任一项所述的光学测量装置(1)，其特征在于，所述偏转镜(11)呈梯形形状并且具有平面的设计。 
11.一种驾驶辅助装置，其具有上述权利要求中任一项所述的光学测量装置(1)。 
12.一种汽车(6)，其具有上述权利要求1～10中任一项所述的光学测量装置(1)，所述测量装置(1)设计用于检测汽车周围环境中的物体。 
13.根据权利要求12所述的汽车(6)，其特征在于，所述光学测量装置(1)具有至少布置在汽车(6)上的前部的子部件，所述子部件尤其是布置在散热器格栅(7)的区域之中。 
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