CN107250835B - 激光扫描仪，用于激光扫描仪的偏转镜装置，以及用于偏转镜装置的光学分离器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光扫描仪(2)的偏转镜装置(1)的光学分离器件(21)。本发明还涉及包括这种分离器件的偏转镜装置，且还涉及包括这种包括光学分离器件的偏转镜装置的激光扫描仪。光学分离器件(21)包括基本上刚性的分离壁(17)，以将偏转镜(15、16)的接收镜区域(19)与透射镜区域(18)分离，其中分离壁(17)具有直线边缘部分。分离器件(21)具有紧固腹板(23)，其布置在分离壁(17)的直线边缘部段(22)的两侧，用于紧固到镜支撑件(14)。根据本发明，为了实现用于激光扫描仪的偏转镜装置的无故障组装，可弹性变形的密封元件(25)沿着分离壁的直线边缘部段(22)布置。

Description

激光扫描仪，用于激光扫描仪的偏转镜装置，以及用于偏转镜 装置的光学分离器件

技术领域

根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种光学分离器件，其包括用于激光扫描仪的偏转镜装置的分离壁。根据权利要求6的前序部分，本发明还涉及一种用于激光扫描仪的偏转镜装置。根据权利要求8，本发明还涉及一种激光扫描仪，其包括这种偏转镜装置和光学分离器件。

背景技术

各种各样的驾驶辅助系统，即在某些驾驶情况下用于辅助驾驶员的电子辅助装置，越来越多地用于汽车行业。在这样做时，大量的驾驶员辅助系统考虑与机动车辆周围的区域中的对象相关的信息，该信息由光电检测装置提供。激光扫描仪通常用作光电检测装置，这些激光扫描仪根据飞行时间法进行操作，因此具有用于将激光脉冲发射到激光扫描仪周围的区域中的激光器，还具有用于反射光束的一个或多个光电接收器。这种基于激光的系统被称为“LIDAR(激光雷达)”(“光检测和测距”)。

在激光扫描仪中，发射的激光脉冲通过可枢转的反射镜装置偏转，使得激光扫描仪的视场在特定的扫描角度范围内被扫描。在这种情况下，偏转镜装置具有镜支撑件，其可以围绕旋转轴线被旋转地驱动，并支撑至少一个偏转镜。在这种情况下，对于每个扫描角度发射一个激光脉冲，由此视场被扫描。在相同的角幅中，通过激光扫描仪的光接收器接收反射光束。在这种情况下，光接收器具有至少一个检测器，例如光电二极管，其在反射光束被接收时产生电信号。如果评估装置识别光电检测器的接收信号中的回波，则原则上可以归因于来自周围区域中的目标对象的反射。回波的发射和接收之间的传播时间与距对象的距离成比例。根据传播时间的测量来确定激光扫描仪的相应的角幅的距离。

DE 10 2005 055 572 B4公开了一种扫描光学距离传感器，其包括作为光发射器的激光器、以及作为光接收器和偏转单元的至少一个检测器。偏转单元包括与光发射器相关联的第一反射镜，并将激光脉冲偏转到要测量的场景上。第二反射镜与接收器相关联，第二反射镜将由对象反向散射的激光脉冲偏转到至少一个检测器上。第一反射镜和第二反射镜布置在共同的可旋转轴线上，且由于其布置，允许发射器和接收器的光轴的特定应用距离。所述至少一个激光器和所述至少一个检测器与它们的整个电子系统一起直立布置，由此，第一反射镜(其与发射器相关联)和第二反射镜(其与接收器相关联)根据发射器和接收器的直立布置而一个定位在另一个上方。

为了避免包括偏转镜装置的激光扫描仪的光发射器和接收器之间的光短路，用于偏转镜装置的光学分离器件是已知的，这些光学分离器件具有基本上刚性的分离壁，以用于将偏转镜的接收镜区域与透射镜区域分离。当分离器件处于安装状态时，分离壁基本上垂直于镜支撑件的旋转轴线，且通过直线边缘部段接合在偏转镜之上。分离器件通过紧固腹板紧固到镜支撑件，紧固腹板布置在分离壁的直线边缘部段的两侧。分离器件通常旋拧到镜支撑件，使得分离壁被固定并将接收镜区域与透射镜区域光学分离。这防止了不期望的杂散光对光接收器产生影响。

系列产品中已知的一个现象是，一个系列的不同部件与标准或多或少地不相同。在这种情况下，通常由所涉及的部件的制造公差促进系列产品。然而，在激光扫描仪的系列产品的情况下，也可以于在公差范围内生产的情况下，在偏转镜与分离器件的内边缘之间形成间隙。由于该间隙，污染物可以在实际上被分离的反射镜区域之间通过。然而，特别是杂散光可以进入接收镜区域，从而导致激光扫描仪的故障。此外，以最大容许公差生产的分离器件只能以高接触压力装配到镜支撑件，这导致反射镜变形，从而导致在激光扫描仪的操作期间光束转向的劣化。

发明内容

本发明是基于实现用于激光扫描仪的偏转镜装置的无故障系列产品的目的。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的光学分离器件来实现。该目的还由根据权利要求6的包括这种分离器件的偏转镜装置来实现。该目的进一步由根据权利要求8的包括这种偏转镜装置和这种光学分离器件的激光扫描仪来实现。

根据本发明，可弹性变形的密封元件沿着内部边缘部段布置，该内部边缘部段即面向分离壁的偏转镜的边缘部段。密封元件以密封方式封闭分离壁的边缘与偏转镜的表面之间的间隙，而无论结合的部件的制造公差。在激光扫描仪的组装期间，分离器件在尺寸方面与产品相关的差异由密封元件的变形来补偿。当分离器件装配并按压到镜支撑件上时，在密封元件的可弹性变形的材料中产生对应于结合分离器件时施加的接触压力的恢复力。恢复力确保紧密的封闭。密封元件由不透明材料组成，以便防止杂散光通过。

在一个示例性实施例中，密封元件是沿着内边缘施用的组装泡沫，例如聚氨酯泡沫。在通过紧固腹板装配分离器件之后，泡沫珠优选地作为连续的泡沫珠施用到分离壁和偏转镜之间的间隙。

分离器件优选地在分离壁的边缘部段的区域中尺寸较小，即是说，被定尺寸为使得：考虑在分离器件的安装位置中的紧固腹板的紧固器件和所述紧固腹板的长度，在偏转镜的表面与接合在偏转镜之上的分离壁的直线边缘部段之间形成有意的间隙。这防止了偏转镜由分离壁导致的变形，其中密封元件封闭有意的间隙。

在本发明的优选的示例性实施例中，可弹性变形的密封元件是唇密封件的形式，其具有覆盖唇，当装配分离器件时，所述覆盖唇可以弹性地成角度。唇密封件的横截面具有紧固部段，该紧固部段紧固到分离壁或与偏转镜相对设置的边缘部段，唇密封件的横截面还具有从紧固部段向外突出的覆盖唇。根据本身已知的唇密封件的原理，覆盖唇具有相对于紧固部段的薄的截面，因此，覆盖唇可以在装配期间弹性地成角度。在装配期间，分离器件最初沿着平行于偏转镜的平面的方向定位，并以预定高度处按压到偏转镜上，直到紧固腹板与镜支撑件上的紧固容座重叠。在该过程中，覆盖唇是成角度的，并且由于可以成角度的覆盖唇的弹性恢复力，分离壁和偏转镜之间的间隙在整个长度上被机械地和光学地密封。

唇密封件有利地由弹性体组成，其永久地附接到分离器件，并且施加用于密封分离壁和偏转镜之间的间隙的恢复力。

在本发明的有利实施例中，唇密封件或形成唇密封件的材料注射模制到分离壁上或者所述分离壁的直线边缘部段上。

当唇密封件粘合到分离壁或所述分壁的内部边缘部段时，实现了根据本发明的用于偏转镜装置的分离器件的成本有效的生产。

在本发明的优选实施例中，唇密封件以互锁的方式连接到分离壁，结果是唇密封件永久地保持在分离壁上，并且防止唇密封件脱落。

用于激光扫描仪的偏转镜装置的特别有利的实施例包括两个偏转镜，这两个偏转镜在距旋转轴线的一径向距离处布置在镜支撑件的相反侧上。按照这种方式，可以在偏转镜装置的相同数量的旋转的情况下，以两倍的扫描速率来扫描视视场。特别地，当两个偏转镜处于相反的位置时，相应的分离器件可以以简单的方式装配。这两个偏转镜的分离器件位于相同的高度，其中分离器件的相应的紧固腹板也位于相同的高度并可以以简单的方式紧固到镜支撑件。在这种情况下，可以将两个分离器件紧固到公共容座，例如螺钉容座，其中紧固腹板的自由端彼此相邻。

根据本发明的用于偏转镜装置的该分离器件和配备有分离器件的偏转镜装置确保了激光扫描仪的系列产品而没有浪费，且从而确保了激光扫描仪的具有成本效益的生产。

附图说明

下面参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例，在附图中：

图1示出了偏转镜装置的示例性实施例的透视图；

图2示出了根据图1的偏转镜装置的截面图；

图3示出了包括激光扫描仪的机动车辆的平面图；

图4示出了包括偏转镜装置的激光扫描仪的透视图。

具体实施方式

图1和图2示出了用于激光扫描仪2(图4)的偏转镜装置1的示例性实施例的透视图。激光扫描仪2用于检测车辆3(图3)周围的区域中的对象。在图3所示的示例性实施例中，激光扫描仪2布置在机动车辆3的前部区域中，且从而检测机动车辆3前方的视场4。激光扫描仪2布置在机动车辆3的前部区域中，例如在散热器格栅后面或保险杠5上。在未示出的另外的示例性实施例中，激光扫描仪2布置在机动车辆3的侧面区域中，并利用其视场4检测机动车辆3旁边的对象。在另外的示例性实施例中，激光扫描仪2可以布置在机动车辆的后部区域中。

激光扫描仪2在外壳6中具有用于发射激光脉冲的光发射器7，其特别是激光器。光接收器8接收来自视场中的对象的反射，并具有一个或多个光电检测器9。接收器8及其检测器9布置在集成电路10中。当光束被接收时，光电检测器产生对应的电接收信号11，其被提供给评估电子系统12。

激光扫描仪2包括偏转镜装置1，偏转镜装置1包括镜支撑件14，镜支撑件14可以围绕旋转轴线13被旋转地驱动。镜支撑件14支撑两个偏转镜15、16，这两个偏转镜15、16与镜支撑件14一起可以围绕旋转轴线13旋转。偏转镜15、16在镜支撑件14的相反的侧上彼此平行，且在这种情况下，每个在距旋转轴线13一径向距离处。旋转轴线13平行于偏转镜15、16的平面。

分离壁17与每个偏转镜16相关联，分离壁17相对于旋转轴线13基本上径向地延伸，并将相应的偏转镜15、16分隔成透射镜区域18和接收镜区域19。偏转镜装置1被未示出的步进电机驱动，其中光发射器7发射激光脉冲，在偏转镜装置1的每个角幅中，激光脉冲由透射区域18在视场4中沿特定方向发射。按照这种方式，视场4(图3)被逐步地扫描。由对象反射的接收光束被通过接收光学系统20被接收镜区域19偏转到接收器8。

透射镜区域18相对于旋转轴线13的轴向方向与光发射器7等高布置。接收镜区域19与检测器8等高布置。因此，光发射器7和接收器8相对于偏转镜装置1的旋转轴线13而一个布置在另一个上方，使得仅通过接收镜区域19发射透射光束，且仅通过接收镜区域19将反射光束偏转到接收器8。激光扫描仪2根据飞行时间原理进行操作，其中直到光束被接收的时间被测量，并且如果在接收信号中存在回波，则会得出关于对象在视场4中的位置的结论。

径向分离壁17是分离器件21的组成部分，分离器件21为单独的部件，下面参考图1和图2对其进行更详细的解释。根据参考图4已经解释的设计，偏转镜装置1具有镜支撑件14，在镜支撑件14上，两个偏转镜15、16在镜支撑件14的相反侧上布置在距旋转轴线一径向距离处。分离壁17是分离器件21组成部分，分离器件21优选地为冲压零件。分离器件21具有包括直线边缘部段22的内边缘，当分离器件21处于所示的安装位置中时，直线边缘部段22接合在相应的偏转镜15之上。紧固腹板23凸出超出边缘部段21并在其自由端24处紧固到镜支撑件，紧固腹板23在边缘部段22的两侧形成在分离器件21上。在示出的示例性实施例中，分离器件21旋拧到镜支撑件14。

边缘部段22位于与紧固腹板23的自由端24相距这样的距离处，或位于与切割到紧固腹板23中的紧固孔25的位置相距这样的距离处，使得在分离器件21处于安装位置中时，边缘部段22靠近偏转镜15、16延伸。在分离器件的生产期间，制造公差被确定为使得在边缘部段22与相应的偏转镜15、16的表面之间留有窄的间隙。当分离器件21装配到偏转镜装置1时，这防止了偏转镜15、16在过高的接触压力下变形。

可弹性变形的密封元件沿着边缘部段22布置，其在偏转镜15、16的整个宽度上机械且光学地封闭分离器件21与偏转镜15、16之间的间隙。密封元件是唇密封件25的形式。唇密封件25的横截面具有紧固到分离壁17的紧固部段26，还具有覆盖唇27，覆盖唇27从紧固部段26向外突出且可以成角度。在这种情况下，覆盖唇27具有窄的设计，即是说，相对于直到可以成角度的端部的长度具有小的宽度，因此于在偏转镜15、16的平面中的相对运动的情况下可以弹性地成角度。覆盖唇27优选地由弹性体构成。在这种情况下，覆盖唇27可以保持在刚性紧固部段26上。在另外的示例性实施例中，整个唇密封件25、以及紧固部段26和覆盖唇27一起由可弹性变形的材料整体地制造。在有利的示例性实施例中，唇密封件25注射模制到分离壁17上或直线边缘部段22上，直线边缘部段22在边缘部段22的整个长度上形成在分离壁17上。作为替代，唇密封件25粘合到分离壁17。

在根据图2的示例性实施例中，唇密封件25以互锁的方式连接到分离壁17。

在示出的示例性实施例中，偏转镜15、16是连续的镜部分，其表面被分离器件21细分为接收镜区域19和透射镜区域18。在未示出的另外的示例性实施例中，偏转镜15、16由两个独立的镜部分构成，其一个在另一个上方地紧固到镜支撑件14且由分离器件21分离。换言之，分离器件21覆盖偏转镜15、16的两个镜表面之间的间隙。

Claims (7)

1.一种用于激光扫描仪(2)的偏转镜装置(1)的光学分离器件(21)，其包括刚性的分离壁，以用于将偏转镜(15，16)的接收镜区域(19)与透射镜区域(18)分离，其中，所述分离壁(17)具有直线边缘部段(22)，且所述分离器件(21)具有布置在所述边缘部段(22)的两侧的紧固腹板(23)，

其特征在于，

可弹性变形的密封元件(25)沿着所述边缘部段(22)布置，所述密封元件是唇密封件(25)的形式，且具有带有紧固部段(26)和覆盖唇(27)的横截面，所述紧固部段紧固到所述分离壁(17)，所述覆盖唇(27)从所述紧固部段(26)向外突出且能够弹性地成角度。

2.如权利要求1所述的分离器件，

其特征在于，

所述唇密封件(25)注射模制到所述分离壁(17)的边缘部段(22)上。

3.如权利要求1或2所述的分离器件，

其特征在于，

所述唇密封件(25)粘合到所述分离壁(17)的直线边缘部段(22)。

4.如权利要求1或2所述的分离器件，

其特征在于，

所述唇密封件(25)以互锁的方式连接到所述分离壁(17)。

5.一种用于激光扫描仪(2)的偏转镜装置(1)，其包括镜支撑件(14)，所述镜支撑件能够围绕旋转轴线(13)被旋转地驱动并支撑至少一个偏转镜(15，16)，且所述偏转镜装置(1)包括被保持在所述镜支撑件(14)上的分离器件(21)，所述分离器件(21)包括刚性的分离壁(17)，所述分离壁垂直于所述旋转轴线(13)并通过直线边缘部段(22)接合在所述偏转镜(15，16)之上，且将接收镜区域(19)与透射镜区域(18)分离，其中，所述分离器件(21)紧固到所述镜支撑件(14)，

其特征在于，

所述分离器件(21)通过可弹性变形的密封元件(25)承靠所述偏转镜(15，16)，所述可弹性变形的密封元件沿着所述直线边缘部段(22)布置在所述分离壁(17)上，所述密封元件是唇密封件(25)的形式，且具有带有紧固部段(26)和覆盖唇(27)的横截面，所述紧固部段紧固到所述分离壁(17)，所述覆盖唇(27)从所述紧固部段(26)向外突出且能够弹性地成角度。

6.如权利要求5所述的偏转镜装置，

其特征在于，

所述偏转镜装置(1)包括两个偏转镜(15，16)，所述两个偏转镜(15,16)在镜支撑件(14)的相反侧布置于距离所述旋转轴线(13)一径向距离处。

7.一种激光扫描仪，其包括如权利要求5或6所述的偏转镜装置(1)，以及如权利要求1至4中的一项所述的用于所述偏转镜装置的分离器件(21)。

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