CN109863423A - 用于光学检测设备的发射器装置、光学检测设备、机动车辆及方法 - Google Patents

用于光学检测设备的发射器装置、光学检测设备、机动车辆及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆(1)的光学检测设备(3)的发射器装置(8)，其设计成通过光束(10)扫描机动车辆(1)的周围区域(4)，并且其包括用于发射光束(10)的光源(13)和偏转单元(15)，其中，所述偏转单元(15)设计成使通过光源(13)以不同的扫描角(α)发射到偏转单元(15)上的光束(10)偏转，其中，所述偏转单元(15)包括自由形状镜子(19)。所述自由形状镜子(19)包括至少两个具有不同倾斜角度(21a、21b)的表面元件(20a、20b)并设计成反射光束(10)，以便以扫描角(α)的预定设定点值(‑α3、‑α2、‑α1、α0、+α1、+α2、+α3)产生发射器装置(8)的预定设定点视场(16)，所述设定点值对应于倾斜角度(21a、21b)。本发明还涉及一种光学检测设备(3)、一种包括至少一个光学检测设备(3)的机动车辆(1)以及一种产生用于机动车辆(1)的光学检测设备(3)的发射器装置(8)的设定点视场(16)的方法。

Description

用于光学检测设备的发射器装置、光学检测设备、机动车辆及 方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的光学检测设备的发射器装置，其设计用于通过光束扫描机动车辆的周围区域，并且包括用于发射光束的光源和偏转单元，其中偏转单元设计成将光源以不同扫描角α发射到偏转单元上的光束偏转到周围区域中。本发明还涉及一种用于机动车辆的光学检测设备、一种包括至少一个这种光学检测设备的机动车辆以及一种方法。
背景技术
在当前情况下，对用于机动车辆的光学检测设备特别是激光扫描器存在兴趣。这里已知借助于光学检测设备监测机动车辆的周围区域。借助于光学检测设备，可以检测机动车辆的周围区域中的物体，并且可以向机动车辆的驾驶员辅助系统提供关于检测到的物体的信息，例如物体相对于机动车辆的相对位置。基于该信息，驾驶员辅助系统可以例如启动措施以避免机动车辆与物体碰撞，例如在碰撞之前自动制动机动车辆。
在根据现有技术的激光扫描器中，光束例如激光束通常由激光扫描器的发射器装置发射到周围区域，并且通过改变发射激光束的扫描角或扫描方向来探测或扫描周围区域。一旦光束照射到周围区域中的物体上，光束的至少一部分就会在物体处被反射回激光扫描器。激光扫描器的接收器装置接收光束的反射部分并基于激光束的飞行时间或光束的发射和光束的反射部分的接收之间的持续时间来确定物体相对于机动车辆的距离。通过在发射光束期间扫描角的知识，还可以确定物体相对于机动车辆的定向或方向。然后可以根据定向和距离确定物体相对于机动车辆的相对位置。
为了改变扫描角，光束通常由发射器装置的偏转单元偏转。在这种情况下，偏转单元通常配置为可旋转或可枢转镜子，其在不同的扫描方向上反射光束，其中扫描方向通过可枢转镜子的枢转角度或定向来设定。在这种情况下，周围区域(光束被偏转到该周围区域中)中的角度范围形成发射器装置的视场。理想地，所述视场应该具有特别大的孔径角和特定的设定点形状。为了增加孔径角，入射在镜子上的光束和由镜子反射的光束之间通常存在一角度，即扫描方向。这可以具有以下效果：视场的实际形状偏离视场的设定点形状，也就是说发射器装置的视场失真。虽然可以通过软件借助于未使用的视场的特定区域来补偿微小的失真，但是根据现有技术的光学检测设备具有低效率和高损耗，因为这些区域仍被光束照射。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决方案，关于可以如何特别有效且低损耗地配置用于机动车辆的光学检测设备。
根据本发明，通过根据各个独立权利要求的发射器装置、光学检测设备、机动车辆及方法来实现该目的。本发明的有利实施例是从属权利要求、说明书和附图的主题。
根据用于机动车辆的光学检测设备的根据本发明的发射器装置的一个实施例，该发射器装置设计成借助于光束扫描机动车辆的周围区域。发射器装置可包括用于发射光束的光源和偏转单元，其中偏转单元设计成将通过光源以不同的扫描角发射到偏转单元上的光束偏转到周围区域中。特别地，偏转单元包括自由形状镜子(freeform mirror)，其中自由形状镜子包括至少两个具有不同倾斜角度的表面元件并设计成反射光束，以便以扫描角的预定设定点值产生发射器装置的预定设定点视场，所述设定点值对应于倾斜角度。
优选地，根据本发明的用于机动车辆的光学检测设备的发射器装置设计成借助于光束扫描机动车辆的周围区域。发射器装置包括用于发射光束的光源和偏转单元，其中偏转单元设计成将通过光源以不同的扫描角发射到偏转单元上的光束偏转到周围区域中。此外，偏转单元包括自由形状镜子，其中自由形状镜子包括至少两个具有不同倾斜角度的表面元件。自由形状镜子设计成反射光束，以便以扫描角的预定设定点值产生发射器装置的预定设定点视场，所述设定点值对应于倾斜角度。
借助于光学检测设备，其特别地配置为Lidar系统(Lidar-“光检测和测距”)或激光扫描器，通过检测物体或周围区域中的机动车辆的障碍物，可以监测机动车辆的周围区域。为此，光学检测设备包括发射器装置，该发射器装置包括用于产生光束的光源，特别是激光束。光源例如包括激光二极管形式的发射器元件，可以以特定入射角将激光束发射到偏转单元上，其中偏转单元使光束偏转从而以不同的扫描角提供扫描运动。这意味着，为了由发射器装置扫描周围区域，光束在不同的扫描方向上连续或顺序地偏转。换句话说，这意味着光束被发射到周围区域的扫描角逐步变化。在第一测量期间或在第一测量时刻，光束在第一扫描方向上反射，在随后的第二测量期间或在第二后续测量时刻，光束在第二扫描方向上反射等。作为以不同扫描角反射光束的结果，照亮机动车辆的周围区域中的角度范围，该角度范围形成发射器装置的视场，特别是光学检测设备的视场。在这种情况下，扫描角可被指定为扫描方向从预定方向(例如车辆的纵向方向)水平和/或垂直偏离的角度。借助于偏转单元，光束可以特别水平和垂直地偏转，使得周围区域以网格状方式扫描或扫掠，也就是说逐行或逐列扫描。
然后，为了产生具有预定设定点形状的预定设定点视场，预先确定各个扫描角设定点值，即设定点扫描角。优选地，通过垂直于发射器装置的主扫描方向的扫描角的设定点值产生的设定点视场的平面以矩形方式配置。设定点视场沿着主扫描方向从发射器装置开始加宽，因此具有金字塔形状。这意味着平行于金字塔底面的所有平面都以矩形方式配置。为了提供扫描角的设定点值，偏转单元包括自由形状镜子。在这种情况下，自由形状镜子是具有对光束反射或镜面反射的表面的光学元件，其中反射表面配置为自由形状表面。在这种情况下，自由形状表面具有至少两个带有不同定向或倾斜角度的表面元件。特别地，自由形状表面至少局部弯曲。由于不同的倾斜角度，对于偏转单元上的相同入射角，光束在反射之后在不同的扫描方向上偏转。
本发明基于这里的见解，即平面镜面，也就是说未配置为具有带有不同倾斜角度的表面元件的自由形状表面的表面，可以使发射器装置的视场失真，因为由平面表面提供的扫描角的实际值不对应于设定点值。因此，视场的实际形状偏离设定点形状。这种失真的实际形状可以例如通过垂直于主扫描方向的视场的扇形平面形成。通过选择表面元件的倾斜角度使得入射光束以对应于当前测量的相应设定点扫描角被反射，通过镜子的自由形状表面防止或补偿这种失真。特别地，为此目的，将用于以扫描角的相应设定点值反射光束的表面元件分配给扫描角的每个设定点值。这意味着为了产生扫描角的特定设定点值，也就是说为了使光束在预定的设定点扫描方向上偏转，光束在该表面元件处被反射，其倾斜角度可以导致光束在相应的设定点扫描方向上偏转。换句话说，为了提供特定的设定点扫描角，由光源发射的光束在相关的表面元件处被反射。
因此，自由形状表面可以确保可以充分利用照射的角度范围，并且可以确定且可靠地检测该范围内的物体。借助于发射器装置，因此可以实现用于机动车辆的特别有效且低损耗的光学检测设备。
根据本发明的一实施例，自由形状镜子以可枢转的方式安装，并且设计成以扫描角的预定设定点值根据自由形状镜子的枢转角度和表面元件的倾斜角度反射光束。根据该实施例，偏转单元尤其仅包括以可枢转或可旋转的方式安装的自由形状镜子。为了产生扫描运动，自由形状镜子的枢转角度特别逐步地变化，使得光束以对应于反射表面元件的枢转角度和倾斜角度的设定点扫描角被反射到周围区域中。根据该实施例，可以以相对于部件的特别低的费用提供扫描角的预定设定点值。
在另一优选实施例中，除了自由形状镜子之外，偏转单元还包括可枢转镜子，其设计成以扫描角的实际值反射由光源发射到可枢转镜子上的光束，所述实际值对应于可枢转镜子的枢转角度，其中为了产生设定点视场，自由形状镜子设计成补偿由可枢转镜子提供的实际值与扫描角的设定点值之间的偏差。特别地，自由形状镜子以不可移动的方式布置在可枢转镜子和周围区域之间的光路中，并且设计成以预定设定点值偏转或反射由可枢转镜子以扫描角的实际值反射到自由形状镜子上的光束。
根据该实施例，偏转单元因此包括可枢转镜子和自由形状镜子，其中光束首先通过光源以特定的入射角发射到可枢转镜子上。所述可枢转镜子以扫描角的特定实际值根据可枢转镜子的当前枢转角度或者当前位置反射光束。在这种情况下，特别是从扫描角的设定点值的特定幅度开始，由可枢转镜子提供的实际值可以偏离设定点值。在没有补偿该偏差的情况下，结果是发射器装置的实际视场相对于设定点视场失真。然而，这种失真可以有利地通过自由形状镜子来补偿。在这种情况下，自由形状镜子固定地或以不可移动的方式安装在发射器装置中，也就是说以不可旋转或不可枢转的方式安装。因此，光束首先通过光源发射到可枢转镜子上，所述可枢转镜子以不同的扫描角的实际值将光束反射到自由形状镜子上。对于那些偏离相关设定点值的扫描角的实际值，自由形状镜子可以改变光束的偏转。因此，发射器装置特别简单地配置，因为不需要对包括光源和可枢转镜子的发射器装置的基本结构进行改变。因此，自由形状镜子可以快速且简单地添加到发射器装置，以便补偿视场的失真。
在这种情况下，可以提供的是，可枢转镜子配置为具有平面表面的微镜致动器，并且由自由形状镜子的表面元件形成的自由形状镜子的表面配置成使得其至少局部地弯曲。配置为微镜致动器或MEMS镜子(MEMS-微机电系统)的可枢转镜子具有平面镜面反射表面。相反，自由形状镜子具有弯曲表面，其中表面的曲率确定成使得它补偿由MEMS镜子提供的实际值与扫描角的设定点值之间的偏差。
优选地，自由形状镜子的相应表面元件的倾斜角度根据可枢转镜子的枢转角度预定义。本发明基于这里的见解，实际视场相对于设定点视场的失真是由可枢转镜子引起的，特别是由可枢转镜子上的光束的入射方向与由可枢转镜子提供的扫描方向之间的角度引起的。在这种情况下，入射方向是光源将光束发射到可枢转镜上的方向。在这种情况下，失真的强度取决于可枢转镜子的相应枢转角度。特别是在由可枢转镜子的最大枢转角度产生的视场边缘处，可能发生失真，这可以通过自由形状镜子来补偿。
特别地，可枢转镜子具有特征传递函数，其根据可枢转镜子的枢转角度描述由可枢转镜子相对于设定点视场产生的实际视场的失真。自由形状镜子的表面元件的倾斜角度确定成使得自由形状镜子具有特征传递函数的逆。在这种情况下，基于垂直于发射器装置的主扫描方向的实际视场和设定点视场的平面的形状的偏差来确定失真。为了制造用于发射器装置的自由形状镜子，通过首先确定可枢转镜子的传递函数来确定表面元件的倾斜角度。为此目的，例如，可以检测由可枢转镜子产生的未补偿的实际视场。换句话说，确定其偏转单元不具有自由形状镜子的发射器装置的实际视场。特别地，在这种情况下确定垂直于发射器装置的主扫描方向的实际视场的平面的形状。实际视场的平面通常是扇形的，而设定点视场的平面是矩形的。可以借助于传递函数来描述设定点视场的形状与实际视场的形状之间的这种关系，该传递函数尤其取决于可枢转镜子的枢转角度。特别地，将视场的设定点形状转换成视场的实际形状的函数因此被确定为传递函数。换句话说，应用传递函数的视场的设定点形状产生视场的实际形状。通过传递函数的知识，可以确定自由形状镜子的表面轮廓，使得通过布置在偏转单元中的自由形状镜子反转传递函数，从而补偿失真。应用逆传递函数的视场的实际形状因此产生视场的设定点形状。通过确定传递函数和逆传递函数，自由形状镜子因此可以有利地理想地适于可枢转镜子并且因此可以产生设定点视场。
如果光源包括至少两个可单独驱动的发射器元件以便提供扫描角的设定点值，则证明是有利的。光源可以包括例如至少两个激光二极管或LED形式的发射器元件，它们是可单独驱动的。例如，对于第一值范围的扫描角的设定点值，可以驱动第一发射器元件以发射光束，并且对于第二值范围的扫描角的设定点值，可以驱动第二发射器元件以发射光束。在这种情况下，发射器元件沿不同方向发射光束，其中第一方向被分配光束在可枢转镜子上的第一入射角，第二方向被分配光束在可枢转镜子上的第二入射角。通过当前发射的相应发射器元件，因此可以影响光束在可枢转镜子上的入射角，从而至少减小扫描角的设定点值与实际值之间的偏差，所述偏差是由可枢转镜子引起的，已经在光束发射期间。
特别地，在这种情况下，光源包括发射器元件的矩阵布置，其中对于每个扫描角，驱动具有矩阵布置中的特定位置的特定数量的发射器元件以用于发射光束。可以预先确定发射器元件的驱动策略，其包括发射器元件的数量和位置，例如使得用于光源的发射器元件的所述驱动策略同样提供以可枢转的方式安装的镜子的传递函数的逆。发射器元件的驱动可以例如通过光学检测设备的控制装置来执行。
此外，可以规定，用于提供扫描角的设定点值的发射器装置还包括具有自由表面的透镜元件，用于将由偏转单元偏转的光束透射到周围区域中，其中透镜元件设计成用于补偿由偏转单元产生的实际值与扫描角的设定点值的偏差。这意味着发射器装置另外包括具有自由形状表面的透镜元件，即自由形状透镜，其布置在偏转单元和周围区域之间的光路中。这意味着在发射到周围区域之前，由偏转单元反射的光束穿过透镜元件，该透镜元件对由自由形状镜子反射的光束是光学透明的。在这种情况下，透镜元件同样包括自由形状表面，其表面元件具有不同的倾斜角度，并且通过该自由形状表面可以设定光束的偏转，即扫描角。如果实际值不对应于扫描角的设定点值，则其表面至少局部弯曲的自由形状透镜可以在透射期间改变扫描角的值。例如，如果实际值与设定点值之间的偏差不能由自由形状镜子完全补偿，则可能发生这种情况。借助于自由形状透镜，发射器装置的视场因此可以有利地同样被整流。
本发明还涉及一种用于机动车辆的光学检测设备，特别是激光扫描器，用于监测机动车辆的周围区域，包括根据本发明的发射器装置或者根据本发明的发射器装置的实施例以及接收器装置。接收器装置设计成接收在周围区域中的物体处反射的光束的部分，并且基于光束的发射和光束的反射部分的接收之间的持续时间来确定物体与机动车辆之间的距离。
根据本发明的机动车辆包括至少一个光学检测设备。机动车辆尤其构造为汽车。物体的距离即由检测设备检测到的所述距离可以例如提供给机动车辆的驾驶员辅助系统的控制装置，该控制装置例如能够至少半自动驾驶机动车辆。例如，如果检测装置检测到物体与机动车辆之间的距离低于预定距离阈值时，机动车辆可以由控制装置自动制动。
本发明还涉及一种用于产生机动车辆的光学检测设备的发射器装置的设定点视场的方法。根据该方法的一实施例，为发射器装置提供用于发射光束的光源和偏转单元，其中由光源发射到偏转单元上的光束可以通过偏转单元以不同的扫描角偏转。特别地，为偏转单元提供自由形状镜子，其中自由形状镜子具有至少两个带有不同倾斜角度的表面元件，并且为了产生发射器装置的设定点视场，光束以扫描角的预定设定点值反射到周围区域中，所述设定点值对应于倾斜角度。
优选地，该方法包括为发射器装置提供用于发射光束的光源和偏转单元，其中由光源发射到偏转单元上的光束通过偏转单元以不同的扫描角偏转。此外，为偏转单元提供自由形状镜子，其中自由形状镜子具有至少两个带有不同倾斜角度的表面元件，并且为了产生发射器装置的设定点视场，光束沿着扫描角的预定设定点值反射到周围区域中，所述设定点值对应于倾斜角度。
特别地，发射器装置具有偏转单元，该偏转单元包括可枢转镜子和自由形状镜子。确定表面元件的倾斜角度涉及确定可枢转镜子的传递函数，其描述了发射器装置的实际视场的形状与设定点视场的形状的偏差。在这种情况下，确定并产生自由形状镜子的表面元件的倾斜角度，使得由自由形状镜子提供传递函数的逆。
关于根据本发明的发射器装置呈现的优选实施例及其优点相应地适用于根据本发明的光学检测设备、根据本发明的机动车辆以及根据本发明的方法。
根据权利要求、附图及附图的描述，本发明的其他特征是显而易见的。以上在说明书中提及的特征和特征组合以及下面在附图的描述中和/或在附图中示出的特征和特征组合不仅可以在分别指示的组合中使用，而且可以在其他组合中或单独地使用而不脱离本发明的范围。因此，本发明还应该被认为包含和公开了未在附图中明确示出和解释的实施例，而是出现并且可以通过与所解释的实施例分开的特征组合来产生。因此，也应该认为公开了不具有最初配制的独立权利要求的所有特征的实施例和特征组合。此外，特别是借助于上述实施例，应该认为公开了超出或偏离权利要求的从属参考中所述的特征组合的实施例和特征组合。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明的机动车辆的一个实施例的示意图；
图2示出了根据现有技术的光学检测设备的发射器装置的示意图；
图3示出了根据图2的发射器装置的实际视场的示意图；
图4示出了根据图3的实际视场与设定点视场之间的关系的示意图；
图5示出了根据本发明的光学检测设备的一个实施例的发射器装置的示意图；
图6示出了自由形状镜子的示意图；
图7示出了自由形状镜子的表面轮廓的示意图；
图8示出了自由形状镜子的另一表面轮廓的示意图；以及
图9示出了根据本发明的光学检测设备的一个实施例的示意图。
在附图中，相同及功能相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的机动车辆1。在当前情况下，机动车辆1配置为汽车。机动车辆1包括驾驶员辅助系统2，其设计成帮助机动车辆1的驾驶员驾驶机动车辆1。驾驶员辅助系统2包括至少一个光学检测设备3，其设计用于监测机动车辆1的周围区域4。特别地，借助于检测设备3，可以检测机动车辆1的周围区域4中的物体O的距离和定向，并且例如提供给驾驶员辅助系统的控制装置5。控制装置5可以自动制动机动车辆1以避免碰撞，例如如果物体O的距离低于预定阈值。在当前情况下，驾驶员辅助系统2包括两个检测设备3，其中第一检测设备3布置在机动车辆1的前部区域6中并且用于监测机动车辆1前方的周围区域4，第二检测设备3布置在机动车辆1的后部区域7中并且用于监测机动车辆1后面的周围区域4。还可以设置其他检测设备3，例如在机动车辆1的侧部区域中。
在当前情况下，光学检测设备3配置为激光扫描器并且包括发射器装置8以及接收器装置9。发射器装置8将光束10发射到周围区域4中并且接收器装置9接收光束10的在物体O处反射的部分11。接收器装置9可以基于光束10的发射和光束10的反射部分11的接收之间的飞行时间来检测物体O的距离。在此，光束10以不同的扫描角α连续地或逐步地偏转。结果，借助于光束10以网格状方式扫描周围区域4。图1示出了在由车辆的纵向方向L和车辆的横向方向Q跨越的水平平面中的扫描角α的水平分量。扫描角α的水平分量和在由车辆的纵向方向L和车辆的垂直方向跨越的平面中的扫描角α的垂直分量(这里未示出)对于发射器装置8是已知的，因此物体O相对于机动车辆1的定向或方向也是已知的。借助于沿不同扫描方向定向的光束10照射的周围区域4中的角度范围12形成发射器装置8的视场。
图2示出了根据现有技术的发射器装置8'。发射器装置8'包括设计用于发射光束10的光源13'。此外，发射器装置8'包括准直器14，其聚焦光束10。聚焦的光束10发射到包括可枢转镜子18的偏转单元15'上，可枢转镜子18在此配置为微镜致动器或MEMS镜子。可枢转镜子18用于将光束10以不同的扫描角α反射到周围区域4中。为了产生具有特别大的孔径角(例如150℃)的视场，在光束10的入射方向(其在这里沿z方向定向)与扫描方向(其在这里沿y方向定向)之间存在角度差β：这里的角度β例如是90°。
根据现有技术的发射器装置8'产生实际视场16'，其在图3中示出。实际视场16'具有实际形状P'并且在这种情况下配置成扇形。这里，图3示出了用于扫描角α的各个设定点值-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3的照明条17。每个照明条17表征扫描角α的实际值-α3'、-α2'、-α1'、α0'、+α1'、+α2'、+α3'，并且对应于在相应测量时刻由目标面(目标)上的光束10照射的柱，其中为每个测量时刻分配扫描角α的设定点值-α3到+α3，光束10旨在在所述测量时刻以该扫描角α发射。理想地，也就是说如果由偏转单元15提供的实际值-α3'至+α3'实际上对应于设定点值-α3至+α3，则照明条17垂直定向，因此形成具有矩形设定点形状P(参见图4)的设定点视场16。然而，显而易见的是，特别是以扫描角-α3和+α3形成视场16'的边缘的外部照明条17不是垂直定向的，结果是扇形实际视场16'相对于设定点视场16失真。因此，随着扫描角α的增加，视场16'的失真也增加。
图4示出了设定点视场16的设定点形状P与实际视场16'的实际形状P'之间的关系。在这种情况下，根据公式P*TF＝P'，实际视场16'的实际形状P'借助于传递函数TF与设定点视场16的设定点形状P耦合。在这种情况下，传递函数TF描述了实际视场16'相对于设定点视场16的失真，或者扫描角α的实际值-α3'至+α3'与扫描角α的设定点值-α3至+α3的偏差，该偏差是由可枢转镜子18引起的。
为了现在将实际视场16'转换为设定点视场16，确定逆传递函数RTF，使得公式P*(TF*RTF)＝P或P'*RTF＝P成立。为了提供逆传递函数RTF，为光学检测设备3提供如图5所示的发射器装置8。除了光源13之外，这里发射器装置8包括例如至少一个发射器元件，其形式为激光二极管，并且除了准直器14之外，还有偏转单元15，其在当前情况下包括除可枢转镜18之外的自由形状镜子19。由光源13产生的光束10首先发射到可枢转镜子18上，其将光束10反射到自由形状镜子19的镜面反射表面20上。自由形状镜子19设计成将光束10反射到周围区域4中，从而得到具有设定点形状P的设定点视场16。自由形状镜子19的面向可枢转镜子18的表面20在此凹入地弯曲。因此，在自由形状镜子19的情况下，表面元件20a、20b具有不同的倾斜角度21a、21b。在这种情况下，每个倾斜角度21a、21b被分配扫描角α的设定点值-α3至+α3，使得相应的表面元件20a、20b以扫描角α的指定设定点值-α3至+α3反射光束10，因此补偿扫描角α的实际值-α3'至+α3'与扫描角α的设定点值-α3至+α3之间的偏差。所述自由形状镜子19具有逆传递函数RTF。换句话说，逆传递函数RTF通过自由形状镜子19的表面元件20a、20b的倾斜角度21a、21b实现。根据可枢转镜子18的枢转角度且因此根据要提供的扫描角α的相应设定点值-α3至+α3来确定表面元件20a、20b的倾斜角度21a、21b。
图6示例性地示出了自由形状镜子19的镜面反射表面20如何对物体例如笔22成像。自由形状镜子19的表面20上的笔22的成像23因为入射在自由形状镜子19的表面20上的光由于表面20的曲率被反射在不同的方向上而失真。
图7和图8示出了自由形状镜子19的镜面反射表面20的不同表面轮廓24、25。根据图7的表面轮廓24例如根据球体的一段表面成形。根据图8的表面轮廓25具有带有不同曲率标记的区域，即具有正曲率的区域和具有负曲率的区域。这里的表面轮廓25具有近似鞍形的形状。
在这种情况下，在确定传递函数TF之后，确定表面20，使得通过所述表面的表面轮廓24、25实现逆传递函数RTF。因此，其视场16具有矩形设定点形状P的发射器装置8可以通过自由形状镜子19实现。
图9示出了配置为激光扫描器的光学检测设备3的一个实施例。光学检测设备3包括围绕发射器装置8和接收器装置9的壳体26。壳体25的前侧27在这里具有带有自由形状表面29的透镜元件28，在光学检测设备3安装在机动车辆1上的状态下，所述前侧面向周围区域4。透镜元件28的自由形状表面29的表面元件29a、29b在这里具有不同的倾斜角度30a、30b。在这种情况下，每个倾斜角度30a、30b同样可被分配扫描角α的设定点值-α3至+α3，使得相应的表面元件30a、30b将由偏转单元15反射的光束10透射到周围区域4中，使得在实际值-α3'至+α3与扫描角α的设定点值-α3至+α3之间的未被自由形状镜子19完全补偿的偏差特别是在透射过程中得到完全补偿。表面元件29a、29b的倾斜角度30a、30b例如同样根据可枢转镜子18的枢转角度且因此根据要提供的扫描角α的相应设定点值-α3至+α3来确定。
这里，光束10从发射器装置8(其布置在壳体26的内部)通过自由形状透镜28透射到周围区域4中，并且光束10的在周围区域4中反射的部分11从周围区域4传输到布置在壳体26的内部的接收器装置9。这里，壳体26在侧面区域31中还具有电连接元件32和用于将光学检测设备3固定到机动车辆1上的固定元件33。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆(1)的光学检测设备(3)的发射器装置(8)，其设计成通过光束(10)扫描机动车辆(1)的周围区域(4)，并且其包括用于发射光束(10)的光源(13)和偏转单元(15)，其中，所述偏转单元(15)设计成使由光源(13)以不同的扫描角(α)发射到偏转单元(15)上的光束(10)偏转，
其特征在于，
所述偏转单元(15)包括自由形状镜子(19)，其中，所述自由形状镜子(19)包括至少两个具有不同倾斜角度(21a、21b)的表面元件(20a、20b)并设计成反射光束(10)，以便以扫描角(α)的预定设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)产生发射器装置(8)的预定设定点视场(16)，所述设定点值对应于倾斜角度(21a、21b)。
2.根据权利要求1所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
扫描角(α)的每个设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)被分配表面元件(20a、20b)，所述表面元件(20a、20b)用于以扫描角(α)的相应设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)反射光束(10)。
3.根据权利要求1或2所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
所述自由形状镜子(19)以可枢转的方式安装，并且设计成以扫描角(α)的预定设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)根据自由形状镜子(19)的枢转角度和表面元件(20a、20b)的倾斜角度(21a、21b)反射光束(10)。
4.根据权利要求1或2所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
除了自由形状镜子(19)之外，所述偏转单元(15)还包括可枢转镜子(18)，其设计成以扫描角(α)的实际值(-α3'、-α2'、-α1'、α0'、+α1'、+α2'、+α3')反射由光源(13)发射到可枢转镜子(18)上的光束(10)，所述实际值对应于可枢转镜子(18)的枢转角度，其中，为了产生设定点视场(16)，所述自由形状镜子(19)设计成补偿由可枢转镜子(18)提供的实际值(-α3'、-α2'、-α1'、α0'、+α1'、+α2'、+α3')与扫描角(α)的设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)之间的偏差。
5.根据权利要求4所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
所述自由形状镜子(19)以不可移动的方式布置在可枢转镜子(18)和周围区域(4)之间的光路中，并且设计成以扫描角(α)的预定设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)反射由可枢转镜子(18)以实际值(-α3'、-α2'、-α1'、α0'、+α1'、+α2'、+α3')反射到自由形状镜子(19)上的光束(10)。
6.根据权利要求4或5所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
所述可枢转镜子(18)配置为具有平面表面的微镜致动器，并且由自由形状镜子(19)的表面元件(20a、20b)形成的自由形状镜子(19)的表面(20)配置使其至少局部弯曲。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
所述自由形状镜子(19)的各个表面元件(20a、20b)的倾斜角度(21a、21b)根据可枢转镜子(18)的枢转角度预定义。
8.根据权利要求7所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
所述可枢转镜子(18)具有特征传递函数(TF)，其根据可枢转镜子(18)的枢转角度描述由可枢转镜子(18)相对于设定点视场(16)产生的实际视场(16')的失真，并且所述自由形状镜子(19)的表面元件(20a、20b)的倾斜角度(21a、21b)确定成使得自由形状镜子(19)具有特征传递函数(RTF)的逆。
9.根据权利要求8所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
基于垂直于发射器装置(8)的主扫描方向的实际视场(16')和设定点视场(16)的平面的形状(P、P')的偏差来确定失真。
10.根据前述权利要求中任一项所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
所述光源(13)包括至少两个可单独驱动的发射器元件，以便提供扫描角(α)的设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
所述发射器装置(8)还包括具有自由形状表面(29)的透镜元件(28)，用于将由偏转单元(15)偏转的光束(10)透射到周围区域(4)中，其中，所述透镜元件(28)设计成用于补偿由偏转单元(15)产生的实际值与扫描角(α)的设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)的偏差。
12.根据前述权利要求中任一项所述的发射器装置(8)，
其特征在于，
垂直于发射器装置(8)的主扫描方向的通过扫描角(α)的设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)产生的设定点视场(16)的平面以矩形方式配置。
13.一种用于机动车辆(1)的光学检测设备(3)，特别是激光扫描器，用于监测机动车辆(1)的周围区域(4)，包括根据前述权利要求中任一项所述的发射器装置(8)和接收器装置(9)，其中，所述接收器装置(9)设计成接收在周围区域(4)中的物体(O)处反射的光束(10)的部分(11)，并且基于光束(10)的发射和光束(10)的反射部分(11)的接收之间的持续时间来确定物体(O)与机动车辆(1)之间的距离。
14.一种包括至少一个根据权利要求13所述的光学检测设备(3)的机动车辆(1)。
15.一种用于为机动车辆(1)的光学检测设备(3)的发射器装置(8)产生设定点视场(16)的方法，其中，用于发射光束(10)的光源(13)和偏转单元(15)被提供用于发射器装置(8)，其中，由光源(13)发射到偏转单元(15)上的光束(10)通过偏转单元(15)以不同的扫描角(α)偏转，
其特征在于，
为所述偏转单元(15)提供自由形状镜子(19)，其中，所述自由形状镜子(19)具有至少两个带有不同倾斜角度(21a、21b)的表面元件(20a、20b)，并且为了产生发射器装置(8)的设定点视场(16)，光束(10)以扫描角(α)的预定设定点值(-α3、-α2、-α1、α0、+α1、+α2、+α3)反射，所述设定点值对应于倾斜角度(21a、21b)。
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