CN113597564A - 用于捕获物体的光学测量设备的光信号重定向装置的位置捕获装置、光信号重定向装置、测量设备和操作位置捕获装置的方法 - Google Patents

用于捕获物体的光学测量设备的光信号重定向装置的位置捕获装置、光信号重定向装置、测量设备和操作位置捕获装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在监控区域(16)中捕获物体(18)的光学测量设备(12)的光信号重定向装置(34，40)的位置捕获装置(60)、一种光信号重定向装置(34，40)、一种光学测量设备(12)和一种操作位置捕获装置(60)的方法。所述位置捕获装置(60)被设计用于提供对应于光信号重定向装置(34，40)的至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的至少一个位置信号(68)。所述至少一个重定向区域(42a，42b)用于重定向至少一个光信号(20，22)，并且可以在至少一个旋转方向(48)上相对于枢轴(46)至少以部分圆周的方式旋转。所述位置捕获装置(60)具有至少一个位置区域(62)，所述位置区域以使得所述至少一个位置区域(62)能够与至少一个重定向区域(42a，42b)一起旋转的方式机械地联接到光信号重定向装置(34，40)的至少一个重定向区域(42a，42b)。所述至少一个位置区域(62)被设计为提供对应于至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的至少一个位置信号(68)。所述至少一个位置区域(62)具有至少一个衍射结构(63)，其被设计成使得光信号(20)可以根据它们在所述至少一个位置区域(62)上的入射(52，53)而被成形为形成位置光信号(68)。

Description

用于捕获物体的光学测量设备的光信号重定向装置的位置捕 获装置、光信号重定向装置、测量设备和操作位置捕获装置的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于捕获监控区域中的物体的光学测量设备的光信号重定向装置的位置捕获装置，其设计用于提供对应于光信号重定向装置的至少一个重定向区域的偏转的至少一个位置信号，其中，所述至少一个重定向区域用于重定向至少一个光信号，并且可以在至少一个旋转方向上相对于至少一个枢轴至少以部分圆周的方式旋转。
本发明还涉及一种用于捕获监控区域中的物体的光学测量设备的光信号重定向装置，其中，该光信号重定向装置具有：
-至少一个重定向区域，其用于重定向至少一个光信号，并且可以在至少一个旋转方向上相对于枢轴至少以部分圆周的方式旋转，和
-至少一个位置捕获装置，利用该位置捕获装置，可以提供对应于至少一个重定向区域的偏转的至少一个位置信号。
本发明还涉及一种用于捕获监控区域中的物体的光学测量设备，其具有
-至少一个传输装置，用于将光信号传输到监控区域，
-至少一个接收装置，通过该接收装置可以接收可能存在于监控区域的物体反射的光信号，
-至少一个光信号重定向装置，其具有用于重定向光信号的至少一个重定向区域，
-至少一个位置捕获装置，其被设计用于提供对应于光信号重定向装置的至少一个重定向区域的偏转的至少一个位置信号，
-至少一个控制和评估装置，通过该控制和评估装置可以控制所述至少一个传输装置、至少一个接收装置和至少一个光信号重定向装置，并且可以通过该控制和评估装置评估接收到的光信号和位置信号。
本发明还涉及一种用于操作用于捕获监控区域中的物体的光学测量设备的光信号重定向装置的位置捕获装置的方法，其中提供了对应于光信号重定向装置的至少一个重定向区域的偏转的至少一个位置信号，其中至少一个重定向区域至少以部分圆周的方式相对于至少一个枢轴在至少一个旋转方向上旋转，并且至少一个光信号被至少一个重定向区域重定向。
背景技术
DE102015219447A1公开了一种用于使来自激光源的光束转向的微镜装置，其具有可偏转的微镜和位置检测器，其被设计为提供对应于微镜的偏转的位置信号。
本发明的目的是设计一种在介绍部分中提到的类型的位置捕获装置、一种光信号重定向装置、一种光学测量设备和一种方法，其中，可以更简单和/或准确地捕获和/或确定光信号重定向装置的至少一个重定向区域的偏转。
发明内容
该目的通过根据本发明的位置捕获装置实现，其中：
-位置捕获装置具有至少一个位置区域，该位置区域以使得该至少一个位置区域能够与至少一个重定向区域一起旋转的方式机械地联接到光信号重定向装置的至少一个重定向区域，
-至少一个位置区域被设计为提供对应于至少一个重定向区域的偏转的至少一个位置信号，以及
-至少一个位置区域具有至少一个衍射结构，其被设计成使得光信号可以根据它们在至少一个位置区域上的入射而被成形为形成位置光信号。
根据本发明，至少一种衍射结构用于成形在至少一个位置区域上入射的光信号，以形成位置光信号。可以从位置光信号中确定至少一个重定向区域的偏转。以此方式，可以更好地、特别是更准确且更快地捕获至少一个重定向区域的偏转。使用根据本发明的位置捕获装置，可以以很高的精度捕获至少一个重定向区域的偏转。此外，可以独立于至少一个重定向区域的摆动频率或旋转速度来确定偏转。通过偏转的反馈可以实时发生。因此，可以改进光学测量设备的闭环控制。
衍射结构可以很容易地实现和管理。与从现有技术已知的位置检测器相比，可以减少任何调整方面的费用。可以额外降低光信号质量方面的要求。此外，可以单独调整衍射结构以实现所需的光信号成形。
众所周知，衍射结构是光束、特别是激光束可以在其处成形的结构。这是通过光栅衍射的形式实现的。在这种情况下，可以单独设计衍射结构。它们可以以使得入射光束根据衍射结构上的入射角和/或入射点相应地成形的方式来实施。衍射结构可以在透射和/或反射中操作。
本发明可以用于实现用于光学测量设备的光信号重定向装置，该光学测量设备具有持久且免维护的位置捕获装置。此外，位置捕获装置可以以简单且紧凑的方式设计。因此可以在不需要复杂的光学设计的情况下实现高灵活性。
有利地，可以使用至少一个驱动装置来驱动所述至少一个重定向区域旋转或摆动。在本发明的含义内，至少一个重定向区域围绕枢轴的摆动是部分圆周旋转，在旋转期间，当达到相应的转折点时，旋转方向反转。至少一个位置区域以使得至少一个位置区域能够与至少一个重定向区域一起旋转的方式机械地联接到至少一个重定向区域。
随着至少一个重定向区域旋转，用于位置捕获的光信号在至少一个位置区域上的入射发生变化。入射的特征在于光信号在至少一个位置区域上的入射角和入射点。要改变入射，可以改变入射角或入射点，或者两者都改变。
有利地，入射在至少一个位置区域上的至少一个光信号可以以光脉冲的形式实现。可以确定(特别是测量)光脉冲的开始和结束。
有利地，光信号重定向装置可以设计为具有至少一个能够绕枢轴旋转或枢转的微镜的微镜装置。微镜的镜面在此形成用于重定向至少一个光信号的重定向区域。替代地，光信号重定向装置可以具有至少一个衍射结构作为重定向区域。所述至少一个衍射结构可以布置在基板上，该基板本身能够围绕枢轴旋转或枢转。以此方式，重定向区域的至少一个衍射结构是可旋转或可枢转的。至少一个位置区域可以对应地布置于至少一个微镜或至少一个基板上。以这种方式，至少一个位置区域可以与相应的重定向区域、特别是镜面或另一衍射结构一起旋转或枢转。
光学测量设备也可以有利地根据飞行时间方法，特别是光脉冲飞行时间方法操作。根据光脉冲飞行时间方法操作的光学测量设备可以设计并称为飞行时间系统(TOF)、光探测和测距系统(LiDAR)、激光探测和测距系统(LaDAR)等。此处，测量从使用传输装置发射光信号到使用测量设备的对应接收装置接收到对应反射光信号的飞行时间，并且由此确定测量设备和被检测物体之间的距离。
有利地，光学测量设备可以设计为扫描系统。在这种情况下，可以用光信号对监控区域进行采样，即扫描。为此，对应的光信号的光束方向可以说是在监控区域上扫过。在这种情况下，使用至少一个光信号重定向装置。
有利地，光学测量设备可以设计为基于激光的距离测量系统。基于激光的距离测量系统可以具有作为发射器光源的至少一个激光器，尤其是二极管激光器。至少一个激光器可以用于传输特别是脉冲激光信号作为光信号。激光可用于在人眼可见或不可见的频率范围内发射光信号。相应地，至少一个接收装置可以具有针对发射光的频率设计的检测器，特别是(雪崩)光电二极管、二极管阵列、CCD阵列等。基于激光的距离测量系统可以有利地是激光扫描仪。可以使用激光扫描仪以特别是脉冲激光信号扫描监控区域。
本发明可以有利地用于车辆，特别是机动车辆。本发明可以有利地用于陆地上的车辆，特别是客车、卡车、公共汽车、摩托车等，以及飞机和/或船只。本发明还可以用于能够自主或至少部分自主地运行的车辆中。本发明也可以用于固定式测量设备。
测量设备可以用于捕获站立的或移动的物体，特别是车辆、人、动物、障碍物、道路不平整度、特别是坑洼或岩石、道路边界、空闲空间、特别是空闲停车位等。
有利地，光学测量设备可以是车辆的驾驶员辅助系统和/或底盘控制系统的一部分或与其连接。利用光学测量设备确定的信息可以用于控制车辆的功能部件。功能部件可以用于控制特别是车辆的驾驶功能、特别是转向、制动系统和/或马达和/或信号装置。例如，如果使用光学测量设备检测到物体，则相应的功能部件可以用于使车辆转向和/或改变其速度，特别是使其停止和/或输出至少一个信号。
在一个有利的实施例中，至少一个衍射结构可以设计为衍射光学元件。衍射光学元件(DoE)可以单独制造并适应相应的要求。衍射光学元件可以用于实现光信号的有针对性且可单独规定的成形。
在另一有利的实施例中，至少一个位置区域可以对光信号具有透射作用和/或至少一个位置区域可以对光信号具有反射作用。
有利地，位置捕获装置可以具有对光信号具有透射作用的位置区域或对光信号具有反射作用的位置区域。
替代地，位置捕获装置可以具有至少一个透光的位置区域以及至少一个反射的位置区域。
可透射光信号的位置区域的优点在于，用于产生入射在至少一个位置区域上的光信号的光源可以布置在所述至少一个位置区域的与用于接收位置光信号的位置检测器相对的一侧。因此，没有被光源遮挡的区域。
反射位置区域的优点在于，它们可以辐射到后方空间中，至少一个光源可以位于该后方空间中。
在另一有利实施例中，至少一个位置区域可以在至少一个基板中、在至少一个基板处和/或在至少一个基板上实现。基板可以用于增加机械稳定性。此外，基板可用作机械保持器。例如，基板可以特别地安装在至少一个对应的枢轴上，它可以围绕该枢轴旋转。
有利地，基板可以透射光信号。这样，至少一个位置区域也可以布置在基板的光出射侧上。
基板可以有利地由玻璃、塑料等制成，相应的衍射结构可以通过涂覆或去除，特别是蚀刻等来实现。
有利地，至少一个基板可以以薄层的形式实施。
有利地，至少一个位置区域可以布置在基板的光入射侧和/或至少一个位置区域可以布置在基板的光出射侧。
使用光入射侧的位置区域，可以在光信号进入基板之前对光信号进行相应的成形。
使用光出射侧上的位置区域，可以在光信号离开基板时对其进行成形。
在另一有利实施例中，位置捕获装置可以具有或使用至少一个光源，利用该光源可以产生可以至少部分地传输到至少一个位置区域上的光信号。以此方式，光信号可以有针对性地传输到至少一个位置区域上。
有利地，位置捕获装置可以使用光学测量设备的传输装置的发射器光源作为光源。以此方式，可以使用已经存在的发射器光源。
有利地，发射器光源的光束尤其可以通过至少一个光学系统来分离或扩展。以此方式，可以将一部分光束传输到监控区域中，而将另一部分光束传输到至少一个位置区域上。来自发射器光源的光束的分离或扩展可以借助于至少一个光学系统、特别是至少一个光学透镜来实现。
替代地或附加地，位置捕获装置可以有利地具有其自己的光源。以此方式，位置捕获装置可以独立于传输装置操作。
有利地，至少一个光源可以具有至少一个激光器。可以使用激光有针对性地发送光脉冲。至少一个光源可以由至少一个激光器组成。替代地，至少一个激光器可以是至少一个光源的一部分。
有利地，至少一个光源可以具有至少一个表面发射器(VCSEL)、边缘发射器、光纤激光器、二极管激光器或不同类型的激光器，特别是半导体激光器。这种光源可以以简单且紧凑的方式实现。
有利地，位置捕获装置可以具有或使用至少一个光学系统，该光学系统布置在至少一个光源和至少一个位置区域之间。光学系统可以用于相应地成形，特别是聚焦和/或扩展光信号。
位置捕获装置可以有利地使用光学测量设备的传输装置和/或接收装置的至少一个光学系统。因此可以省去单独的光学系统。
替代地或附加地，位置捕获装置可以使用至少一个专用的光学系统。以此方式，位置捕获装置可以独立于传输装置和/或接收装置操作。
有利地，至少一个光学系统可以具有至少一个光学透镜。可以使用光学透镜对光信号进行成形。
在另一有利的实施例中，位置捕获装置可以具有或使用至少一个接收器，利用该接收器可以接收位置光信号并将其转换成电信号。
有利地，位置捕获装置可以使用光学测量设备的接收装置的至少一个接收器。以此方式，可以使用已经存在的接收器。
替代地或附加地，位置捕获装置可以有利地具有其自己的接收器。以此方式，位置捕获装置可以独立于接收装置操作。
相应地，由位置捕获装置使用的至少一个接收器可以具有至少一个检测器，特别是(雪崩)光电二极管、二极管阵列、CCD阵列等。阵列可以用于以空间分辨方式(spatiallyresolved manner)接收和处理位置光信号。
在另一有利的实施例中，至少一个位置区域可以被设计为使得其可用于提供具有对应于光信号的入射的代码的光信号。以这种方式，可以生成可以在接收器侧解码的编码位置光信号。编码的位置光信号在此可以对应于至少一个重定向区域的偏转。
有利地，位置捕获装置可以具有用于编码光信号和/或用于解码位置光信号的至少一个代码表。以此方式，可以更快速且更有效地确定至少一个重定向区域的偏转。
可以有利地利用至少一个衍射结构以二进制方式对光信号进行编码。可以以简单可靠的方式生成、传输和解码二进制代码。
在另一有利的实施例中，至少一个位置区域的至少一个衍射结构可以设计成使得光信号可以根据它们在至少一个衍射结构上的入射角被成形以形成位置光信号。以此方式，可以直接从入射角确定至少一个重定向区域的偏转。
在另一有利的实施例中，至少一个位置区域可以具有多个衍射结构，这些衍射结构在距至少一个枢轴的不同距离处彼此相邻地布置并且具有不同的光信号成形特性，和/或至少一个位置区域可以具有至少一个衍射结构，该至少一个衍射结构在距至少一个枢轴的不同距离处具有不同的光信号成形特性。这样，可以在不同的入射点处获得光信号的不同成形。至少一个重定向区域的偏转因此可以从在重定向区域旋转期间光信号在至少一个位置区域上的入射点的变化来确定。
有利地，至少一个位置区域可以具有多个衍射结构，这些衍射结构可以一个接一个地布置。以此方式，可以沿着至少一个位置区域的范围实现光信号的对应数量的不同的个体形状。
有利地，至少一个位置区域的光信号成形特性可以在其范围内在至少一个范围方向上变化。以这种方式，特别地，可以根据入射点连续地实现光信号成形的变化。
在另一有利实施例中，至少一个光信号可以被引导到至少一个枢轴和/或至少一个光信号可以被引导到至少一个枢轴附近。
至少一个光信号可以被引导到至少一个枢轴上。以此方式，可以直接从光信号在至少一个位置区域的对应衍射结构上的入射角确定至少一个重定向区域的偏转。此外，衍射结构的尺寸可以限定在枢轴附近。
替代地或附加地，至少一个光信号可以被引导到至少一个枢轴附近。以此方式，可以从光信号在至少一个位置区域上的入射角和/或入射点确定至少一个重定向区域的偏转。
根据本发明，在光信号重定向装置的情况下，该目的进一步实现，其中：
-位置捕获装置具有至少一个位置区域，该位置区域以使得该至少一个位置区域可以与至少一个重定向区域一起旋转的方式机械地联接到光信号重定向装置的至少一个重定向区域，
-至少一个位置区域被设计为提供对应于至少一个重定向区域的偏转的至少一个位置信号，以及
-至少一个位置区域具有至少一个衍射结构，其被设计成使得光信号可以根据它们在至少一个位置区域上的入射而被成形为形成位置光信号。
根据本发明，使用至少一种衍射结构对光信号进行成形以形成位置光信号。以此方式，可以更容易且更准确地捕获至少一个重定向区域的偏转。
在光学测量设备的情况下，根据本发明另外实现了以下目的，其中：
-位置捕获装置具有至少一个位置区域，该位置区域以使得该至少一个位置区域可以与至少一个重定向区域一起旋转的方式机械地联接到光信号重定向装置的至少一个重定向区域，
-至少一个位置区域被设计为提供对应于至少一个重定向区域的偏转的至少一个位置信号，以及
-至少一个位置区域具有至少一个衍射结构，其被设计成使得光信号可以根据它们在至少一个位置区域上的入射而被成形为形成位置光信号。
有利地，至少一个位置捕获装置可以被设计为根据本发明的位置捕获装置。
在本方法的情况下，根据本发明进一步实现该目的，其中：
-位置捕获装置具有至少一个位置区域，该位置区域机械地联接到光信号重定向装置的至少一个重定向区域，并且该至少一个位置区域可以与至少一个重定向区域一起旋转，
-对应于至少一个重定向区域的偏转的位置信号被提供给至少一个位置区域，并且，
-使用至少一个位置区域的至少一种衍射结构，光信号被成形以根据它们在至少一个位置区域上的入射角形成位置光信号。
根据本发明，至少一种衍射结构用于成形在至少一个位置区域上入射的光信号，以形成位置光信号。
此外，结合根据本发明的位置捕获装置、根据本发明的光信号重定向装置、根据本发明的测量设备和根据本发明的方法以及它们各自的有利配置所指出的特征和优点在这里以相互对应的方式应用，反之亦然。各个特征和优点当然可以相互组合，其中可以产生超出各个效果总和的其他有利效果。
附图说明
本发明的其他优点、特征和细节从以下描述中显而易见，其中将参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例。本领域技术人员还可以方便地单独考虑在附图、说明书和权利要求中公开的特征并将它们组合以形成进一步有意义的组合。在附图中：
图1示出了具有连接到驾驶员辅助系统的光学测量设备的车辆的前视图；
图2示出了根据第一示例性实施例的具有驾驶员辅助系统的光学测量设备，其可用于图1的车辆中；
图3示出了在光信号重定向装置可以通过其旋转的枢轴的方向上观察的图2中的测量设备的传输装置的光信号重定向装置；
图4示出了图1至图3中的光学测量设备的位置捕获装置；
图5示出了图4中的位置捕获装置的代码表；
图6示出了根据第二示例性实施例的光学测量设备的位置捕获装置。
在图中，相同的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1以正视图示出了车辆10，例如客车。车辆10具有光学测量设备12，例如激光扫描仪。光学测量设备12例如布置在车辆10的前保险杠中。车辆10还具有驾驶员辅助系统14，借助该驾驶员辅助系统可以自主或部分自主地操作车辆10。光学测量设备12在功能上连接到驾驶员辅助系统14，因此可以用测量设备12获取的信息可以传输到驾驶员辅助系统14。测量设备12可以用于监控用于物体18的监控区域16，在所示的示例性实施例中，位于机动车辆10前方的行驶方向上。
测量设备12根据飞行时间(time-of-flight)方法操作。为此，例如以激光脉冲形式的光信号20被传输到监控区域16中。已经在可能存在的物体18处反射的光信号22被测量设备12接收。从光信号20的传输和反射光信号22的接收之间的飞行时间确定物体18与测量设备12的距离。在测量期间，光信号20的光束方向扫过监控区域16。以这种方式扫描监控区域16。从在物体18处反射的光信号20的光束方向确定物体18相对于测量设备12的方向。
测量设备12包括传输装置24、接收装置26和电子控制和评估装置28。
在图2中以示例方式示出的传输装置24包括传输光源30、呈传输透镜32形式的光学系统和传输光信号重定向装置34。
接收装置26包括光学接收器36、接收器透镜38和接收器光信号重定向装置40。
发射器光源30具有例如一个激光器。可以使用传输光源30以光信号20的形式产生脉冲激光信号。
光信号20可以使用发射器透镜32在横向于它们的光束方向的方向上扩展。这在图2中通过虚线梯形表示。在所示的示例性实施例中，使用发射器透镜32在枢轴46的方向上，例如在垂直方向上扩展光信号20。
发射器光信号重定向装置34位于发射器透镜32下游的发射器光源30的光束路径中。借助于发射器光信号重定向装置34，光信号20的光束方向可以在一个平面内扫描。例如，扫描平面垂直于使用发射器透镜32扩展光信号20的方向延伸，即例如水平地延伸。以此方式，可以使用一个接一个的光信号20在水平方向上扫描监控区域16。
使用接收器光信号重定向装置14将反射光信号22重定向到监控区域16之外，到接收器透镜38上。使用接收器透镜38将反射光信号22成像到接收器36上。
接收器36例如设计为CCD芯片、阵列、光电二极管或不同类型的检测器，用于接收激光脉冲形式的反射光信号22。使用接收器36将接收到的光信号22转换成电信号。电信号被传输到控制和评估装置28。
传输装置24和接收装置26由控制和评估装置28控制。此外，使用控制和评估装置28评估从接收到的光信号22获得的电信号。使用控制和评估装置28确定飞行时间以及基于此确定反射光信号22的物体18的距离。此外，使用控制和评估装置28确定物体18的方向。
例如，发射器光重定向装置24包括衍射结构形式的发射器重定向区域42a。衍射结构例如被实施为所谓的衍射光学元件。发射器重定向区域42a例如在矩形平坦基板44上实施。基板44例如是玻璃板或塑料板，也为薄膜形式，其可透射光信号20。发射器重定向区域42a布置在基板44的背离发射透镜32的一侧上。发射器重定向区域42a以条带的形式几乎在基板44的整个宽度上横向于枢轴46延伸。
基板44安装在枢轴46上。就其部分而言，枢轴46由电动机50驱动，结果是基板44以及因此重定向区域42a围绕枢轴46前后枢转。基板44的枢转方向以及因此重定向区域42a的枢转方向在图2中通过双头箭头48指示。
电动机50例如是动圈式电动机(moving-coil motor)。电动机50以可控方式连接到控制和评估装置28。除了动圈式电动机之外，还可以使用与电动机50不同类型的驱动装置。
发射器重定向区域42a也如图3所示位于发射装置24的光信号20的光束路径中。图3示出了在枢轴46的方向上从上方观察的发射器透镜32和发射器光信号重定向装置34。光信号20根据它们在重定向区域42a上的入射而被衍射。入射由入射角52和入射点53定义。入射角52是光信号20的入射光束方向54与发射器重定向区域42a的进入表面之间的角度。
发射器重定向区域42a的衍射结构例如被体现为，使得相对于重定向区域42a的出射表面的出射侧上的衍射角56是恒定的，与入射角52无关。重定向光信号20的入射光束方向54和出射光束方向57之间的偏转角58由入射角52和恒定衍射角56组成。为了改变偏转角58，发射器重定向区域42a绕枢轴46枢转，这仅导致入射角52的改变。通过使发射器重定向区域42a枢转，监控区域16中的光信号20的出射光束方向57被枢转。可以在可枢转的发射器重定向区域42a的帮助下扫描限定监控区域16的视场64。视野64的视野边界49在图3中由虚线指示。
如图2所示，接收器光信号重定向装置40包括接收器重定向区域42b。接收器重定向区域42b是衍射结构，例如衍射光学元件。
在所示的示例性实施例中，接收器重定向区域42b在其上也实施发射器重定向区域42a的同一基板44上实施。接收器重定向区域42b布置在基板44的面向接收器透镜38的一侧上。接收器重定向区域42b几乎在基板44的整个宽度上横向于枢轴46延伸。接收器重定向区域42b在枢轴46的方向上的范围大于发射器重定向区域42a的对应范围。
在所示的示例性实施例中，传输光重定向装置34和接收器光信号重定向装置40借助于公共基板44彼此机械地联接。以此方式，发射器重定向区域42a和接收器重定向区域42b可以通过枢轴46一起枢转。为此，仅需要单个电动机50。
接收器重定向区域42b被设计成使得来自监控区域16的反射光信号22在接收器重定向区域42b的每个枢转位置或在基板44中由接收器重定向区域引导到接收器透镜38上。接收器透镜38用于将重定向的反射光信号22聚焦到接收器36上。
此外，测量设备12具有位置捕获装置60。位置捕获装置60可以用于确定基板44的偏转并因此确定发射器光重定向装置34或发射器重定向区域42a和接收器光信号重定向装置40或接收器重定向区域42b的偏转。
位置捕获装置60包括呈衍射结构63形式的位置区域62，例如衍射光学元件，以及光学位置检测器66。
位置区域62布置在基板44的面向发射器光源30的一侧上。从枢轴46的方向看，位置区域62位于例如发射器重定向区域42a和接收器重定向区域42b之间。也如图4所示，位置区域62延伸，作为例如垂直于枢轴46的条带，几乎在基板44的整个宽度上延伸。位置区域62布置得足够靠近发射器重定向区域42a，使得已经使用发射器透镜32扩展的光信号20的一部分入射在位置区域62上，如图2所示。
位置区域62的衍射结构63因此被设计成使得入射在位置区域62上的光信号20根据光信号20在位置区域62上的入射角52被编码。此处的编码表征了相应的入射角52。在所示的示例性实施例中，入射角52对应于基板44的枢转角72，并且因此对应于发射器重定向区域42a和接收器重定向区域42b的枢转角72，其表征其偏转。
例如根据图5中所示的代码表74以二进制代码76进行编码。例如，0.05°的枢转角72对应于二进制代码76,,1000110”。0.1°的枢转角72对应于二进制代码76,,0100101”。0.15°的枢转角72对应于二进制代码76,,0010011”。0.2°的枢转角72对应于二进制代码76,,0001111”。
在所示的示例性实施例中，光信号20被编码并反射为位置光信号68并传输到位置检测器66。
例如，位置检测器66被布置在相同高度的发射器光源30旁边。位置检测器66例如可以设计为单个检测器、线扫描检测器或面扫描检测器。为此，例如可以使用CCD芯片、光电二极管等。
使用位置检测器66将编码的光信号68转换成电位置信号并传输到控制和评估装置28。控制和评估装置28用于参考代码表74对电位置信号进行解码。从解码的电位置信号确定位置区域62的枢转角72，并因此确定基板44、发射器重定向区域42a和接收器重定向区域42b的枢转角72。发射器光重定向装置34和接收器光信号重定向装置40的瞬时偏转借助于位置捕获装置60来确定。
在示例性实施例(未示出)中，位置区域62可以设计用于传输而不是用于反射光信号。在这种情况下，位置检测器66设置在位置区域62的与发射器光源30相对的一侧。
在测量设备12的操作期间，脉冲光信号20使用传输光源30通过传输透镜32被传输到传输重定向区域42a和位置区域62上。光信号20在此指向枢轴46。
发射器重定向区域42a用于根据入射角52，即根据基板44的偏转将光信号20发射到监控区域16中。
图3示出了两个偏转中的发射器重定向区域42a。在物体18处反射的光信号22使用接收器重定向区域42b被引导到接收器透镜38上。使用接收器透镜38将反射光信号22聚焦到接收器36上。使用接收器36，反射光信号22被转换成电信号并被传输到控制和评估装置28。使用控制和评估装置28，确定光信号20和对应的反射光信号22的飞行时间，并且由此确定捕获的物体18与测量设备12之间的距离。
此外，位置区域62用于将入射在其上的光信号20的部分作为位置光信号68以编码的方式传输到位置检测器66。图4示出了两个偏转中的位置区域62，对应于图3。枢转角72由位置光信号68确定。被捕获的物体18相对于测量设备12的方向由枢转角72确定，也就是说，由发射器光信号重定向装置34和接收器光信号重定向装置40的偏转确定。
在测量期间，枢轴46由电动机50旋转，因此基板44前后枢转。以此方式，一个接一个地发射的脉冲光信号20经历不同的转向到监控区域16中。以此方式，用脉冲光信号20扫描监控区域16。
图6示出了根据第二示例性实施例的位置捕获装置60。与根据图1至图5的第一示例性实施例的位置捕获装置60的元件相似的元件被提供有相同的附图标记。与第一示例性实施例相比，根据第二示例性实施例的位置捕获装置60的位置区域62具有多个衍射光学元件形式的衍射结构53。衍射结构53在距枢轴46不同距离处并排布置。衍射结构53具有不同的光信号成形特性。以此方式，当光信号20入射在衍射结构53之一上时，它被相应地单独编码。
此外，第二示例性实施例中的光信号20被引导到枢轴46旁边。当基板44围绕枢轴46旋转时，光信号20在不同的入射点53处入射在位置区域62上，并因此入射在不同的衍射结构53上。在具有0°的枢转角72的偏转中，如图6所示，其中基板44以虚线示出，光信号20例如入射在从左侧数的第四个衍射结构53上。在具有更大枢转角72的偏转中，光信号20例如入射在从左侧数的第三个衍射结构53上。光信号20根据位置区域62上的入射点53使用相应的衍射结构53进行编码并被传输到接收器66。

Claims (13)

1.一种用于捕获监控区域(16)中的物体(18)的光学测量设备(12)的光信号重定向装置(34，40)的位置捕获装置(60)，其设计用于提供对应于光信号重定向装置(34，40)的至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的至少一个位置信号(68)，其中，所述至少一个重定向区域(42a，42b)用于重定向至少一个光信号(20，22)，并且能够在至少一个旋转方向(48)上相对于至少一个枢轴(46)至少以部分圆周的方式旋转，
其特征在于，
-所述位置捕获装置(60)具有至少一个位置区域(62)，所述位置区域以使得所述至少一个位置区域(62)能够与至少一个重定向区域(42a，42b)一起旋转的方式机械地联接到光信号重定向装置(34，40)的至少一个重定向区域(42a，42b)，
-所述至少一个位置区域(62)被设计为提供对应于至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的至少一个位置信号(68)，以及
-所述至少一个位置区域(62)具有至少一个衍射结构(63)，其被设计成使得光信号(20)能够根据它们在所述至少一个位置区域(62)上的入射(52，53)而被成形为形成位置光信号(68)。
2.根据权利要求1所述的位置捕获装置，其特征在于，所述至少一个衍射结构(63)被设计为衍射光学元件。
3.根据权利要求1或2所述的位置捕获装置，其特征在于，所述至少一个位置区域(62)用于透射光信号(20)和/或所述至少一个位置区域(62)用于反射光信号。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的位置捕获装置，其特征在于，所述至少一个位置区域(62)被实施在至少一个基板(44)中、至少一个基板(44)处和/或至少一个基板(44)上。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的位置捕获装置，其特征在于，所述位置捕获装置(60)具有或使用至少一个光源(30)，利用该光源产生能够至少部分地传输到至少一个位置区域(62)上的光信号(20)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的位置捕获装置，其特征在于，所述位置捕获装置(60)具有或使用至少一个接收器(36)，利用该接收器能够接收位置光信号(68)并将其转换成电信号。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的位置捕获装置，其特征在于，所述至少一个位置区域(62)被设计为使得其能够用于提供具有对应于光信号(20)的入射(52，53)的代码(76)的光信号(20)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的位置捕获装置，其特征在于，所述至少一个位置区域(62)的至少一个衍射结构(63)被设计为使得光信号(20)能够根据它们在所述至少一个衍射结构(63)上的入射角(52)被成形以形成位置光信号(68)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的位置捕获装置，其特征在于，至少一个位置区域(62)具有多个衍射结构(63)，这些衍射结构在距所述至少一个枢轴(46)的不同距离处彼此相邻地布置，并且具有不同的光信号成形特性，和/或至少一个位置区域(62)具有至少一个衍射结构，该至少一个衍射结构在距至少一个枢轴的不同距离处具有不同的光信号成形特性。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的位置捕获装置，其特征在于，至少一个光信号(20)被引导到至少一个枢轴(46)和/或至少一个光信号(20)被引导到至少一个枢轴(46)附近。
11.一种用于捕获监控区域(16)中的物体(18)的光学测量设备(12)的光信号重定向装置(34，40)，其中，所述光信号重定向装置(34，40)具有：
-至少一个重定向区域(42a，42b)，其用于重定向至少一个光信号(20，22)，并且能够在至少一个旋转方向(48)上相对于枢轴(46)至少以部分圆周的方式旋转，和
-至少一个位置捕获装置(60)，利用该位置捕获装置，能够提供对应于至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的至少一个位置信号(68)；
其特征在于，
-所述位置捕获装置(60)具有至少一个位置区域(62)，所述位置区域以使得所述至少一个位置区域(62)能够与至少一个重定向区域(42a，42b)一起旋转的方式机械地联接到光信号重定向装置(34，40)的至少一个重定向区域(42a，42b)，
-所述至少一个位置区域(62)被设计为提供对应于至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的至少一个位置信号(68)，以及
-所述至少一个位置区域(62)具有至少一个衍射结构(63)，其被设计成使得光信号(20)能够根据它们在所述至少一个位置区域(62)上的入射(52，53)而被成形为形成位置光信号(68)。
12.一种用于捕获监控区域(16)中的物体(18)的光学测量设备(12)，具有：
-至少一个传输装置(24)，用于将光信号(20)传输到监控区域(16)，
-至少一个接收装置(26)，通过该接收装置能够接收可能存在于监控区域(16)中的物体(18)反射的光信号(22)，
-至少一个光信号重定向装置(34，40)，其具有用于重定向光信号(20，22)的至少一个重定向区域(42a，42b)，
-至少一个位置捕获装置(60)，其被设计用于提供对应于光信号重定向装置(34，40)的至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的至少一个位置信号(68)，
-至少一个控制和评估装置(28)，通过该控制和评估装置能够控制所述至少一个传输装置(24)、至少一个接收装置(26)和至少一个光信号重定向装置(34，40)，并且能够通过该控制和评估装置评估接收到的光信号(22)和位置信号(68)，
其特征在于，
-所述位置捕获装置(60)具有至少一个位置区域(62)，所述位置区域以使得所述至少一个位置区域(62)能够与至少一个重定向区域(42a，42b)一起旋转的方式机械地联接到所述光信号重定向装置(34，40)的至少一个重定向区域(42a，42b)，
-所述至少一个位置区域(62)被设计为提供对应于至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的至少一个位置信号(68)，以及
-所述至少一个位置区域(62)具有至少一个衍射结构(63)，其被设计成使得光信号(20)能够根据它们在所述至少一个位置区域(62)上的入射(52，53)而被成形为形成位置光信号(68)。
13.一种用于操作用于捕获监控区域(16)中的物体(18)的光学测量设备(12)的光信号重定向装置(34，40)的位置捕获装置(60)的方法，其中，提供了对应于光信号重定向装置(34，40)的至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的至少一个位置信号(68)，其中，至少一个重定向区域(42a，42b)至少以部分圆周的方式相对于至少一个枢轴(46)在至少一个旋转方向(48)上旋转，并且至少一个光信号(20，22)被至少一个重定向区域(42a，42b)重定向，
其特征在于，
-所述位置捕获装置(60)具有至少一个位置区域(60)，所述位置区域机械地联接到光信号重定向装置(34，40)的至少一个重定向区域(42a，42b)，并且所述至少一个位置区域(60)与至少一个重定向区域(42a，42b)一起旋转，
-对应于所述至少一个重定向区域(42a，42b)的偏转(72)的位置信号(68)被提供给所述至少一个位置区域(62)，并且，
-使用所述至少一个位置区域(62)的至少一种衍射结构(63)，光信号(20)根据它们在所述至少一个位置区域(62)上的入射(52，53)被成形以形成位置光信号(68)。
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