CN114402219A - 用于检测物体的光学测量设备的发射装置、光信号偏转装置、测量设备和操作测量设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测监控区域(16)中物体(18)的光学测量设备(12)的发射装置(24)、一种光信号偏转装置(34、40)、一种测量设备(12)以及一种用于操作测量设备(12)的方法。发射装置(24)包括用于发射光信号(20)的至少一个发射器光源(30)和用于将光信号(20)偏转到测量设备(12)的至少一个监控区域(16)中的至少一个光信号偏转装置(34)。至少一个光信号偏转装置(34)具有至少一个偏转区域(42a)，其能够根据光信号(20)的入射(52)、以改变方向的方式作用于光信号(20)。此外，发射装置(24)具有至少一个驱动装置(50)，可以通过该驱动装置移动至少一个光信号偏转装置(34)以改变光信号(20)在至少一个偏转区域(42a)上的入射(52)。至少两个偏转区域(42a)前后布置在光信号(20)的光路中。至少一个偏转区域(42a)具有至少一个衍射结构，该衍射结构具有光学透镜的作用。发射器偏转区域(42a)例如在矩形平坦衬底(44)的相对侧上实施。每个发射器偏转区域(42a)都以条带的形式横向于轴(46)在衬底(44)的几乎整个宽度上延伸。接收器光信号偏转装置(40)的构造类似于发射器光信号偏转装置(34)。一种位置检测装置(60)包括例如衍射结构形式的位置区域(62)，例如衍射光学元件，以及还包括光学位置检测器(66)。可以通过位置检测装置(60)确定衬底(44)的枢转位置，从而确定发射器光信号偏转装置(34)和接收器光信号偏转装置(40)的枢转位置。

Description

用于检测物体的光学测量设备的发射装置、光信号偏转装置、 测量设备和操作测量设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于光学测量设备的发射装置，该光学测量设备用于捕获监控区域中的物体，该发射装置具有：

至少一个用于发送光信号的发射器光源，

至少一个光信号重定向装置，用于将光信号重定向到测量设备的至少一个监控区域中，其中该至少一个光信号重定向装置具有至少一个重定向区域，该至少一个重定向区域能够根据光信号的入射而作用于该光信号，从而改变该光信号的方向，以及

至少一个驱动装置，可以利用该至少一个驱动装置移动该至少一个光信号重定向装置，以改变该光信号在该至少一个重定向区域上的入射。

本发明还涉及一种用于光学测量设备的光信号重定向装置，该光学测量设备用于捕获监控区域中的物体，其中该光信号重定向装置具有至少一个重定向区域，该重定向区域能够根据光信号的入射而作用于该光信号，从而改变该光信号的方向。

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

具有至少一个用于发送光信号的发射装置，

具有至少一个接收装置，可以利用该至少一个接收装置接收可能存在于监控区域中的物体处已反射的光信号，

具有至少一个控制和评估装置，可以利用该至少一个控制和评估装置控制至少一个发射装置和至少一个接收装置，并且可以利用该至少一个控制和评估装置评估接收到的光信号，

具有至少一个用于重定向光信号的光信号重定向装置，其中该至少一个光信号重定向装置具有至少一个重定向区域，该至少一个重定向区域能够根据光信号的入射而作用于该光信号，从而改变该光信号的方向，以及

具有至少一个驱动装置，可以利用该至少一个驱动装置移动至少一个重定向区域，以改变光信号在该至少一个重定向区域上的入射。

本发明还涉及一种用于操作光学测量设备的方法，该光学测量设备用于捕获监控区域中的物体，其中利用至少一个发射器光源产生光信号，将光信号发送到监控区域中，并且利用至少一个接收器接收在监控区域中反射的光信号，其中利用至少一个光信号重定向装置的至少一个重定向区域、根据光信号在至少一个重定向区域上的入射来改变至少一些光信号的相应方向，并且使用至少一个驱动装置移动至少一个重定向区域以设置光信号在至少一个重定向区域上的入射。

背景技术

WO 2012/045603 A1公开了一种用于光学测量设备的重定向反射镜装置。该光学测量设备包括具有基板的外壳。发射窗口和接收窗口已经设置在外壳中，通过该发射窗口发射例如脉冲激光，并且通过该接收窗口接收已由监测区域中的物体反射的激光。发射单元、接收单元和重定向反射镜装置布置在外壳中。重定向反射镜装置包括发射反射镜单元，发射反射镜单元具有两个发射重定向反射镜，它们在公共水平面中以径向距离布置在载体板上；并且重定向反射镜装置还包括接收反射镜单元，接收反射镜单元具有两个接收重定向反射镜，它们在每种情况下以径向距离安装在载体的一侧。发射反射镜单元和接收反射镜单元被布置成在公共的可旋转枢轴上彼此具有轴向距离。驱动该可旋转枢轴的驱动单元基本上布置在两个发射重定向反射镜之间的空间中。固定的光学发射器产生脉冲激光束，该脉冲激光束通过旋转的发射反射镜单元而重定向，并通过发射窗口发射到待监控区域。

本发明基于以下目的：设计在引言部分提到的类型的发射装置、光信号重定向装置、光学测量设备和方法，其中可以简化进入和/或离开监控区域的光信号的重定向。特别地，目的是在部件、组装和/或调整方面简化费用和/或提高可靠性，特别是使用寿命。可选地或附加地，目的是实现视场的扩大和/或分辨率的提高。

发明内容

根据本发明，该目的在发射装置中实现，因为至少两个重定向区域在光信号的光路中前后布置，并且至少一个重定向区域具有至少一个衍射结构，该衍射结构具有光学透镜的效果。

根据本发明，至少两个重定向区域相对于光信号的光路前后布置。这样，根据光信号在第一重定向区域(其在光信号的光束方向上是前方重定向区域)上的入射，可以使用该前方重定向区域将光信号引导到后方第二重定向区域上。

根据本发明，至少一个衍射结构用于折射光信号，从而改变和/或设置光信号的方向。衍射结构可以容易地实现和管理。与已知的重定向反射镜相比，可以减少调整费用。对光信号质量的要求可以相应地降低。此外，可以单独调整衍射结构，以实现对光信号的期望的方向改变效果。

众所周知，衍射结构是这样的结构：光束、特别是激光束可以在该衍射结构处成形。这是以光栅衍射的形式实现的。在这种情况下，衍射结构可以单独设计。它们可以以这样的方式实现：使得入射光束的光束方向由衍射结构根据入射角和/或衍射结构上的入射点而相应地改变。衍射结构可以以透射来操作。

至少一个重定向区域可以有利地是至少一个具有光学透镜效果的衍射结构。光学透镜具有这样的效果：通过它们的光被折射，从而朝向光束的中心偏转或向外散射。以这种方式，类似于光学透镜，利用相应的衍射结构实现光信号的限定折射是可能的。

本发明可以用于实现具有耐久且免维护的光信号重定向装置的光学测量设备。光信号重定向装置还可以以简单并且紧凑的方式设计。因此，不需要复杂的光学设计就可以实现高灵活性。此外，可以使用根据本发明的测量设备来捕获高分辨率的大视场。例如，因此可以减少对发射侧或接收侧的大透镜的需求。

通过使用至少一个驱动装置，移动至少一个光信号重定向装置以改变光信号在至少一个重定向区域上的入射。入射的特征在于：光信号入射到至少一个重定向区域上的入射角和/或入射点。要改变入射，可以改变入射角或入射点，或者两者都改变。

通过相对于入射光信号的光束方向旋转或枢转至少一个重定向区域，可以有利地改变入射角。在这种情况下，至少一个重定向区域或发射器光源或者其两者可以旋转或枢转。

可以有利地通过至少一个重定向区域相对于入射光信号的光束方向的位移、特别是使用线性位移来改变入射点。在这种情况下，该位移可以有利地横向于、特别是垂直于入射光信号的光束方向进行。在这种情况下，至少一个重定向区域或发射器光源或者其两者可以被移位。

光信号在至少一个重定向区域上的入射可以是直接的或间接的。特别地，借助于连接在上游的至少一个光学有效元件，来自发射器光源的光信号可以被间接引导到至少一个重定向区域上。附加地或可替换地，光信号可以借助于至少一个重定向区域(其在光束方向上看是前方重定向区域)被引导到至少一个后方重定向区域上。

有利地，至少一个发射的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。以这种方式，尤其可以确定光传播时间。

有利地，至少一个光信号也可以包含进一步的信息。例如，光信号尤其可以被编码。这样，更容易识别它和/或让它携带相应的信息。

光学测量设备可以有利地根据飞行时间方法操作，特别是光脉冲飞行时间方法。根据光脉冲飞行时间方法操作的光学测量设备可以被设计并称为飞行时间(TOF)系统、光探测和测距(LiDAR)系统、激光探测和测距(LaDAR)系统等。这里，测量从使用发射装置发射光信号到使用测量设备的相应接收装置接收相应反射光信号的飞行时间，并由此确定测量设备和被检测物体之间的距离。

有利地，光学测量设备可以被设计为扫描系统。在这种情况下，可以用光信号对监控区域进行采样，也就是说扫描。为此，相应光信号的光束方向可以说是在监控区域上枢转。在这种情况下，使用至少一个光信号重定向装置。

有利地，光学测量设备可以被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至少一个激光器，特别是二极管激光器，作为发射器光源。该至少一个激光器可以用于发射、特别是脉冲激光信号作为光信号。激光器可用于发射人眼可见或不可见的频率范围内的光信号。因此，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。激光扫描仪可以用于利用特别是脉冲激光信号对监控区域进行采样。

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基交通工具，特别是客车、卡车、公共车、摩托车等、飞机和/或船只。本发明也可以用于能够自主或至少部分自主运行的车辆中。本发明也可以用在静止的测量设备中。

该测量设备可以用于捕获站立或移动的物体，特别是车辆、人、动物、植物、障碍物、特别是坑洞或岩石的道路不平物、道路边界、特别是自由停车位的自由空间等等。

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，或者连接到其上。通过这种方式，车辆能够部分自主运行或者自主运行。

在有利的实施例中，至少两个重定向区域可以各自具有光学透镜的效果。这样，光信号可以在两侧上均相应地折射。以这种方式，可以实现成像光学系统。

在进一步有利的实施例中，至少一个重定向区域可以具有光学会聚透镜的效果。这样，光信号可以朝向焦点会聚。

在进一步有利的实施例中，重定向区域的光学主表面之间的距离可以对应于至少两个重定向区域的焦距。这样，可以使至少两个重定向区域的相应焦点重合。

在进一步有利的实施例中，至少一个重定向区域可以具有光学主表面，该光学主表面至少是局部平坦的。以这种方式，可以根据光学透镜产生限定的主平面。这样，可以更精确地改变光信号的方向。

在进一步有利的实施例中，至少两个重定向区域的相应焦点可以重合。这样，平行入射光信号光束可以被转换成平行出射光信号光束。

在进一步有利的实施例中，至少两个重定向区域的相应焦点可以位于至少两个重定向区域之间。这样，当改变方向时，可以保持光信号的形状。

有利地，至少一个衍射结构可以被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于相应的要求。光学透镜的效果可以用衍射光学元件来实现。

有利地，至少一个重定向区域可以对光信号具有透射效果。这样，光信号可以通过至少一个重定向区域辐射。

透射光信号的重定向区域的优点在于，光源可以布置在与监控区域相对的一侧。因此，发射器光源不会遮挡任何区域。

在另一个有利的实施例中，至少一个重定向区域可以在透射光信号的至少一个衬底中、处和/或上实现，和/或，至少两个重定向区域可以在透射光信号的衬底的相对侧上实现。该衬底可用于增加机械稳定性。此外，衬底可以用作机械保持器。例如，衬底可以特别地安装在至少一个相应的枢轴上，前者可以围绕该枢轴旋转或枢转。因此，光信号在至少一个重定向区域上的入射可以被改变，特别是被设定。

衬底可以有利地由玻璃、塑料等制成，在其上可以通过涂覆或去除、特别是蚀刻等方式实现相应的衍射光学元件。

有利地，至少一个衬底可以以薄层的形式实现。

在另一个有利的实施例中，至少一个重定向区域的至少一个焦点可以位于至少一个衬底内，该衬底对光信号是透射的，并且在该衬底中、在该衬底处和/或在该衬底上实现至少一个重定向区域。由此，可以以更节省空间的方式构造光信号重定向装置。至少两个重定向区域的焦点可以优选位于衬底内。

有利地，至少一个具有光学透镜效果的重定向区域可以布置在衬底的光入射侧，和/或，至少一个具有光学透镜效果的重定向区域可以布置在衬底的光出射侧。在这种情况下，可以在光入射侧或光出射侧提供至少一个具有光学透镜效果的重定向区域。可选地，在每种情况下，可以在光入射侧和光出射侧都提供至少一个具有光学透镜效果的重定向区域。

利用光入射侧上的具有光学透镜效果的重定向区域，光信号的相应折射可以在光信号进入衬底之前发生。

利用光出射侧上的具有光学透镜效果的重定向区域，光信号可以被直接引导到监控区域中。

在另一个有利的实施例中，光信号的光路中的至少两个重定向区域可以以完全重叠的方式前后布置。以这种方式，用第一重定向区域重定向的光可以被完全引导到第二重定向区域上。

有利地，至少两个重定向区域可以设计为不同或相同，并且具有方向改变特性。以这种方式，可以根据需要调整光信号的重定向。

在另一个有利的实施例中，至少一个光信号偏转装置的至少一个重定向区域可以使用至少一个驱动装置移动。以这种方式，光信号在至少一个重定向区域上的入射可以使用至少一个驱动装置来改变，特别是设置。

可以有利地联合驱动至少两个重定向区域。这样，重定向区域可以一起移动。

至少一个驱动装置可以有利地实现旋转驱动、线性驱动或一些其他类型的驱动，或者不同驱动的组合。相应的旋转和/或位移运动可以以这种方式进行。

有利地，至少一个驱动装置可以具有至少一个马达，特别是旋转马达、线性马达、线性直流马达、动圈马达、动圈驱动器等，或者不同类型的马达或致动器。有可能通过电动机简单地实现电驱动。

至少一个驱动装置可以有利地直接连接到至少两个重定向区域，特别是连接到其上实现至少两个重定向区域的至少一个衬底。这样，至少两个重定向区域可以更快地加速和减速。因此，与使用电机驱动旋转的传统旋转反射镜相比，根据本发明的光信号重定向装置可以以更高的速度和更长的寿命工作。

至少两个重定向区域，特别是其上实现至少两个重定向区域的衬底，可以有利地以旋转或振荡方式驱动。有利地，可以限定至少一个驱动装置的旋转角度。以这种方式，可以设置将光信号重定向到期望的视场上。

至少两个重定向区域，特别是其上实现至少两个重定向区域的衬底，可以有利地被布置成可旋转和/或可枢转和/或可移位。这样，通过相对于发射器光源相应地移动至少一个重定向区域，可以改变光信号在至少一个重定向区域上的入射。

至少两个重定向区域，特别是在其上实现至少两个重定向区域的衬底，可以有利地在一维或二维上旋转和/或枢转。这样，光信号的方向可以在一维或二维上改变。

至少两个重定向区域，特别是其上布置有至少两个重定向区域的衬底，可以有利地具有至少一个用于旋转和/或枢转的公共枢轴。利用用于旋转和/或枢转的公共枢轴，可以在一个空间维度上改变光信号的入射。利用用于旋转和/或枢转的两个枢轴，相应的旋转或枢转可以在二维上发生。例如，光信号的入射可以在两个空间维度上改变。因此，可以在二维上对监控区域进行采样。有利地，用于旋转或枢转的至少两个枢轴可以彼此垂直延伸。这样，可以实现高效的二维采样。

发射装置可以有利地具有至少一个光学系统，该光学系统布置在至少一个发射器光源和至少一个重定向区域之间。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。

有利地，至少一个光学系统可以被设计成使得其用于在一个空间方向上扩展、特别是散开光信号。以这种方式，可以在该空间方向上照亮至少一个重定向区域的相应更大的部分。因此，测量设备的视场可以在这个方向上扩展。此外，扩展的光信号可以照射至少一个另外的重定向区域，从该空间方向看，该另外的重定向区域可以被布置成与用于枢转光信号的光束方向的至少一个重定向区域相邻。该另外的重定向区域可以是位置捕获装置的位置区域，利用该位置捕获装置可以确定至少一个重定向区域的位置，尤其是枢转位置。以这种方式，可以仅使用一个发射器光源，既对监控区域进行采样、又确定至少一个重定向区域的位置，特别是枢转位置。

替代地或附加地，至少一个光学系统可以被设计成使得它可以用于在一个空间方向上聚焦光信号。以这种方式，可以提高测量设备在该空间方向上的分辨率。

光信号扩展的空间方向可以有利地平行于枢轴，至少两个重定向区域可以围绕该枢轴枢转或旋转。这样，借助于光信号重定向装置，可以在垂直于枢轴的空间方向上扫描监控区域。

有利地，至少一个光学系统可以具有至少一个光学透镜。可以使用光学透镜成形光信号。

此外，根据本发明，该目的在光信号重定向装置中实现，其中至少两个重定向区域在光信号的光路中前后布置，并且至少一个重定向区域具有至少一个衍射结构，该衍射结构具有光学透镜的效果。

根据本发明，光信号被具有光学透镜效果的至少一个衍射结构折射。因此，光信号的光束方向可以容易且精确地改变。

光信号重定向装置可以有利地被分配给光学测量设备的至少一个发射装置和/或光学测量设备的至少一个接收装置。可以使用分配给至少一个发射装置的光信号重定向装置将光信号从发射装置引导到监控区域中。可以使用分配给至少一个接收装置的光信号重定向装置将反射光信号从监控区域重定向到至少一个接收装置。

有利地，至少一个发射装置和至少一个接收装置可以各自被分配有一个单独的光信号重定向装置。这样，光信号偏转装置可以单独操作。可选地，用于至少一个发射装置和至少一个接收装置的光信号重定向装置可以在控制技术和/或机械方面彼此耦合。这样，光信号重定向装置可以彼此协调。可以有利地提供单个光信号重定向装置，其可以被分配给至少一个发射装置和至少一个接收装置二者。以这种方式，可以减少用于组装和/或调整的费用，特别是在部件上的费用。

此外，根据本发明，该目的在光学测量设备中实现，其中至少两个重定向区域在光信号的光路中前后布置，并且至少一个发射装置的至少一个重定向区域具有至少一个衍射结构，该至少一个衍射结构具有光学透镜的效果。

光学测量设备，特别是至少一个发射装置和/或至少一个接收装置，可以有利地具有至少一个根据本发明的光信号重定向装置。

至少一个光信号重定向装置可以有利地被分配给至少一个接收装置。接收器侧的至少一个光信号重定向装置可以根据与发送器侧的至少一个光信号重定向装置相同的原理来构造和/或操作，特别是根据本发明的发射装置。

接收器侧的至少一个光信号重定向装置可以有利地具有至少两个重定向区域，这两个重定向区域在光信号的光路中前后布置，其中至少一个重定向区域具有至少一个衍射结构，该至少一个衍射结构具有光学透镜的效果。

有利地，接收器侧的至少一个光信号重定向装置可以机械耦合到发射器侧的至少一个光信号重定向装置。以这种方式，可以一起设置、特别是控制相应的重定向区域。

有利地，根据本发明的用于发射装置的前后布置的至少两个重定向区域和根据本发明的用于接收装置的前后布置的至少两个重定向区域可以在公共衬底上实现。以这种方式，可以一起产生重定向区域。此外，借助于衬底和相应的驱动装置，可以简单地移动重定向区域。

替代地，接收器侧的至少一个光信号重定向装置可以与发射器侧的至少一个光信号重定向装置分开操作。接收器侧的至少一个光信号重定向装置和发射器侧的至少一个光信号重定向装置也可以根据不同的原理操作。

此外，在根据本发明的方法中实现了该目的，其中，借助于在光信号的光路中前后设置的至少两个重定向区域来改变光信号的方向，其中，至少一个重定向区域具有至少一个衍射结构，该至少一个衍射结构具有光学透镜的效果。

根据本发明，使用至少一个具有光学透镜效果的衍射结构，从而改变光信号的光束方向。

在该方法的有利改进中，至少一个重定向区域和至少一个发射器光源可以相对于彼此移动，以便改变光信号在至少一个重定向区域上的入射。以这种方式，可以获得光信号的光束方向的相应变化。

此外，结合根据本发明的发射装置、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指出的特征和优点以相互对应的方式应用于此，反之亦然。各个特征和优点当然可以相互结合，其中可以出现超出各个效果总和的其他有利效果。

附图说明

根据以下说明，本发明的进一步优点、特征和细节是显而易见的，其中将参照附图更详细地解释本发明的示例性实施例。本领域技术人员也将方便地单独考虑在附图、说明书和权利要求中组合公开的特征，并将它们组合以形成进一步有意义的组合。示意性地，在附图中：

图1示出了具有光学测量设备的车辆的前视图，该光学测量设备连接到驾驶员辅助系统；

图2示出了具有图1的驾驶员辅助系统的光学测量设备；

图3示出了根据图2的测量设备中的发射装置的第一示范性实施例的发射器光信号重定向装置，在枢轴方向上的视图中，其具有用于在中心位置、在一个维度上偏转所发射的光信号的枢轴，光信号重定向装置可以利用该枢轴进行枢转；

图4示出了处于偏转位置的图3的光信号重定向装置；并且

图5示出了根据图2的测量设备的发射装置的第二示范性实施例的光信号重定向装置，在第一枢轴方向上的视图中，其具有用于在二维方向上偏转所发射的光信号的两个枢轴，利用该第一枢轴，光信号重定向装置可以在第一维度上枢转。

在附图中，相同的部件具有相同的参考标记。

具体实施方式

图1在前视图中示出了车辆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被布置在例如车辆10的前保险杠中。此外，车辆10具有驾驶员辅助系统14，利用该驾驶员辅助系统，车辆10可以自主或部分自主地运行。光学测量设备12功能性地连接到驾驶员辅助系统14，从而可以将利用测量设备12获取的信息传输到驾驶员辅助系统14。测量设备12可以用于监控监控区域16，在所示的实施例中，该监控区域16位于机动车10前方的行驶方向上，用于监控物体18。测量设备12也可以布置在车辆10上的不同位置，可能具有不同的朝向。也可以提供多个测量设备12。

测量设备12根据飞行时间方法操作。为此，例如激光脉冲形式的光信号20被传输到监控区域16中。例如，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。根据光信号20的发射和反射光信号22的接收之间的飞行时间确定物体18距测量设备12的距离。在测量期间，光信号20的光束方向在监控区域16上枢转。监控区域16以这种方式被采样。根据物体18上反射的光信号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包括发射装置24、接收装置26和电子控制和评估装置28。

图2中以示例方式示出的发射装置24包括发射器光源30、发射器透镜32形式的光学系统以及发射器光信号重定向装置34。

接收装置26包括光接收器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例如具有一个激光器。使用发射器光源30可以以光信号20的形式产生脉冲激光信号。

使用发射器透镜32，光信号20可以在横向于其光束方向的方向上扩展。这在图2中由虚线梯形表示。在所示的示范性实施例中，光信号20利用发射器透镜32在枢轴46的方向上、例如在垂直方向上被扩展。在图3至5中，枢轴46表示为带有十字的圆形。

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的光路中。借助于发射器光信号重定向装置34，光信号20的光束方向可以在平面的一维中枢转。例如，枢转平面垂直于使用发射器透镜32而扩展的光信号20的扩展方向延伸，也就是说例如水平延伸。以这种方式，可以使用前后跟随的光信号20在水平方向上对监控区域16进行采样。

使用接收器光信号重定向装置14将反射光信号22从监控区域16重定向到接收器透镜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被设计为例如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。

使用控制和评估装置28来控制发射装置24和接收装置26。此外，使用控制和评估装置28评估从接收的光信号22获得的电信号。利用控制和评估装置28确定飞行时间，并且基于该飞行时间确定反射该光信号22的物体18的距离。此外，使用控制和评估装置28来确定物体18的方向。

在图3和4中，示出了根据第一示范性实施例的发射器光信号重定向装置34。图3示出了处于中央位置的发射器光信号重定向装置34。图4示出了处于示范性偏转位置的发射器光信号重定向装置34。

发射器光信号重定向装置34包括，例如，两个发射器重定向区域42a，每个都是衍射结构的形式。这也特别在图3和4中示出。衍射光学结构例如被实现为所谓的衍射光学元件。每个发射器重定向区域42a都具有光学会聚透镜的效果。发射器重定向区域42a例如在矩形平坦衬底44的相对侧上实现。衬底44例如是玻璃板或塑料板，其可透射光信号20。具有发射器重定向区域42a的衬底44也可以实现为薄膜。发射器重定向区域42a中的一个布置在衬底44的背离发射器透镜32的一侧。另一个发射器重定向区域42a布置在衬底44面向发射器透镜32的一侧。每个发射器重定向区域42a呈条带状、横向于枢轴46、在衬底44的几乎整个宽度上延伸。两个发射器重定向区域42a以完全重叠的方式前后布置在光信号20的光路中。

发射器重定向区域42a的光学主平面74之间的距离72对应于发射器重定向区域42a的焦距76的总和。发射器重定向区域42a的各个焦点78重合。焦点78位于发射器重定向区域42a之间的衬底44中。在所示的示范性实施例中，所示的发射器重定向区域42a的焦距76例如是相同的。焦距76也可以不同。此外，焦点78位于图3所示的发射光信号重定向装置34的中央位置的枢轴46上。焦点78也可以位于枢轴46之外。

衬底44安装在枢轴46上。枢轴46又由马达50驱动，使得衬底44以及发射器重定向区域42a可以围绕枢轴46来回枢转。在图2和图3中，由双箭头48表示衬底44的枢转方向，从而表示发射器重定向区域42a的枢转方向。

马达50以可控的方式连接到控制和评估装置28。

同样如图3所示，发射器重定向区域42a位于发射装置24的光信号20的光路中。光信号20最初根据其在面向发射器透镜32(其具有相应的会聚透镜的效果)的发射器重定向区域42a上的入射而被折射，然后朝向光信号20的光束中心偏转。光信号20的光束在图3中用虚线表示。该入射由图4所示的入射角52定义。入射角52是光信号20的入射光束方向54和前方发射器重定向区域42a的主平面74之间的角度。

偏转的光信号20辐射穿过衬底44，并且在背离发射器透镜32(具有相应的会聚透镜效果)的一侧上、由后方发射器重定向区域42a再次偏转。总的来说，光信号20因此以图4所示的偏转角58而重定向，该偏转角58为重定向的光信号20的入射光束方向54和出射光束方向56之间的角度。

为了改变偏转角58，具有发射器重定向区域42的衬底44围绕枢轴46枢转，这导致入射角52的改变。通过使具有发射器重定向区域42的衬底44枢转，监控区域16中的光信号20的出射光束方向56被枢转。借助于可枢转的发射器重定向区域42a，可以对监控区域16进行采样。

接收器光信号重定向装置40的构造类似于发射器光信号重定向装置34。如图2所示，接收器光信号重定向装置40包括两个接收器重定向区域42b。接收器重定向区域42b是衍射结构，例如衍射光学元件，其每个都具有光学会聚透镜的效果。

在所示的示范性实施例中，接收器重定向区域42b被实现在同一衬底44的相对侧上，发射器重定向区域42a也被实现在该衬底44上。接收器重定向区域42b横向于枢轴46、在衬底44的几乎整个宽度上延伸。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的相应范围。两个接收器重定向区域42b以完全重叠的方式前后布置在反射光信号22的光路中。

在所示的示范性实施例中，发射光信号重定向装置34和接收光信号重定向装置40借助于公共衬底44彼此机械联接。以此方式，发射器重定向区域42a和接收器重定向区域42b可以与枢轴46一起枢转。为此，只需要一个马达50。

在可选的示范性实施例(未示出)中，发射器重定向区域42a和接收器重定向区域42b可以彼此分离地实现，例如在分离的衬底上实现。分离的衬底可以例如在公共枢轴上彼此机械连接，并且被共同驱动。发射器重定向区域42a和接收器重定向区域42b也可以彼此机械分离。在这种情况下，发射器光信号重定向装置34包括两个发射器重定向区域42a和专用驱动装置。接收器光信号重定向装置40同样包括两个接收器重定向区域42b和专用驱动装置。

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或衬底44的每个枢转位置、通过使用该接收器重定向区域42b而被引导到接收器透镜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可以用于确定衬底44的枢转位置，从而确定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的枢转位置。

位置捕获装置60包括例如衍射结构形式的位置区域62以及光学位置检测器66，衍射结构例如为衍射光学元件。

位置区域62布置在衬底44的面向发射器光源30的一侧。从枢轴46的方向看，位置区域62位于例如相应的发射器重定向区域42a和相应的接收器重定向区域42b之间。位置区域62以条带的形式延伸，例如垂直于枢轴46、在衬底44的几乎整个宽度上延伸。位置区域62被布置得足够靠近相应的发射器重定向区域42，使得已经使用发射器透镜32散开的一部分光信号20入射到位置区域62上，如图2所示。

位置区域62的衍射结构被设计成使得入射到位置区域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而被编码。这里的编码表征了相应的入射角52。在所示的示范性实施例中，光信号20的入射部分被编码并被反射为位置光信号68，然后被传输到位置检测器66。

举例来说，位置检测器66布置在发射器光源30旁边的相同高度处。位置检测器66可以被设计为例如单独的检测器、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，并将其传输到控制和评估装置28。控制和评估装置28用于从电位置信号中确定位置区域62的枢转偏转，从而确定衬底44、发射器重定向区域42a和接收器重定向区域42b的枢转偏转。因此，可以借助于捕获装置60来确定发射器光重定向装置34和接收器光信号重定向装置40的枢转位置。

在示范性实施例(未示出)中，位置区域62可以被设计用于光信号的透射而不是反射。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，使用发射器光源30通过发射器透镜32将脉冲光信号20发射到发射器光信号重定向装置34的发射器重定向区域42a上，该发射器重定向区域42a面向发射器透镜32和位置区域62。

根据衬底44的枢转位置，也就是说根据入射角52，使用发射器光信号重定向装置34将光信号20发射到监控区域16中。使用接收器光信号重定向装置40将在物体18处反射的光信号22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，将反射光信号22转换成电信号并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和相应的反射光信号22的飞行时间，并且由此确定被捕获的物体18距测量设备12的距离。

此外，位置区域62用于对入射到其上的光信号20的部分进行编码，并作为位置光信号68传输到位置检测器66。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的枢转位置由位置光信号68确定。基于枢转位置，确定被捕获的物体18相对于测量设备12的方向。

在测量期间，枢轴46由马达50旋转，因此，具有发射器重定向区域42a和接收器重定向区域42b的衬底44来回枢转。以这种方式，相继发射的脉冲光信号20经历不同的转向进入监控区域16。以此方式，用脉冲光信号20扫描监控区域16。

图5示出了根据第二示范性实施例的发射器光信号重定向装置34。与图2至图4的第一示范性实施例相似的那些元件具有相同的参考标记。与第一示范性实施例相比，根据第二示范性实施例的发射器光信号重定向装置34具有第二枢轴146，衬底44、并且因此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可以围绕该第二枢轴146在第二维度中枢转。第二枢轴146垂直于第一枢轴46延伸。总的来说，因此有可能借助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以二维空间分辨的方式对监测区域16进行采样。

Claims (15)

1.一种用于光学测量设备(12)的发射装置(24)，所述光学测量设备(12)用于捕获监控区域(16)中的物体(18)，

所述发射装置(24)

具有至少一个发射器光源(30)，用于发送光信号(20)，

具有至少一个光信号重定向装置(34)，用于将所述光信号(20)重定向到所述测量设备(12)的至少一个监控区域(16)中，其中所述至少一个光信号重定向装置(34)具有至少一个重定向区域(42a)，所述至少一个重定向区域(42a)能够根据所述光信号(20)的入射(52)而作用于所述光信号(20)，以便改变所述光信号(20)的方向，并且

具有至少一个驱动装置(50)，能够利用所述至少一个驱动装置(50)移动所述至少一个光信号重定向装置(34)以改变所述光信号(20)在所述至少一个重定向区域(42a)上的入射(52)，

其特征在于

至少两个重定向区域(42a)前后布置在所述光信号(20)的光路中，并且至少一个重定向区域(42a)具有至少一个衍射结构，所述至少一个衍射结构具有光学透镜的效果。

2.如权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述至少两个重定向区域(42a)中的每个都具有光学透镜的效果。

3.如权利要求1或2所述的发射装置，其特征在于，至少一个重定向区域(42a)具有光学会聚透镜的效果。

4.如前述权利要求中一项所述的发射装置，其特征在于，所述重定向区域(42a)的光学主表面(74)之间的距离(72)对应于所述至少两个重定向区域(42a)的焦距(76)。

5.如前述权利要求中一项所述的发射装置，其特征在于，至少一个重定向区域(42a)具有至少局部平坦的光学主表面(74)。

6.如前述权利要求中一项所述的发射装置，其特征在于，所述至少两个重定向区域(42a)的相应焦点(78)重合。

7.如前述权利要求中一项所述的发射装置，其特征在于，所述至少两个重定向区域(42a)的相应焦点(78)位于所述至少两个重定向区域(42a)之间。

8.如前述权利要求中一项所述的发射装置，其特征在于，所述至少一个重定向区域(42a)实施在透射所述光信号(20)的至少一个衬底(44)中、处和/或上，和/或，所述至少两个重定向区域(42a)实施在透射所述光信号(20)的衬底(44)的相对侧上。

9.如前述权利要求中一项所述的发射装置，其特征在于，至少一个重定向区域(42a)的至少一个焦点(78)位于透射所述光信号(20)的至少一个衬底(44)内，并且在所述至少一个衬底(44)中、处和/或上实施至少一个重定向区域(42a)。

10.如前述权利要求所述的发射装置，其特征在于，所述光信号(20)的光路中的所述至少两个重定向区域(42a)以完全重叠的方式前后布置。

11.如前述权利要求中一项所述的发射装置，其特征在于，至少一个光信号重定向装置(34)的至少一个重定向区域(42a)能够利用至少一个驱动装置(50)来移动。

12.如前述权利要求中一项所述的发射装置，其特征在于，至少一个重定向区域(42a)被布置成在至少一个维度上能够旋转和/或能够枢转和/或能够移位。

13.一种用于光学测量设备(12)的光信号重定向装置(34、40)，所述光学测量设备(12)用于捕获监控区域(16)中的物体(18)，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)，所述至少一个重定向区域(42a、42b)能够根据光信号(20、22)的入射(52)而作用于所述光信号(20、22)，以便改变所述光信号(20、22)的方向，

其特征在于，

至少两个重定向区域(42a、42b)前后布置在所述光信号(20、22)的光路中，并且至少一个重定向区域(42a、42b)具有至少一个衍射结构，所述至少一个衍射结构具有光学透镜的效果。

14.一种光学测量设备(12)，用于捕获监控区域(16)中的物体(18)，

具有至少一个发射装置(24)，用于发送光信号(20)，

具有至少一个接收装置(36)，能够利用所述至少一个接收装置(36)接收在可能存在于所述监控区域(16)中的物体(18)处已反射的光信号(22)，

具有至少一个控制和评估装置(28)，能够利用所述至少一个控制和评估装置(28)控制所述至少一个发射装置(24)和所述至少一个接收装置(36)，并且能够利用所述至少一个控制和评估装置(28)评估所接收的光信号(22)，并且

具有至少一个光信号重定向装置(34、40)，用于重定向光信号(20、22)，其中所述至少一个光信号重定向装置(34、40)具有至少一个重定向区域(42a、42b)，所述至少一个重定向区域(42a、42b)能够根据所述光信号(20、22)的入射(52)而作用于所述光信号(20、22)，以便改变所述光信号(20、22)的方向，以及

至少一个驱动装置(50)，能够利用所述至少一个驱动装置(50)移动所述至少一个重定向区域(42a、42b)，以改变所述光信号(20、22)在所述至少一个重定向区域(42a、42b)上的入射(52)，

其特征在于，

至少两个重定向区域(42a、42b)前后布置在所述光信号(20、22)的光路中，并且至少一个重定向区域(42a、42b)具有至少一个衍射结构，所述至少一个衍射结构具有光学透镜的效果。

15.一种用于操作光学测量设备(12)的方法，所述光学测量设备用于捕获监控区域(16)中的物体(18)，其中利用至少一个发射器光源(30)产生光信号(20)，将所述光信号(20)发射到所述监控区域(16)中，并且利用至少一个接收器(36)接收在所述监控区域(16)中反射的光信号(22)，其中利用至少一个光信号重定向装置(34、40)的至少一个重定向区域(42a、42b)、根据所述光信号(20、22)在所述至少一个重定向区域(42a、42b)上的入射(52)而改变至少一些光信号(20、22)的相应方向，其中使用至少一个驱动装置(50)移动所述至少一个重定向区域(42a、42b)以设置所述光信号(20、22)在所述至少一个重定向区域(42a、42b)上的入射(52)，

其特征在于，

借助于在所述光信号(20、22)的光路中前后设置的至少两个重定向区域(42a、42b)来改变所述光信号(20、22)的方向，其中至少一个重定向区域(42a、42b)具有至少一个衍射结构，所述至少一个衍射结构具有光学透镜的效果。

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