CN116897302A

CN116897302A - 用于至少一个光源的安全装置、用于光的发射装置、检测设备、具有至少一个检测设备的车辆以及用于操作至少一个光源的方法

Info

Publication number: CN116897302A
Application number: CN202280015808.XA
Authority: CN
Inventors: J·阿普尔; J·涅斯; T·舒勒; C·帕尔
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2022-02-14
Publication date: 2023-10-17
Also published as: WO2022175189A1; DE102021104086A1; US20240053455A1; EP4295171A1

Abstract

本发明涉及一种用于至少一个光源(38)的安全装置(34)，用于防止在使用至少一个光源(38)的光发射(28)中超过指定的光能极限，该安全装置包括用于影响至少一个光源(38)的电能供应的至少一个电气部件(58、64、66、68、70、72)。安全装置(34)包括至少一个电容部件(58)，其连接到至少一个光源(38)的光源电流路径(56)。安全装置(34)包括至少一个充电状态比较装置(76)，其直接或间接地连接到至少一个电容部件(58)，使用该充电状态比较装置可以将表征至少一个电容部件(58)的充电状态的充电状态变量(U_C)与指定的极限充电状态变量(U_TH)进行比较，并且可以根据比较结果来设置用于影响至少一个光源(38)的电能供应的至少一个警报状态(AS)。

Description

用于至少一个光源的安全装置、用于光的发射装置、检测设备、具有至少一个检测设备的车辆以及用于操作至少一个光源的方法

技术领域

本发明涉及一种用于至少一个光源的安全装置，

用于防止在使用至少一个光源发射光时超过指定的光能极限，该安全装置：

包括至少一个电气部件，用于影响至少一个光源的电能供应。

此外，本发明涉及一种用于光的发射装置，具有至少一个光源，并且具有至少一个安全装置，用于防止在使用至少一个光源发射光时超过预定的光能极限，

其中至少一个安全装置包括用于影响至少一个光源的电能供应的至少一个电气部件。

本发明还涉及一种检测设备，用于通过光信号监控物体的至少一个监控区域，

具有至少一个发射装置，其具有用于产生光信号的至少一个光源，具有至少一个接收装置，用于接收在至少一个监控区域中反射的光信号，

其中至少一个发射装置包括至少一个安全装置，用于防止在使用至少一个光源发射光信号时超过指定的光能极限，

此外，本发明涉及一种具有至少一个检测设备的车辆，用于通过光信号监控物体的至少一个监控区域，其中至少一个检测设备包括：

至少一个发射装置，其具有用于产生光信号的至少一个光源，

至少一个接收装置，用于接收在至少一个监控区域中反射的光信号，

此外，本发明涉及一种用于操作至少一个光源的方法，其中，

使用至少一个光源产生光信号，并且

使用至少一个安全装置，如果在使用至少一个光源的光信号发射中超过指定的光能极限，则减少用于供给至少一个光源的供电能量。

背景技术

从EP2568547B1中已知一种具有安全监控的激光驱动器，其中由激光二极管发射的功率由安全控制器借助于监控二极管来监控。如果超过了规定中定义的极限，则例如通过打开开关来阻止激光二极管的持续能量供应。

本发明的目的是设计在开头提到的类型的安全装置、发射装置、检测设备、车辆以及方法，其中可以使用更简单和/或更节省空间的装置来防止在使用至少一个光源的光发射中超过指定的光能极限。

发明内容

根据本发明，该目的在安全装置中实现，该安全装置包括：

至少一个电容部件，其连接到至少一个光源的光源电流路径，

至少一个充电状态比较装置，其直接或间接地连接到至少一个电容部件，使用该充电状态比较装置，表征至少一个电容部件的充电状态的充电状态变量可以与指定的极限充电状态变量进行比较，并且根据比较结果可以设置用于影响至少一个光源的电能供应的至少一个警报状态。

根据本发明，提供至少一个电容部件，其连接到光源电流路径。至少一个电容部件可以有利地使用一个端子连接到光源电流路径。至少一个电容部件可以使用另一个端子连接到另一个电势，特别是接地。

光源电流路径由电线和布置在其中的部件形成，特别是能量供应装置、诸如光源的消耗装置或其他部件。特别地，光源电流路径可以特别地被相应的电气部件、特别是开关部件等暂时闭合或中断。电流可以在闭合的光源电流路径中流动。没有电流可以在中断的光源电流路径中流动。

只要光源电流路径闭合，至少一个光源就发射光。发射的光能与光源电流路径闭合的持续时间以及光源的发射功率相关。

由于至少一个电容部件与光源电流路径的连接，一旦光源电流路径闭合，就可以在至少一个电容部件和光源电流路径之间发生电荷交换。因此，只要光源电流路径闭合，至少一个电容部件的充电状态就可以改变。至少一个电容部件的充电状态和充电状态变量的变化与光源电流路径断开的持续时间相关。因此，至少一个电容部件的充电状态和充电状态变量的变化与至少一个光源发射的光能相关。

电容部件的充电状态是关于使用电容部件获得的电荷量的状态。充电状态变量是电容部件电荷的量度。在这种情况下，根据本发明，在电容部件放电的放电过程中，或者在电容部件充电的充电过程中，可以达到极限充电状态变量。

至少一个极限充电状态变量可以有利地表征指定的光能极限。本发明防止超过光能极限。发射的光能可以是至少一个光源的光功率和至少一个光源发射光的持续时间的乘积。为了防止超过光能极限，可以有利地将至少一个光源发射光的持续时间限制到极限持续时间。

通过相应地选择部件，特别是电容器的电容、电阻器的电阻值等，和/或相应地选择工作电压，特别是充电电压和/或放电电压，可以有利地指定至少一个极限充电状态变量。在校准过程中，可以有利地指定至少一个极限充电状态变量，特别是所使用的部件和/或工作电压。

至少一个极限充电状态变量可以有利地表征允许至少一个光源发射光的极限持续时间。由于至少一个电容部件与至少一个光源电流路径的连接，至少一个电容部件的充电循环和/或放电循环与至少一个光源发射光的持续时间相关。如果在至少一个电容部件的充电循环或放电循环期间超过极限持续时间，则电容部件因此达到指定的极限充电状态变量。于是设置至少一个警报状态。

特别是为了防止健康损害和/或对检测设备或周围物体的损害，有必要防止发射的光能超过指定的光能极限。特别是在至少一个光源的控制器发生故障的情况下，可能有必要减少发射的光能。通过降低至少一个光源的功率，特别是通过将其关闭，可以实现发射的光能的降低。这通过相应地影响至少一个光源的电能供应，特别是切断能量供应来实现。

通过充电状态比较装置将至少一个电容部件的充电状态尤其是充电状态变量与指定的极限充电状态尤其是极限充电状态变量进行比较。指定极限充电状态，特别是极限充电状态变量，使得它与至少一个光源的指定光能极限相关。如果达到极限充电状态，特别是极限充电状态变量，特别是如果低于极限充电状态，特别是极限充电状态变量，或者如果超过极限充电状态，特别是极限充电状态变量，则可以使用至少一个充电状态比较装置设置至少一个相应的警报状态。

有可能使用至少一个警报状态来表征是否存在至少一个光源的能量供应将被减少，特别是停止的状态。在相应的警报状态下，可以相应地影响至少一个光源的能量供应，特别是可以减少或切断供应能量。

至少一个警报状态可以有利地包括两种状态，特别是功能状态和错误状态。在至少一个光源的正确操作中，至少一个警报状态可以具有功能状态。一旦在安全装置的帮助下检测到达到指定的光能极限，至少一个警报状态可被设置为错误状态。

至少一个电容部件的充电状态可以通过施加在至少一个电容部件处的电压来表征。施加在至少一个电容部件处的电压可以用作表征充电状态的充电状态变量。使用相应的分接头，只需很少的技术费用，就可以确定电压。此外，借助于电比较器，可以技术上简单的方式比较电压，尤其是电容器电压和极限电压。

至少一个光源可以有利地是以脉冲方式操作的光源。以这种方式，可以使用至少一个光源发射光脉冲。

至少一个光源和安全装置可以有利地是检测设备的一部分，该检测设备用于借助于光信号来监控至少一个监控区域。

有利地，检测设备可以根据光飞行时间方法操作，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检测设备可被具体化并称为飞行时间系统(TOF)、光检测和测距系统(LiDAR)、激光检测和测距系统(LaDAR)等。这里，至少一个检测设备可以根据直接光飞行时间方法或间接光飞行时间方法操作。

有利地，检测设备可被实施为扫描系统。在这种情况下，可以使用光信号对监控区域进行采样，也就是说扫描。检测设备可替代地实施为所谓的闪光系统，特别是闪光LiDAR。在闪光系统中，相应的光信号可以同时照射相对大部分的监控区域或整个监控区域。

至少一个光源可以有利地实施为激光器，特别是二极管激光器。激光器尤其可以用于发射脉冲光信号。激光器可用于发射人眼可见或不可见波长范围内的光信号。

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车辆，特别是客车、卡车、公共汽车、摩托车等，飞机，特别是无人驾驶飞机，和/或船只。本发明也可以用于可以自主或至少半自主操作的车辆。然而，本发明不限于车辆。它也可以用于固定场景、机器人和/或机器中，特别是建筑或运输机械，例如起重机、挖掘机等。

检测设备可以有利地连接到车辆或机器的至少一个电子控制设备或者可以是其一部分，特别是驾驶员辅助系统和/或底盘控制系统和/或驾驶员信息装置和/或停车辅助系统和/或手势识别系统等。这样，车辆或机器的至少一些功能可以自主或半自主操作。

检测设备可以用于检测静止或运动的物体，特别是车辆、人、姿态、运动、动物、植物、障碍物、道路不规则性，特别是坑洼或岩石、道路边界、交通标志、自由空间，特别是停车位、降水等。

在一有利实施例中，

至少一个电容部件可以包括至少一个电容器或由其构成，

和/或

至少一个充电状态比较装置可以包括至少一个比较器或由其构成，和/或

至少一个充电状态比较装置可以直接或间接地连接到用于切换至少一个电路径的至少一个开关部件。以这种方式，安全装置可以使用简单且节省空间的部件来实现。

至少一个电容部件可以有利地包括至少一个电容器或由其构成。电容器可以简单且节省空间的方式实现。电容器可以储存电荷。电容器的充电状态可以由电容器电压来表征。电容器电压在这里用作电容器的充电状态变量。

可替代地或另外，安全装置可以有利地包括至少一个充电状态检测装置。使用至少一个充电状态检测装置可以确定至少一个电容部件的充电状态变量。

至少一个充电状态检测装置可以有利地直接或间接地连接到至少一个电容部件。以这种方式，可以在至少一个电容部件处直接确定充电状态变量。

至少一个充电状态检测装置可以有利地包括电压检测装置。以这种方式，可以在至少一个电容部件处确定电压。因此，电压可被确定为电容部件的充电状态变量。

至少一个充电状态检测装置可以有利地连接到至少一个电容部件的端子，利用该端子，至少一个电容部件连接到光源电流路径。以这种方式，可以确定至少一个电容部件相对于地的电压。

可替代地或另外，至少一个充电状态比较装置可以有利地包括至少一个比较器。可以使用比较器将施加在至少一个电容部件处的电压与相应的极限电压进行比较。极限电压在这里可以用作极限电荷状态变量。可以在比较器的输出端直接输出至少一个警报状态的状态变量。这里至少一个状态变量可以是数字的，特别是逻辑0或逻辑1。这样，电能供应可以相应地在两种状态之间切换，特别是接通或切断。

至少一个比较器可以有利地实现为模拟比较器。以这种方式，模拟变量，特别是电容部件的模拟充电状态变量，可以相互比较。

使用至少一个微控制器、至少一个场效应晶体管(FET)和/或至少一个运算放大器(OPA)可以有利地实现至少一个充电状态比较装置。

可替代地或另外，至少一个充电状态比较装置可以有利地直接或间接地连接到用于切换至少一个电路径的至少一个开关部件。以这种方式，可以控制电路径，特别是闭合或中断电路径。

至少一个电路径可以有利地是电流路径，特别是光源电流路径。以这种方式，可以直接在电流路径中，特别是在用于至少一个光源的光源电流路径中中断或闭合电流供应。

可替代地或另外，至少一个电路径可以是控制路径。用于切换光源电流路径的控制装置，特别是晶体管等，可以经由控制路径，特别是通过控制电压来控制。

在另一有利实施例中，至少一个电容部件可以布置在至少一个电流路径中。至少一个电容部件的充电状态可以通过电流路径改变，特别是独立于至少一个光源的运行状态。

至少一个电流路径可以有利地是充电电流路径。至少一个电容部件可以通过充电电流路径充电，特别是独立于至少一个光源的运行状态。

可替代地或另外，至少一个电流路径可以是放电电流路径。至少一个电容部件可以通过放电电流路径放电，特别是独立于至少一个光源的运行状态。

至少一个电容部件可以有利地导电连接到至少一个光源的光源电流路径。以这种方式，电容部件可以通过光源电流路径直接放电或充电。在这种情况下，电容部件可以另外布置在充电电流路径或放电电流路径中，其中电容部件可以在光源电流路径被中断的运行阶段中被充电或放电。

可替代地或另外，至少一个电容部件可以有利地通过控制装置，特别是晶体管等，连接到至少一个光源的光源电流路径。根据光源电流路径是打开还是中断，控制装置可以释放或中断相应的电流路径，至少一个电容部件位于该电流路径中。这里，具有电容部件的电流路径可以是放电电流路径或充电电流路径或可切换电流路径。

至少一个电容部件可以有利地在光源电流路径被中断并且至少一个光源不发射光的操作阶段被充电。一旦至少一个光源电流路径闭合并且至少一个光源发射光，电容部件可以同时经由光源电流路径放电。

如果至少一个光源电流路径交替闭合和中断，使得至少一个光源发射光脉冲，则至少一个电容部件可以相应地交替充电或放电。在光源电流路径闭合的持续时间内，至少一个电容部件可以有利地经由该路径放电。在光源电流路径被中断的持续时间内，至少一个电容部件可以经由至少一个充电电流路径被充电。

至少一个充电电流路径可以有利地包括至少一个充电电流供应装置。以这种方式，至少一个电容部件可以与相应的光源电流供应装置分开充电。

在另一有利实施例中，至少一个电阻器可以布置在至少一个电流路径中。充电电流或放电电流以及因此充电时间或放电时间可以通过相应地选择电阻器并结合至少一个电容部件的电容来指定。因此，至少一个充电电阻器和至少一个电容部件可以实现定时元件。

在另一有利实施例中，

至少一个电阻器，

和/或

至少一个电流方向相关的电气阻断部件，

可以布置在至少一个电容部件和光源电流路径之间。借助于具有闭合的光源电流路径的至少一个电阻器，特别是放电电阻器，可以在至少一个电容部件和光源电流路径之间指定电流，特别是电容部件的放电电流。至少一个电阻器和至少一个电容部件充当定时元件。

放电时间可以通过相应地选择至少一个电阻器、尤其是至少一个放电电阻器和至少一个电容部件的组合来确定。

通过至少一个电容部件、放电电阻器和/或可能的充电电阻器的适当组合，可以将安全装置预设到所需的光能极限。

可替代地或另外，至少一个电流方向相关的电气阻断部件可以布置在至少一个电容部件和光源电流路径之间。以这种方式，在光源电流路径闭合的阶段中，电流方向可以由电容部件来指定。

可以有利地设计至少一个电流方向相关的电气阻断部件，使得当光源电流路径中断时，至少一个电容部件可以通过充电电流路径充电，并且当光源电流路径闭合时，可以通过光源电流路径放电。以这种方式，至少一个电容部件可以在光发射的循环中交替充电和放电。在正确的操作中，充电循环和放电循环可以相等，使得至少一个电容部件的充电状态保持在极限充电状态之上。一旦充电状态变量低于极限充电状态变量，就可以相应地使用至少一个充电状态比较装置来设置至少一个警报状态。

在另一有利实施例中，至少一个可控电光源开关部件可以布置在光源电流路径中。使用电光源开关部件可以交替地闭合或中断光源电流路径。因此，可以影响通过光源电流路径的电流，从而影响使用至少一个光源的光发射。

至少一个可控电光源开关部件可以有利地包括或由至少一个晶体管构成，特别是pnp晶体管、npn晶体管、场效应晶体管(FET)和/或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，或者特别是具有高有效复位输出或低有效复位输出的另一可控开关部件。

在另一有利实施例中，至少一个光源开关部件可以可控的方式连接到至少一个信号发生装置。可以使用至少一个信号发生装置来设置电光源开关部件的开关状态。

使用至少一个信号发生装置可以产生用于控制至少一个可控电光源开关部件的开关信号，特别是开关脉冲。因此，根据开关信号，光源电流路径可被闭合和中断，特别是交替地闭合和中断。

至少一个信号发生装置可以有利地包括脉冲发生器或由其构成。以这种方式，可以使用控制脉冲来激活至少一个可控电光源开关部件的控制输入。以这种方式，根据控制脉冲闭合和中断光源电流路径，使得可以使用至少一个光源发射相应的光脉冲。

至少一个信号发生装置可以是具有至少一个光源的光发生装置的一部分。光发生装置可以是带有安全装置的检测设备的一部分。

在另一有利实施例中，至少一个充电状态比较装置可以直接或间接地连接到：

用于至少一个光源的至少一个光源电流供应装置的至少一个开关元件，和/或

至少一个光源的至少一个光源电流供应装置的供应电流路径中的至少一个开关元件，

和/或

至少一个光源开关部件的控制路径中的至少一个信号发生装置，

和/或

光源电流路径中的至少一个开关元件。以这种方式，至少一个光源的电能供应可以通过充电状态比较装置来控制，特别是减少或切断。

至少一个充电状态比较装置可以有利地连接到至少一个光源的至少一个光源电流供应装置的至少一个开关部件。以这种方式，可以相应地使用包含在其中的开关部件来控制光源电流供应装置，特别是将其切断。

可替代地或另外，至少一个充电状态比较装置可以有利地连接到至少一个光源的至少一个光源电流供应装置的供应电流路径中的至少一个开关部件。以这种方式，至少一个光源电流供应装置的电流供应可以相应地被控制，特别是被切断。

可替代地或另外，至少一个充电状态比较装置可以有利地连接到光源电流路径中的至少一个光源开关部件的至少一个控制输入。以这种方式，通过光源电流路径的电流可以经由至少一个光源开关部件被控制，特别是被切断。

可替代地或另外，至少一个充电状态比较装置可以有利地连接到至少一个光源开关部件的控制路径中的至少一个信号发生装置。以这种方式，如果使用安全装置检测到错误，则可以借助于至少一个信号发生装置来激活光源开关部件以闭合。

至少一个充电状态比较装置的至少一个输出可以有利地通过至少一个另外部件，特别是至少一个另外控制和/或开关装置，间接地连接到至少一个开关部件和/或至少一个控制输入和/或至少一个信号发生装置。可以通过这种方式实现附加功能。

可替代地或另外，至少一个充电状态比较装置的至少一个输出可以有利地直接连接到至少一个开关部件和/或至少一个控制输入和/或至少一个信号发生装置。这样，可以减少所需部件的数量。

可替代地或另外，至少一个充电状态比较装置可以直接或间接地连接到光源电流路径中的至少一个开关部件。这样，光源电流路径可被直接中断。

此外，根据本发明，该目的在发射装置中实现，因为安全装置包括：

以这种方式，在发射装置运行期间，可以提高安全性，特别是眼睛安全性和/或使用至少一个发射装置照明的物体的安全性。因此，发射装置也可以在例如道路交通的情况下操作，在这些情况下，人可能受到使用该发射装置发射的光的影响。

此外，根据本发明，该目的在检测设备中实现，因为安全装置包括：

以这种方式，可以在检测设备的操作期间提高安全性，特别是眼睛安全性和/或使用至少一个发射装置照明的物体的安全性。因此，检测设备也可以在例如道路交通中的情况下操作，在这些情况下，人可能受到使用发射装置发射的光的影响。

此外，根据本发明，该目的在车辆中实现，因为安全装置包括：

车辆可以有利地包括至少一个驾驶员辅助系统。这样，车辆可以自主或至少半自主地运行。

至少一个检测设备可以有利地连接到车辆的驾驶员座椅识别系统。以这种方式，车辆可以基于使用至少一个检测设备从至少一个监控区域确定的信息，特别是物体信息，自主地或至少半自主地运行。

根据本发明，该目的还在该方法中实现，因为：

至少暂时闭合至少一个光源所在的光源电流路径，

将表征连接到光源电流路径的至少一个电容部件的充电状态的充电状态变量与指定的极限充电状态变量进行比较，

根据比较结果设置至少一个警报状态，

并且基于至少一个警报状态来控制至少一个光源的能量供应。

根据本发明，通过闭合的光源电流路径改变至少一个电容部件的充电状态。至少一个电容部件可以有利地通过闭合的光源电流路径放电，特别是相对于另一个电势，特别是相对于地。

如果由充电状态变量表征的至少一个电容部件的充电状态达到指定的极限充电状态变量，则至少一个警报状态被设置为错误状态。在错误状态下，相应地控制至少一个光源的能量供应，特别是关闭。

在该方法的一有利实施例中，可以改变电流路径中的至少一个电容部件的充电状态。以这种方式，至少一个电容部件可以独立于光源电流路径是闭合还是中断而被充电或放电。

至少一个电流路径可以有利地是充电电流路径，其中至少一个电容部件可被充电。可替代地或另外，至少一个电流路径可以是放电电流路径，其中至少一个电容部件可被放电。电流路径也可以是可切换的。因此，至少一个电容部件可以根据设置通过电流路径充电或放电。

在该方法的另一有利实施例中，光源电流路径可以交替地闭合和中断。这样，至少一个光源可被交替激活。因此，可以使用至少一个光源发射光脉冲。此外，至少一个电容部件可以通过与充电电流路径相结合的交替闭合和中断的光源电流路径交替放电和充电。以这种方式，在正确的操作中，至少一个电容部件的充电状态可以保持在极限充电状态之上或之下。

此外，结合根据本发明的安全装置、根据本发明的发射装置、根据本发明的检测设备、根据本发明的车辆和根据本发明的方法及其相应的有利实施例指出的特征和优点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结合，其中可以产生超过各个效果总和的进一步的有利效果。

附图说明

从下面的描述中，本发明的其他优点、特征和细节将变得显而易见，其中参照附图更详细地解释了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有意义的进一步组合。示意性地，在附图中，

图1示出了车辆的前视图，该车辆具有驾驶员辅助系统和用于监控车辆前方行驶方向上的监控区域的LiDAR系统；

图2示出了具有来自图1的驾驶员辅助系统和LiDAR系统的车辆的功能图；

图3示出了根据第一示例性实施例的来自图1和图2的LiDAR系统的发射设备的功能图示；

图4示出了来自图3的发射装置的电容器的电容器电压和安全装置的警报状态的时间曲线的比较；

图5示出了根据第二示例性实施例的来自图1和图2的LiDAR系统的发射装置的功能图示；

图6示出了电容器的电容器电压的时间曲线和来自图5的发射装置的安全装置的警报状态的比较。

在附图中，相同的部件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了客车形式的车辆10的前视图。图2示出了车辆10的功能图。

车辆10具有例如LiDAR系统12形式的光学检测设备。LiDAR系统12例如布置在车辆10的前翼子板中，并且在车辆10前方沿行驶方向16指向监控区域14。LiDAR系统12可以用于监控物体18的监控区域14。LiDAR系统12也可以在车辆10上的另一个位置不同地布置和定向。

LiDAR系统12可以检测静止或运动的物体18，特别是车辆、人、姿态、运动、动物、植物、障碍物、道路不规则性，特别是坑洼或岩石、道路边界、交通标志、自由空间，特别是停车位、降水等。

此外，车辆10具有驾驶员辅助系统20。车辆10可以使用驾驶员辅助系统20自主或半自主地操作。驾驶员辅助系统20功能性地连接到LiDAR系统12。因此，使用LiDAR系统12检测到的物体信息，例如物体18相对于车辆10的距离、方向和/或速度，可被传输到驾驶员辅助系统20。驾驶员辅助系统20可以使用物体信息来控制车辆10的运行。

作为示例，LiDAR系统12包括发射装置22、接收装置24以及控制和评估装置26。

可以使用发射装置22发射扫描光脉冲28。可选地，扫描光脉冲28可以使用偏转装置(在此不再赘述)导入监控区域14。

可以使用接收装置24接收源自在监控区域14中的物体18处反射的扫描光脉冲28的回波光脉冲30，并将其转换成电信号。

使用接收装置24产生的电信号可以使用控制和评估装置26进行处理，并且可以从中获得相应的物体信息。LiDAR系统12可以例如根据所谓的飞行时间方法(TOF)来操作。使用LiDAR系统12获得的信息可以由控制和评估装置26传输到驾驶员辅助系统12，并由此被处理。此外，可以使用控制和评估装置26来控制LiDAR系统12的功能。

发射装置22包括光产生装置32和安全装置34。图3示出了根据第一示例性实施例的发射装置22的电路图。

扫描光脉冲28可以使用光产生装置32产生。使用安全装置34可以增加发射装置22的眼睛安全性。使用安全装置34，例如在LiDAR系统12发生故障的情况下，有可能防止由扫描光脉冲28发射的光能变得如此之高，以至于可能导致对眼睛的伤害。

光产生装置32包括电光源供应装置36、激光二极管38形式的光源和晶体管40形式的光开关装置。

光源供应装置36可以是例如电源单元等形式的电流供应装置，使用该电流供应装置可以向激光二极管38供应电流。

此外，光产生装置32包括电阻器42。电阻器42布置在光源供应装置36的端子(例如正极)和激光二极管38之间。光源供应装置36的负极连接到地54。

此外，光产生装置32包括电信号发生装置46，使用其可以生成用于产生扫描光脉冲28的电控制信号。信号发生装置46连接到控制输入，例如晶体管40的基极48。

举例来说，晶体管40被设计为npn晶体管。在光源供应装置和另一电路的另一示例性实施例(未示出)中，可以替代地使用pnp晶体管、FET、MOSFET等。

晶体管40的一个电源端，例如集电极50，连接到激光二极管38的自由端。晶体管40的另一个电源端，例如发射极52，连接到地54。

总的来说，光源供应装置36、电阻器42、激光二极管38、晶体管40和相应的连接线形成光源电流路径56。光源电流路径56可以例如通过开关晶体管40或以另一种方式被闭合或中断。

在发射装置22运行期间，使用信号发生装置46生成例如电压脉冲形式的控制信号，其施加在晶体管40的基极48上。相应地，晶体管40被切换为以脉冲方式打开，使得光源电流路径56闭合，并且电流流过激光二极管38。在晶体管40打开的持续时间内，激光二极管38发射光能。

为确保眼睛安全，发射的光能不能超过指定的光能极限。为了防止例如在发射装置22故障的情况下超过光能极限，监控光源电流传导路径56，并且如果必要的话使用安全装置34中断。

安全装置34包括电容器58形式的电容部件。电容器58使用一个电容器端子60连接到地54。另一个电容器端子62经由激光二极管38和晶体管40的集电极50之间的电阻器(例如放电电阻器64)和电流方向相关的电阻断元件(例如二极管66)连接到光源电流路径56。例如，二极管66可以是快速开关二极管，例如肖特基二极管。即使电流方向快速变化，肖特基二极管也能可靠地在阻断和传输之间切换。

二极管66相对于其阻断方向布置，使得电容器58可以通过光源电流路径56放电，但不能充电。例如，二极管66的阴极连接到光源电流路径56，阳极连接到放电电阻器64。

电容器58和放电电阻器64形成电容器58放电的定时元件。

此外，安全装置34具有充电供应装置68。充电供应装置可以是例如电源单元等形式的电流供应装置，使用其可以向电容器58供应充电电流。

充电供应装置68例如通过电阻器(例如充电电阻器70)将其正极连接到电容器58的电容器端子62。充电供应装置68的负极连接到地54。充电供应装置68、充电电阻器70和电容器58形成充电电流路径71。

在电容器58充电时，充电电阻器70和电容器58形成电容器58充电的定时元件。

此外，安全装置34包括检查装置72。

检查装置72包括电压检测装置74形式的充电状态检测装置。电压检测装置74连接到电容器58的电容器端子62。可以使用电压检测装置74来检测施加在电容器58处的电容器电压U_C。施加在电容器58处的电容器电压U_C表征电容器58的充电状态，并被用作充电状态变量。

此外，检查装置72包括充电状态比较装置，例如模拟电比较器76的形式。充电状态比较装置可以例如使用微控制器、场效应晶体管(FET)和/或运算放大器(OPA)来实现。

使用比较器76，电容器58的充电状态，即电容器电压U_C形式的充电状态变量，可以与指定的极限充电状态，例如极限电容器电压U_TH形式的极限充电状态变量进行比较。如果电容器电压U_C达到指定的极限电容器电压U_TH，则可以使用比较器76将安全装置34的警报状态AS设置为错误状态。当电容器58放电持续极限持续时间t_TH时，达到指定的极限电容器电压U_TH。极限持续时间是激光二极管38可以发射光的最大持续时间。

例如，只要电容器电压U_C高于极限电容器电压U_TH，就可以在比较器76的输出处输出逻辑1或相应的电位作为警报状态AS的解除状态。如果电容器电压U_C低于极限电容器电压U_TH，则可以在比较器76的输出处输出逻辑0或相应的电位作为警报状态AS的错误状态。可替代地，比较器76可以设计成输出逻辑0作为释放状态，输出逻辑1作为警报状态AS的错误状态。

比较器76的输出处的警报状态AS可以通过检验装置72的信号输出78输出。警报状态AS可以作为控制信号传输到安全开关部件80。激光二极管38的能量供应可以相应地使用安全开关部件80来限制，例如中断。

例如，安全开关部件80可以布置在负极和地54之间的光源供电装置36的电流供应中。因此，可以使用安全开关部件80来中断光源供应装置36的电流供应。

另外或可替代地，安全开关部件可以布置在光产生装置32的其他点。作为示例，三个安全开关部件80a、80b和80c在图3中由虚线表示。安全开关部件80a可以集成在例如光源供应装置36中。可替代地或另外，安全开关部件80b可以布置在激光二极管38和晶体管40之间的光源电流路径56中。光源电流路径56因此可以在那里中断。可替代地或另外，安全开关部件80c可以集成在信号发生装置46中。以这种方式，信号发生装置46的控制信号可以相应地受到影响，使得晶体管40被阻断，并且光源电流路径56因此被中断。

在LiDAR系统12的操作中，使用信号发生装置46生成脉冲控制信号，使用该信号发生装置46相应地切换晶体管40以脉冲方式传输或阻断。结果，光源电流传导路径56被交替地闭合和中断。

在晶体管40被切换为传输并且光源电流路径56被闭合的阶段，电流流过激光二极管38，使得它传输扫描光脉冲28。此外，在晶体管40被切换成传输的阶段，电容器58经由安全装置34的二极管66被切换到打开方向，使得电容器58能够经由放电电阻器64放电。

相反，在晶体管40的阻断阶段，光源电流路径56被中断，使得没有电流可以流过激光二极管38。激光二极管38在这个阶段不发射扫描光脉冲28。此外，二极管66在该阶段阻断，从而电容器58的放电被中断。

在发射装置22的正确操作中，电容器58的放电通过使用充电供应装置68经由充电电阻器70对电容器58充电来均衡。以这种方式，电容器58的电容器电压U_C在正确操作中总是保持在极限电压之上。在正确的操作中，在检验装置72的信号输出78处施加释放状态作为警报状态AS，使得具有检验装置72的安全开关部件80保持释放。

如果例如由于晶体管40的控制器或晶体管40本身的故障，晶体管40的打开时间变长，使得在使用激光二极管38发射扫描光脉冲28时可以超过指定的光能极限，则电容器58的放电时间也相应增加。使用充电供应装置68，电容器58的放电不再能够被均衡。电容器58的充电状态以及电容器电压U_C降低。如果电容器电压U_C下降到低于指定的极限电容器电压U_TH，则比较器76输出处的变量因此在警报状态AS的错误状态下改变。警报状态AS的错误状态被输出到信号输出78。基于警报状态AS的错误状态，安全开关部件80被激活以闭合。激光二极管38的能量供应被中断，并且扫描光脉冲28的产生停止。总的来说，这样就重新建立了眼睛的安全性。

在图4中，通过举例的方式定性地比较了电容器电压U_C和警报状态AS的时间曲线。当低于限制电容器电压U_TH时，警报状态AS从释放状态1切换到错误状态0。

图5示出了根据第二示例性实施例的发射装置22的电路图。与图3中的第一示例性实施例相似的那些元件具有相同的附图标记。第二示例性实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，在光源电流路径56闭合的运行阶段，电容器58通过晶体管82形式的控制装置充电。为此目的，晶体管82的基极通过二极管66连接到光源电流路径56。晶体管82的一个电源端连接到电阻器64，电阻器64在这里充当充电电阻器。晶体管82的另一个电源端通过合适的供应装置68连接。

在光源电流路径56闭合的操作阶段，电容器58通过充电电阻器64充电。充电曲线的轮廓在图6中以示例的方式示出。在光源电流路径56被中断从而激光二极管38不发射光的操作阶段，电容器58通过放电电阻器70放电。电容器电压U_C在这里如在第一示例性实施例中一样通过检验装置72与极限电容器电压U_TH进行比较。

Claims

1.一种用于至少一个光源(38)的安全装置(34)，

用于防止在使用至少一个光源(38)的光发射(28)中超过指定的光能极限，该安全装置：

包括用于影响至少一个光源(38)的电能供应的至少一个电气部件(58、64、66、68、70、72)，

其中，

安全装置(34)包括：

至少一个电容部件(58)，其连接到至少一个光源(38)的光源电流路径(56)，

至少一个充电状态比较装置(76)，其直接或间接地连接到至少一个电容部件(58)，使用该充电状态比较装置，表征至少一个电容部件(58)的充电状态的充电状态变量(U_C)可以与指定的极限充电状态变量(U_TH)进行比较，并且根据比较结果可以设置用于影响至少一个光源(38)的电能供应的至少一个警报状态(AS)。

2.如权利要求1所述的安全装置，其中，

至少一个电容部件(58)包括至少一个电容器或由其构成，

和/或

至少一个充电状态比较装置(76)包括至少一个比较器(76)或由其构成，

和/或

至少一个充电状态比较装置(76)直接或间接地连接到用于切换至少一个电路径(56)的至少一个开关部件(80、80a、80b、80c)。

3.如权利要求1或2所述的安全装置，其中，至少一个电容部件(58)布置在至少一个充电电流路径(71)或一个放电电流路径中。

4.如权利要求3所述的安全装置，其中，至少一个电阻器(70)布置在至少一个电流路径(71)中。

5.如前述权利要求中任一项所述的安全装置，其中，

至少一个电阻器(64)，

和/或

至少一个电流方向相关的电气阻断部件(66)，

布置在至少一个电容部件(58)和光源电流路径(56)之间。

6.如前述权利要求中任一项所述的安全装置，其中，至少一个可控电光源开关部件(40)布置在光源电流路径(56)中。

7.如权利要求6所述的安全装置，其中，至少一个光源开关部件(40)可控地连接到至少一个信号发生装置(46)。

8.如前述权利要求中任一项所述的安全装置，其中，至少一个充电状态比较装置(76)直接或间接地连接到：

用于至少一个光源(38)的至少一个光源电流供应装置(36)的至少一个开关部件(80a)，

和/或

在用于至少一个光源(38)的至少一个光源电流供应装置(36)的供应电流路径中的至少一个开关部件(80)，

和/或

在至少一个光源开关部件(40)的控制路径中的至少一个信号发生装置(46、80c)，

和/或

在光源电流路径(56)中的至少一个开关部件(80b)。

9.一种用于光的发射装置(22)，具有至少一个光源(38)，并且具有用于防止在使用至少一个光源(38)的光发射(28)中超过指定的光能极限的至少一个安全装置(34)，

其中，至少一个安全装置(34)包括用于影响至少一个光源(38)的电能供应的至少一个电气部件(58、64、66、68、70、72)，

其中，

安全装置(34)包括：

10.一种用于通过光信号(28)监控物体(18)的至少一个监控区域(14)的检测设备(12)，

具有至少一个发射装置(22)，该发射装置具有用于产生光信号(28)的至少一个光源(38)，

具有至少一个接收装置(24)，用于接收在至少一个监控区域(14)中反射的光信号(30)，

其中，至少一个发射装置(22)包括用于防止在使用至少一个光源(38)的光发射(28)中超过指定的光能极限的至少一个安全装置(34)，

其中，

安全装置(34)包括：

11.一种车辆(10),具有至少一个检测设备(12),用于通过光信号(28)监控物体(18)的至少一个监控区域(14),其中，至少一个检测设备(12)包括：

至少一个发射装置(22)，其具有用于产生光信号(28)的至少一个光源(38)，

至少一个接收装置(24)，用于接收在至少一个监控区域(14)中反射的光信号(30)，

其中，

安全装置(34)包括：

12.一种用于操作至少一个光源(38)的方法，其中，

使用至少一个光源(38)产生光信号(28),并且

使用至少一个安全装置(34)，如果在使用至少一个光源(38)的光信号(28)发射中超过指定的光能极限，则减少用于供给至少一个光源(38)的供电能量，

其中，

至少一个光源(38)位于其中的光源电流路径(56)至少暂时闭合，

将表征连接到光源电流路径(56)的至少一个电容部件(58)的充电状态的充电状态变量(U_C)与指定的极限充电状态变量(U_TH)进行比较，

根据比较结果设置至少一个警报状态(AS)，

并且基于至少一个警报状态(AS)来控制至少一个光源(38)的能量供应。

13.如权利要求12所述的方法，其中，电流路径(71)中的至少一个电容部件(58)的充电状态被改变。

14.如权利要求12或13所述的方法，其中，光源电流路径(56)交替闭合和中断。