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用于偏转检测设备的电磁信号束的信号偏转装置、检测设备、具有至少一个检测设备的车辆以及用于操作信号偏转装置的方法
CN117242366A
China
Worldwide applications
Application CN202280030028.2A events
2023-12-15
Status
Pending
Description
translated from
技术领域
本发明涉及一种用于偏转检测设备的电磁信号束的信号偏转装置，该检测设备用于借助电磁信号束对至少一个监测区域进行采样，该信号偏转装置具有：
至少一个偏转单元，该偏转单元具有至少一个偏转元件和至少一个致动器，该偏转元件能够改变其对电磁信号束的偏转效果，该致动器用于改变至少一个偏转元件的偏转效果。
本发明还涉及一种用于借助电磁信号束监测至少一个监测区域的检测设备，该检测设备具有：
至少一个发射装置，用于生成电磁信号束，
至少一个接收装置，用于接收电磁信号束并将接收的电磁信号束转换成电接收信号，
至少一个信号偏转装置，用于偏转电磁信号束以对至少一个监测区域进行采样，以及
至少一个控制装置，用于控制该检测设备，
其中，至少一个信号偏转装置包括至少一个偏转单元，该偏转单元具有至少一个偏转元件和至少一个致动器，该偏转元件能够改变其对电磁信号束的偏转效果，该致动器用于改变该至少一个偏转元件的偏转效果。
此外，本发明涉及一种具有至少一个检测设备的车辆，该检测设备用于借助电磁信号束监测至少一个监测区域，该检测设备具有：
至少一个发射装置，用于生成电磁信号束，
至少一个接收装置，用于接收电磁信号束并将接收的电磁信号束转换成电接收信号，
至少一个信号偏转装置，用于偏转电磁信号束以对至少一个监测区域进行采样，以及
至少一个控制装置，用于控制该检测设备，
其中，至少一个信号偏转装置包括至少一个偏转单元，该偏转单元具有至少一个偏转元件和至少一个致动器，该偏转元件能够改变其对电磁信号束的偏转效果，该致动器用于改变该至少一个偏转元件的偏转效果。
此外，本发明涉及一种用于操作信号偏转装置的方法，该信号偏转装置用于偏转检测设备的电磁信号束，该检测设备用于借助电磁信号束监测至少一个监测区域，其中，使用至少一个致动器来改变至少一个偏转元件对电磁信号束的偏转效果，从而对至少一个监测区域进行采样。
背景技术
从JP 2007 316016A中已知一种雷达装置。该雷达装置将波发射到空间中，并且接收由空间中存在的反射对象反射的波，由此在雷达装置中测量参考时间信号，该参考时间信号测量与反射对象相关的数据。该雷达装置包括用于生成脉冲调制波的发射装置，用于将所生成的波整形为发射波束并辐射到空间中的辐射装置，以及用于偏转波束的波束采样装置。从控制单元向波束采样单元提供波束控制信号，该波束控制信号指定预定的波束采样速度和采样方向。根据这些分配的指令，波束采样单元执行采样以改变由辐射单元形成的发射波束和由接收波束整形单元形成的接收波束的方向。例如，为了改变波束方向，波束采样单元设置有反射镜，并且可以通过机械地改变反射镜表面的方向来改变波束方向。
发明内容
本发明基于设计在引言部分中提到的类型的信号偏转装置、检测设备、车辆和方法的目的，其中可以提高用电磁信号束对至少一个监测区域进行采样期间的分辨率。
该目的在信号偏转装置中通过以下事实得以实现：至少两个具有不同偏转效果的偏转单元一个接一个地布置在待偏转的电磁信号束的信号路径中，其中，至少一个移位偏转单元对待偏转的电磁信号束具有移位偏转效果，并且至少一个变向偏转单元对待偏转的电磁信号束具有变向偏转效果。
根据本发明，至少两个对待偏转的电磁信号束具有不同偏转效果的偏转单元一个接一个地布置。待偏转的信号束通过至少一个移位偏转单元移位。利用至少一个变向偏转单元改变待偏转的信号束的传播方向，特别是倾斜或旋转待偏转的信号束。
通过使用移位偏转单元，确保待偏转的电磁信号束在束轮廓场内移位，同时保持它们的传播方向。在这种情况下，信号束的束轮廓场的横截面由至少一个偏转元件的输出处的区域的横截面来规定，在该区域内，移位的信号束离开偏转元件。束轮廓场的横截面横向于信号束的传播方向延伸。特别是在信号束平行移位的情况下，束轮廓场的尺寸与距至少一个偏转元件的距离无关。以此方式，另一个偏转单元，特别是变向偏转单元，可以布置在至少一个移位偏转单元下游的可变距离处，其中，在另一偏转单元的输入侧上的束轮廓场的横截面在距前一个移位偏转单元的距离上是恒定的。移位偏转单元适用于在信号束偏转时进行精细调整。
在本发明的意义内，束轮廓场是偏转单元、尤其是移位和/或变向偏转单元下游的虚拟三维场，信号束在相应的偏转之后在该虚拟三维场内行进。利用相应的偏转单元、通过相应的偏转、用信号束对束轮廓场进行采样。发射器侧的信号偏转装置的最后一个偏转单元下游的束轮廓场对应于检测设备的监测区域。
可以使用变向偏转单元来扩展待偏转的信号束的束轮廓场。横向于信号束传播方向的束轮廓场的横截面在此取决于距变向偏转单元的距离。因此，可以实现这样的束轮廓场，其在相应距离处的横截面明显大于变向偏转单元的相应偏转元件横向于信号束传播方向的范围。变向偏转装置适用于在信号束偏转时进行粗略调整。
通过根据本发明的至少一个移位偏转单元与至少一个变向偏转单元的组合，可以将精细调整和粗略调整结合。以此方式，当用电磁信号束对至少一个监测区域进行采样时的分辨率可以整体提高。因此，可以利用检测设备确定监测区域的更详细的点云。
有利的是，检测设备可以根据光的飞行时间法操作，特别是光脉冲飞行时间法。根据光脉冲飞行时间法工作的检测设备可以被设计并称为飞行时间(TOF)系统、光检测和测距(LiDAR)系统、激光检测和测距(LADAR)系统等。
有利的是，检测设备可以被实施为扫描系统。在这种情况下，可以用电磁信号束、特别是光脉冲对监测区域进行采样，也就是说扫描。为此，信号束的传播方向可以扫过监测区域。这里可以使用至少一个根据本发明的信号偏转装置。
有利的是，检测设备可以被实施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作为光源，特别是二极管激光器。特别地，激光器可以用于发送脉冲激光信号作为信号束。激光器可用于发射人眼可见或不可见波长范围内的信号束。因此，检测设备的至少一个接收器可以具有针对发射光的波长设计的检测器，特别是点传感器、线传感器或面传感器，尤其是(雪崩)光电二极管、光电二极管线性阵列、CCD传感器、有源像素传感器(特别是CMOS传感器)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特别地使用脉冲激光信号束对监测区域进行采样。
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自动或至少半自动操作的车辆。然而，本发明不限于车辆。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至车辆或机器的至少一个电子控制装置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。以此方式，车辆或机器的至少一些功能可以自动或半自动地执行。
该检测设备可以用于检测站立或移动的对象(特别是车辆、人、动物、植物、障碍物)、道路不平整处(特别是坑洼或岩石)、道路边界、路标、空地(特别是停车位)、积水等，和/或运动和/或姿势。
在有利的实施例中，至少一个移位偏转单元可以不具有变向偏转效果。以此方式，可以确保至少一个移位偏转单元下游的观看区域在信号束传播方向上的横截面是恒定的，而与距离无关。因此，利用至少一个移位偏转单元，可以甚至更精细地调节信号束的偏转。
在另一个有利的实施例中，至少一个移位偏转单元可以具有至少一个束移位器或者由至少一个束移位器构成。束移位器可用于使电磁信号束移位。
有利的是，至少一个束移位器可以具有至少一个偏转元件，特别是窗口形式的偏转元件。通过改变至少一个偏转元件的位置和/或方位，可以相应地使待偏转的信号束移位。适用于传输信号束的偏转元件可以通过窗口实施。
此外，至少一个束移位器可以有利地具有至少一个致动器，可以利用该致动器驱动至少一个偏转元件以改变信号束的移位。
有利的是，至少一个偏转元件可以由对于信号束是透射的材料制成，并且具有至少两个平行表面，该平行表面横向于待偏转的电磁信号束的信号路径延伸。以此方式，通过相应地旋转、倾斜和/或转动至少一个偏转元件，可以使待偏转的信号束平行地移位。
在另一个有利的实施例中，至少一个移位偏转单元可以被布置在待偏转的电磁信号束的信号路径中至少一个变向偏转单元的上游。以此方式，可以使用至少一个移位偏转单元、使信号束沿着至少一个变向偏转单元的偏转元件移位，从而用于精细调节的目的。由于至少一个移位偏转单元的束轮廓场的横截面是恒定的而与距离无关，所以可以简化至少两个不同偏转单元的调节。
有利的是，至少一个变向偏转单元的偏转元件横向于信号束的范围至少与移位偏转单元下游的束轮廓场的横截面一样大。以此方式，通过至少一个不同的偏转单元而移位的信号束可以总是入射到至少一个变向偏转单元的偏转元件上。
有利的是，至少一个移位偏转单元的偏转元件的尺寸至少与入射到其上的电磁信号束的横截面一样大。以此方式，当信号束照射到偏转元件上时的损耗得以减少。
在另一个有利的实施例中，至少一个偏转单元可以具有至少一个反射至少一些待偏转的电磁信号束的偏转元件，和/或，至少一个偏转单元可以具有至少一个透射至少一些待偏转的电磁信号束的偏转元件。以此方式，所述至少一个偏转元件可以更灵活地布置在待偏转的电磁信号的信号路径中。至少一个偏转元件可以是反射式的或透射式的。替代地，至少一个偏转元件可以是部分反射和部分透射的。以此方式，可以更灵活地设计信号偏转装置。
有利的是，至少一个偏转元件可以具有至少一个反射镜元件、至少一个特别是由玻璃、塑料等制成的窗口或者不同的反射和/或透射元件，或者可由其构成。这种元件可以容易地并且以节省空间的方式实施。至少一个反射镜元件可以被实施为具有至少一个反射表面，特别是由金属等制成的反射表面。
在另一个有利的实施例中，至少一个偏转单元可以在一个维度上改变其偏转效果，和/或，至少一个偏转单元可以在两个维度上改变其偏转效果。以此方式，信号偏转装置可以更灵活地适应于检测设备的预期用途，从而在一个空间维度或两个空间维度上使信号束移动通过监测区域。
有利的是，在信号束的一维偏转的情况下，可以在两个维度上对监测区域进行采样，具体而言，在信号束的偏转方向和信号束的传播方向上进行采样。在信号束的二维偏转的情况下，可以在三个维度上对监测区域进行采样，具体而言，在两个维度的偏转方向上和传播方向上进行采样。
有利的是，可以组合至少两个具有不同偏转效果的偏转单元，使得可以用其中一个偏转单元使信号束在一个维度上偏转，并且可用另一个偏转单元使信号束在两个维度上偏转。
替代地或附加地，可以用两个偏转单元使信号束可偏转，在每种情况下，这两个偏转单元在一个维度上、特别是在相同的维度上具有不同的偏转效果。
替代地，可以用两个偏转单元使信号束可偏转，在每种情况下，这两个偏转单元在两个维度上、特别是在两个相同维度或不同维度上具有不同的偏转效果。可以以此方式进一步改变信号偏转装置的最终偏转效果。监测区域被采样的维度可以分布在偏转单元之间。
在另一个有利的实施例中，至少一个致动器可以具有至少一个电和/或机电驱动装置，或者由其构成，特别是马达、压电驱动器、双金属致动器等。
电驱动装置和机电驱动装置可以用电控制信号进行控制，特别是借助于电控制装置或者控制和评估装置来控制。
有利的是，信号偏转装置可以与检测设备的其他装置一起被控制，特别是至少一个发射装置、至少一个接收装置和/或至少一个其他信号偏转装置。
有利的是，信号偏转装置的至少部分的控制，特别是偏转单元的致动器的控制，以及检测设备的其他装置的控制，特别是至少一个发射装置和/或至少一个接收装置的控制，可以彼此协调，特别是彼此同步。以此方式，可以以更有针对性的方式对监测区域进行采样。因此，经由信号束和相应的反射信号束从监测区域获得的信息可以被更精确地分配。
在另一个有利的实施例中，至少一个致动器可以具有步进控制器或者连接至步进控制器。以此方式，可以精确地逐步设定相应偏转元件的偏转效果。
有利的是，步进控制器可以具有至少两种控制状态。以此方式，通过利用至少一个致动器，至少一个偏转元件可以在两种偏转效果之间改变，特别是在两个位置之间改变。
有利的是，至少一个致动器可以用于逐步地旋转、倾斜和/或转动至少一个偏转元件。以此方式，可以使用至少一个致动器逐步地改变偏转效果。
有利的是，至少一个致动器可以具有至少一个步进电机或者由至少一个步进电机构成。步进电机可以被精确控制。
在另一个有利的实施例中，两个以上的移位偏转单元可以级联的方式一个接一个地布置。以此方式，可以进一步提高至少一个监测区域的采样期间的分辨率。
在另一个有利的实施例中，至少一个偏转装置的至少一个偏转元件可以连接至至少一个致动器，使得该至少一个偏转元件可以旋转、倾斜和/或转动。以此方式，可以用至少一个致动器相应地调节该至少一个偏转元件。
有利的是，至少一个偏转元件可以具有至少一个旋转反射镜、微机电旋转反射镜(MEMS)、束移位器的窗口等，或者由它们构成。这种偏转元件可以容易地和/或以节省空间的方式实施。此外，这种偏转元件可以被鲁棒地实施。以此方式，检测设备也可以在恶劣条件下可靠地操作，例如在车辆等中或上。
在另一个有利的实施例中，信号偏转装置可以被分配给至少一个用于电磁信号束的发射装置，和/或，信号偏转装置可以被分配给至少一个用于电磁信号束的接收装置。以此方式，来自至少一个发射装置和/或来自监测区域的反射信号束可以相应地被偏转。
当执行对至少一个接收装置的分配时，可以使用信号偏转装置来偏转由至少一个发射装置生成的信号束，并且因此可以用信号束对监测区域进行采样。
当执行对至少一个接收装置的分配时，来自监测区域的不同方向的电磁信号束，特别是在对象处反射的电磁信号束，可以被引导到至少一个接收装置的至少一个检测器。
有利的是，至少一个信号偏转装置可以被分配给至少一个发射装置和至少一个接收装置。以此方式，仅用一个信号偏转装置就可以偏转所发送的信号束和从监测区域接收的信号束。
此外，根据本发明，该目的在检测设备中通过以下事实得以实现：至少两个具有不同偏转效果的偏转单元一个接一个地布置在待偏转的电磁信号束的信号路径中，其中，至少一个移位偏转单元对待偏转的电磁信号束具有移位偏转效果，并且至少一个变向偏转单元对待偏转的电磁信号束具有变向偏转效果。
有利的是，检测设备可以具有至少一个控制装置，特别是电子控制装置。通过使用控制装置，检测设备的各部件尤其可以通过电子装置来控制。因此，可以以更有针对性的方式对至少一个发射装置、至少一个接收装置和至少一个信号偏转装置进行控制，特别是同步控制。
替代地或附加地，至少一个检测设备可以具有至少一个评估装置。以此方式，可以评估由至少一个接收装置从电磁信号束中确定的电接收信号。
评估装置可以具有这样的装置：利用该装置从电接收信号中确定位置参数、特别是距离参数、方向参数和/或速度参数，这些参数可以表征被检测对象相对于检测设备的位置、特别是距离、方向和/或速度。
有利的是，检测设备的控制功能和用于评估信号束的评估功能可以集中地实现，特别是借助于控制和评估装置实现，或者至少部分地以分散的方式、借助于相应的控制装置和评估装置实现，特别是借助于软件技术和/或硬件技术实现。
此外，根据本发明，该目的在车辆中通过以下事实得以实现：至少两个具有不同偏转效果的偏转单元一个接一个地布置在待偏转的电磁信号束的信号路径中，其中，至少一个移位偏转单元对待偏转的电磁信号束具有移位偏转效果，并且至少一个变向偏转单元对待偏转的电磁信号束具有变向偏转效果。
根据本发明，车辆具有至少一个检测设备，利用该检测设备可以高分辨率地监测车辆环境中或车辆内的监测区域。
车辆可以有利地包括至少一个驾驶辅助系统。通过使用驾驶员辅助系统，车辆可以自动地或至少部分自动地运行。
有利的是，至少一个检测设备可以功能性地连接至车辆的至少一个驾驶员辅助系统。以此方式，可由至少一个检测设备确定的关于监测区域的信息，尤其是距离参数、方向参数和/或速度参数，可以被传输至该至少一个驾驶员辅助系统。在考虑关于监测区域的信息的情况下，可以使用至少一个驾驶员辅助系统自动地或至少部分自动地运行车辆。
此外，根据本发明，该目的在该方法中通过以下事实得以实现：使用至少两个偏转装置、以不同方式偏转电磁信号束，该至少两个偏转装置一个接一个地布置在待偏转的电磁信号束的信号路径中，其中，使用至少一个移位偏转单元来移位电磁信号束，并且使用变向偏转单元来改变电磁信号束的传播方向。
以此方式，当借助于信号束对至少一个监测区域进行采样时的分辨率可以提高。
在该方法的有利配置中，至少一个信号偏转装置的控制可以适应于检测设备的至少一个发射装置的控制和/或适应于检测设备的至少一个接收装置的控制。以此方式，可以以更有针对性的方式对至少一个监测区域进行采样。此外，基于反射的控制束，可以更精确地评估从监测区域获得的信息。
有利的是，至少一个信号偏转装置、至少一个发射装置和/或至少一个接收装置的控制可以同步。以此方式，可以进一步提高检测设备的精度。
此外，结合根据本发明的信号偏转装置、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以及它们各自的有利配置示出的特征和优点相应地彼此适用，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，本发明的其它优点、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以组合方式公开的特征，并将它们结合以形成有意义的进一步组合。示意性地，这些附图示出为：
图1是具有驾驶员辅助系统和用于检测车辆前方行驶方向上的对象的激光雷达(LiDAR)系统的车辆的前视图；
图2是图1中具有驾驶员辅助系统和LiDAR系统的车辆的功能图；
图3是根据第一示例性实施例的用在图1和图2的LiDAR系统中的信号偏转装置，其具有束移位器和偏转镜单元，偏转镜单元具有受驱旋转的偏转镜；
图4是图3中信号偏转装置的束移位器的前视图；
图5是图4中束移位器的窗口在两个示例性倾斜位置中的侧视图；
图6是使用图4和图5的束移位器而在两个移位位置上移位的激光信号束的横截面，这两个移位位置是在图5中窗口的两个倾斜位置上实现的；
图7是使用图4和图5的束移位器而在四个移位位置上移位的激光信号束的横截面，这四个移位位置是通过在两个维度上倾斜束移位器的窗口来实现的；
图8是根据第二示例性实施例的信号偏转装置以及用在图1和图2的LiDAR系统中的发射装置的等轴测图，其包括图4和图5的束移位器以及具有旋转驱动偏转镜的偏转镜单元；
图9是根据第三示例性实施例的信号偏转装置以及用在图1和图2的LiDAR系统中的发射装置的等轴测图，其包括图4和图5的束移位器以及两个偏转镜单元，偏转镜单元具有由检流计驱动的偏转镜；
图10示出了根据第四示例性实施例的信号偏转装置以及用在图1和图2的LiDAR系统中的发射装置，其包括以级联方式一个接一个布置的图4和图5中的两个束移位器以及具有受驱旋转的偏转镜的偏转镜单元。
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以示例方式示出了客车形式的车辆10的前视图。
车辆10具有检测设备，例如LiDAR系统12形式的检测设备，其被设计为激光扫描仪。图2示出了具有LiDAR系统12的车辆10的一部分的功能图。
举例来说，LiDAR系统12布置在车辆10的前挡泥板中。LiDAR系统12可用于监测在行驶方向16上位于车辆10前方的监测区域14中对象18的存在。LiDAR系统12也可以被布置在车辆10上的其他位置上并且具有不同的方位。LiDAR系统12可用于确定对象信息，例如对象18相对于车辆10或LiDAR系统12的距离、方向和速度。
为了更好地定位，笛卡尔外部V-H-L坐标系的相应坐标轴如图1、2、8和9所示。在所示的示例性实施例中，L轴平行于车辆10的车辆纵轴延伸，H轴平行于车辆横轴延伸，V轴垂直于H轴和L轴的平面、在空间中向上延伸。当车辆10在水平道路上运行时，H轴和L轴在空间上水平延伸。V轴在空间上垂直延伸。
对象18可以是静止的或移动的对象，例如其他车辆、人、动物、植物、障碍物、道路不平整处(例如坑洼或岩石)、道路边界、交通标志、自由空间(例如停车位)、积水等。
LiDAR系统12连接至驾驶员辅助系统20。驾驶员辅助系统20可用于自动或半自动地操作车辆10。
作为示例，LiDAR系统12包括发射装置22、信号偏转装置24、接收装置26以及控制和评估装置28。
控制和评估装置28的功能可以集中或分散地执行。控制和评估装置28的一些功能也可以集成在发射装置22或接收装置26中。控制和评估装置28的功能通过软件和硬件装置来实施。
控制和评估装置28可以用于生成电发射信号。可以通过电发射信号来控制发射装置22，从而使得发射装置22以光信号束的形式发射相应的电磁采样信号束30。发射装置22可以具有例如一个或多个激光器作为光源。采样信号束30例如是脉冲激光信号束。
通过发射装置22将采样信号束30发送到信号偏转装置24。信号偏转装置24用于将采样信号束30引导到监测区域14中，其中采样信号束30的传播方向在各测量之间发生改变。因此，可以用采样信号束30对监测区域14进行采样。
在对象18处朝向接收装置26的方向反射的电磁采样信号束30可以作为电磁回波信号束32被接收装置26接收。
接收装置26可以可选地具有回波信号偏转装置，电磁回波信号束32通过该回波信号偏转装置被引导至接收装置26的接收器。接收器可以具有例如至少一个点传感器、至少一个线传感器和/或至少一个面传感器，特别是(雪崩)光电二极管、光电二极管线性阵列、CCD传感器、有源像素传感器，例如CMOS传感器等，或者由其构成。
接收器可用于将电磁回波信号束32转换成相应的电接收信号。可以用控制和评估装置28来处理电接收信号。例如，控制和评估装置28可以用于从电接收信号中确定对象参数，例如距离参数、方向参数和/或速度参数，这些参数可以表征被检测对象18相对于LiDAR系统12或相对于车辆10的距离、方向和/或速度。通过使用控制和评估装置28，可以将所确定的对象参数传输至驾驶员辅助系统20。通过使用驾驶员辅助系统20，可以基于对象参数自动或部分自动地运行车辆10。
图3示出了根据第一示例性实施例的信号偏转装置24。
为了更好地定向，信号偏转装置24内的笛卡尔内部x-y-z坐标系的相应坐标轴在图3以及图4至图10中示出。在所示的示例性实施例中，x轴在信号偏转装置24的输入处平行于采样信号束30的传播方向延伸。
内部x-y-z坐标系指的是信号偏转装置24内部的布置。内部x-y-z坐标系的各个轴可以与引言部分提到的外部V-H-L坐标系的轴平行或同轴地延伸。x-y-z坐标系的轴也可以在不同的方向上延伸，例如与V-H-L坐标系的单个或所有轴成一定角度。
信号偏转装置24包括两个偏转单元，具体而言是束移位器34和偏转镜单元36。束移位器34和偏转镜单元36一个接一个地布置在待偏转的采样信号束30的信号路径37中。
图4示出了束移位器34的前视图，其中观察方向指向其背离发射装置22的一侧。束移位器34包括窗口38形式的偏转元件，该偏转元件可以改变其对电磁采样信号束30的偏转效果。窗口38由可透射采样信号束30的材料构成，例如玻璃或塑料。窗口38被布置在信号路径37中以用于传输。窗口38具有两个平行的平坦表面48，信号路径37与这两个平坦表面相交。
窗口38布置在框架44中，从而例如可围绕第一束移位器轴线40和第二束移位器轴线42倾斜。第一束移位器轴线40和第二束移位器轴线42彼此垂直。例如，第一束移位器轴线40平行于z轴延伸。第二束移位器轴线42平行于y轴延伸。在图3和图5中用实线示出的窗口38的示例性中间位置中，每个表面48都垂直于入射的采样信号束30的传播方向延伸。
此外，束移位器34具有致动器，例如电驱动器46形式的致动器。使用驱动器46，可以使窗口38在框架44中倾斜。驱动马达46连接至控制和评估装置28，以用于例如控制目的。
借助于图5至图7，在下文中以示例的方式解释了束移位器34对采样信号束30的偏转效果。
采样信号束30通过窗口38的表面48进行照射。在窗口38的中间位置，采样信号束30垂直入射到表面48上。采样信号束30的传播方向在窗口38的中间位置处不发生改变。采样信号束30以直线穿过窗口38。采样信号束30入射到虚拟内部成像平面50上的透射区域A中。
内部成像平面50是信号偏转装置24内部的虚拟平面，因此被称为“内部”平面。例如，内部成像平面50垂直于电磁采样信号束30的原始传播方向。例如，内部成像平面50平行于y-z平面延伸。
例如，通过使窗口38围绕第二束移位器轴线42倾斜一倾斜角Θ，采样信号束30平行地移位一位移量Δs。在所示的示例性实施例中，向上移位的采样信号束30入射到内部成像平面50上的透射区域B中。倾斜了倾斜角Θ的该窗口38和偏转的采样信号束30在图3和图5中分别由虚线示出。
位移量Δs以如下方式取决于倾斜角Θ、窗口38的厚度t以及窗口38的折射率n:
在束移位器34的一维操作中，窗口38仅围绕其中一个束移位器轴线倾斜，例如围绕第一束移位器轴线42倾斜。采样信号束30在一个维度上移位。
图6示出了在与x轴相反的观察方向上(即：垂直于内部成像平面50的范围)的透射区域A和B。图6在左侧示出了窗口38处于中间位置时、透射区域A中采样信号束30的位置，在右侧示出了当窗口38在一个维度上倾斜时、透射区域B中采样信号束30的位置。
通过使窗口38倾斜，采样信号束30在虚拟的三维束轮廓场51内移动。束轮廓场51的横截面取决于通过倾斜窗口38可以实现的最大位移Δs。通过倾斜窗口38时的平行移位，确保了束轮廓场51在x轴方向上具有恒定的横截面。束轮廓场51的横截面与距窗口38的距离无关。
在束移位器34的二维操作中，窗口38围绕束移位器轴线40和42二者倾斜，即：在两个维度上倾斜。图7示例性示出了采样信号束30的四个位置，具有相应的透射区域A、B、C和D，并且观察方向垂直于内部成像平面50。
对于图7左侧所示的采样信号束30的位置，窗口38被置于其中间位置。采样信号束30入射到内部成像平面50上的透射区域A中。通过使窗口38围绕第二束移位器轴线42倾斜一倾斜角Θ，采样信号束30在平行于x-z平面的平面中移位一位移量Δs，如根据图6的一维操作中的一样。如图7左侧第二幅图所示，采样信号30入射到内部成像平面50上的透射区域B中。
然后，束移位器34围绕第二束移位器轴线40旋转第二倾斜角Θ’。采样信号束30在平行于x-y平面的平面内移位一位移量Δs’。如图7中左侧第三幅图所示，采样信号束30入射到内部成像平面50上的透射区域C中。
然后，窗口38围绕第一束移位器轴线42旋转第一倾斜角Θ。采样信号束30平行于x-z平面移位一位移量Δs，并且如图7中第四幅图所示入射到内部成像平面50上的透射区域D中。
最后，窗口38围绕第二束移位器轴线40旋转第二倾斜角Θ’并回到其中间位置。采样信号束30平行于x-y平面移动，并且因此采样信号束30再次入射到成像平面50上的透射区域A中。
总体上，在束移位器34的二维操作中，束轮廓场51中的采样信号束30在两个维度上旋转，例如平行于x轴和平行于z轴的维度。
在未示出的示例性实施例中，可以为每个维度提供倾斜角Θ或Θ’的附加细分。以此方式，增加了采样信号束30在束轮廓场51中可以采用的移位位置的数量。这增加了采样信号束30偏转时的分辨率。
图3所示的信号偏转装置24的偏转镜单元36包括偏转镜52形式的偏转元件。偏转镜52布置在采样信号束30的信号路径37中，以用于反射。偏转镜52可以围绕镜旋转轴线54旋转。举例来说，镜旋转轴线54平行于第二束移位器轴线42并且平行于y轴延伸。
偏转镜52以可驱动的方式连接至致动器56，致动器56例如为步进电机的形式。致动器56连接至控制和评估装置28，以用于例如控制目的。
图3以示例的方式用虚线和实线示出了处于两个旋转位置的偏转镜52。通过改变偏转镜52的旋转位置，来自束移位器34并且入射到偏转镜52上的采样信号束30的传播方向在旋转平面中旋转，该旋转平面例如平行于x-z平面延伸。
通过使用偏转镜单元36改变采样信号束30的传播方向，在监测区域14中对束轮廓场51’进行采样。束轮廓场51’的横截面的尺寸分别随着距信号偏转装置24和偏转镜单元36的距离而增加。
根据采样信号束30与偏转镜52接触的区域以及旋转镜42的旋转位置，采样信号束30被引导到外部成像平面58中的相应透射区域E、F、G、I。
采样信号束30入射到偏转镜52上的区域由束移位器34的窗口38的倾斜位置指定。该区域位于束移位器34的束轮廓场51内。
外部成像平面58位于信号偏转装置24的外部，并且为了更好的区分，被称为“外部”。
对于旋转镜52的例如两个旋转位置中的每一旋转位置，由于束移位器34的窗口38的上述相应倾斜，外部成像平面58上的两个透射区域E和F或G和E被照射。
在这种情况下，透射区域E在窗口38的中间位置和用实线示出的偏转镜52的第一旋转位置上被照射。透射区域F在窗口38围绕第二束移位器轴线42具有倾斜角Θ的倾斜位置和偏转镜52的第一旋转位置上被照射。透射区域G在窗口38的中间位置和用虚线示出的偏转镜52的第二位置上被照射。透射区域I在窗口38围绕第二束移位器轴线42具有倾斜角Θ的倾斜位置和偏转镜52的第二旋转位置上被照射。
因此，相对于仅具有偏转镜单元36的信号偏转装置24，通过使用束移位器34对监测区域14进行采样期间的总分辨率相应地加倍。
在信号偏转装置24的运行过程中，例如可以首先将偏转镜52设置至其第一旋转位置。然后，可以一个接一个地调整窗口38的两个示例性倾斜位置，使得采样信号束30例如连续通过两个透射区域E和F。然后可以将偏转镜52设置至其第二旋转位置。可以连续调整窗口38的两个倾斜位置，使得采样信号束30连续通过另外两个透射区域G和I。
以此方式，在监测区域14的采样期间，可以利用偏转镜单元36实现分辨率的粗略调整，并且可以利用束移位器34实现精细调整。因此，通过使用束移位器34移位采样信号束30，由于偏转镜52的逐步旋转而在采样期间出现的间隙可以变得更小。
通过窗口38的相应倾斜和/或旋转镜52围绕两个相应的、特别是正交的轴线的旋转，可以可选地在一个维度或两个维度上、以相应的分辨率对监测区域14进行采样。
图8示出了根据第二示例性实施例的信号偏转装置24，以及LiDAR系统12的发射装置22。与图3至图7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，根据第二示例性实施例的信号偏转装置24具有旋转偏转镜单元36。旋转偏转镜单元36具有六角棱镜形式的镜体，在该镜体上，总共六个偏转镜52布置在其相对于镜旋转轴线54成圆周的外侧上。借助于步进电机形式的致动器56，具有偏转镜52的旋转镜体52围绕镜旋转轴线54被可旋转地驱动。
此外，在束移位器34和偏转镜单元36之间的信号路径37中设置固定的偏转镜60。通过使用偏转镜60，来自束移位器34的采样信号束30被偏转到偏转镜单元36的面向偏转镜60的偏转镜52上。
此外，光学透镜62设置在偏转镜单元36下游的信号路径37中，利用该光学透镜，偏转的采样信号束30可以在一个维度上扩展，例如在平行于V轴的维度上。
通过使用信号偏转装置24，监测区域14中的采样信号束30例如平行于H轴来回旋转。在这种情况下，类似于根据第一示例性实施例的信号偏转装置24，利用束移位器34实现采样信号束30的移位，并且利用偏转镜单元36实现采样信号束30的传播方向的改变。
图9示出了根据第三示例性实施例的信号偏转装置24，以及LiDAR系统12的发射装置22。与图3至图7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。第三示例性实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，根据第三示例性实施例的信号偏转装置24具有两个偏转镜单元36和36’。
每个偏转镜单元36和36’包括作为偏转元件的偏转镜52以及检流计形式的致动器56。偏转镜52由相应的致动器56驱动，从而围绕各自的镜旋转轴线54和54’来回旋转。
两个偏转镜单元36和36’的偏转镜52一个接一个地布置在信号路径37中，使得通过利用每个偏转镜单元36和36’，采样信号束30可以分别在一个维度上旋转，从而总共在两个维度上旋转。例如，两个偏转镜单元36和36’的镜旋转轴线54和54’彼此垂直设置。总的来说，因此可以在两个维度上对束轮廓场51’内的监测区域14进行采样，例如在H轴的方向上和在V轴的方向上。
图10示出了根据第四示例性实施例的信号偏转装置24，以及LiDAR系统12的发射装置22。与图3至图7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。第四示例性实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，在第四示例性实施例中，在每一情况下，以透射方式，两个束移位器34以级联的方式一个接一个地布置在采样信号束30的信号路径37中。通过使用两个束移位器34，采样信号束30各自相应地平行移位。以此方式，可以进一步提高采样信号束30偏转时的分辨率。
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1.一种用于偏转检测设备(12)的电磁信号束(30)的信号偏转装置(24)，所述检测设备(12)用于借助电磁信号束(30)对至少一个监测区域(14)进行采样，
所述信号偏转装置(24)具有至少一个偏转单元(34、36)，所述至少一个偏转单元(34、36)具有至少一个偏转元件(38、52)和至少一个致动器(46、56)，所述至少一个偏转元件(38、52)能够改变其对电磁信号束(30)的偏转效果，所述至少一个致动器(46、56)用于改变所述至少一个偏转元件(38、52)的偏转效果，
其特征在于
具有不同偏转效果的至少两个偏转单元(34、36)一个接一个地布置在待偏转的电磁信号束(30)的信号路径(37)中，
其中，至少一个移位偏转单元(34)对所述待偏转的电磁信号束(30)具有移位偏转效果，并且至少一个变向偏转单元(36)对所述待偏转的电磁信号束(30)具有变向偏转效果。
2.根据权利要求1所述的信号偏转装置，其特征在于，至少一个移位偏转单元(34)不具有变向偏转效果。
3.根据权利要求1或2所述的信号偏转装置，其特征在于，至少一个移位偏转单元(34)具有至少一个束移位器或由至少一个束移位器构成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的信号偏转装置，其特征在于，在所述待偏转的电磁信号束(30)的信号路径(37)中，至少一个移位偏转单元(34)布置在至少一个变向偏转单元(36)的上游。
5.根据前述权利要求中任一项所述的信号偏转装置，其特征在于，
至少一个偏转单元(34、36)具有反射至少一些所述待偏转的电磁信号束(30)的至少一个偏转元件(52)，和/或，
至少一个偏转单元(34、36)具有透射至少一些所述待偏转的电磁信号束(30)的至少一个偏转元件(38)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的信号偏转装置，其特征在于，
至少一个偏转单元(34、36)能够改变其在一个维度上的偏转效果，和/或，
至少一个偏转单元(34、36)能够改变其在两个维度上的偏转效果。
7.根据前述权利要求中任一项所述的信号偏转装置，其特征在于，至少一个致动器(46、56)具有至少一个电和/或机电驱动器，特别是马达、压电驱动器、双金属致动器等，或者由所述至少一个电和/或机电驱动器构成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的信号偏转装置，其特征在于，至少一个致动器(56)具有步进控制器或连接至步进控制器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的信号偏转装置，其特征在于，两个以上的移位偏转单元(34)以级联方式一个接一个地布置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的信号偏转装置，其特征在于，至少一个偏转装置的至少一个偏转元件(38、52)与至少一个致动器(46、56)连接，使得所述至少一个偏转元件(38、52)能够旋转、倾斜和/或转动。
11.根据前述权利要求中任一项所述的信号偏转装置，其特征在于，
所述信号偏转装置(24)被分配给用于电磁信号束(30)的至少一个发射装置(22)，和/或，
所述信号偏转装置(24)被分配给用于电磁信号束(30)的至少一个接收装置(26)。
12.一种用于借助电磁信号束(30)监测至少一个监测区域(14)的检测设备(12)，具有：
至少一个发射装置(22)，用于生成电磁信号束(30)，
至少一个接收装置(26)，用于接收电磁信号束(30)并将接收到的电磁信号束(30)转换成电接收信号，
至少一个信号偏转装置(24)，用于偏转电磁信号束(30)以对至少一个监测区域(14)进行采样，以及
至少一个控制装置(28)，用于控制所述检测设备(12)，
其中，至少一个信号偏转装置(24)包括至少一个偏转单元(34、36)，所述至少一个偏转单元(34、36)具有至少一个偏转元件(38、52)和至少一个致动器(46、56)，所述至少一个偏转元件(38、52)能够改变其对电磁信号束(30)的偏转效果，所述至少一个致动器(46、56)用于改变所述至少一个偏转元件(38、52)的偏转效果，
其特征在于
具有不同偏转效果的至少两个偏转单元(34、36)一个接一个地布置在待偏转的电磁信号束(30)的信号路径(37)中，
其中，至少一个移位偏转单元(34)对所述待偏转的电磁信号束(30)具有移位偏转效果，并且至少一个变向偏转单元(36)对所述待偏转的电磁信号束(30)具有变向偏转效果。
13.一种车辆(10)，具有至少一个检测设备(12)，用于借助电磁信号束(30)监测至少一个监测区域(14)，所述检测设备(12)具有：
至少一个发射装置(22)，用于生成电磁信号束(30)，
至少一个接收装置(26)，用于接收电磁信号束(30)并将接收到的电磁信号束(30)转换成电接收信号，
至少一个信号偏转装置(24)，用于偏转电磁信号束(30)以对至少一个监测区域(14)进行采样，以及
至少一个控制装置(28)，用于控制所述检测设备(12)，
其中，至少一个信号偏转装置(24)包括至少一个偏转单元(34、36)，所述至少一个偏转单元(34、36)具有至少一个偏转元件(38、52)和至少一个致动器(46、56)，所述至少一个偏转元件(38、52)能够改变其对电磁信号束(30)的偏转效果，所述至少一个致动器(46、56)用于改变所述至少一个偏转元件(38、52)的偏转效果，
其特征在于
具有不同偏转效果的至少两个偏转单元(34、36)一个接一个地布置在待偏转的电磁信号束(30)的信号路径(37)中，
其中，至少一个移位偏转单元(34)对所述待偏转的电磁信号束(30)具有移位偏转效果，并且至少一个变向偏转单元(36)对所述待偏转的电磁信号束(30)具有变向偏转效果。
14.一种用于操作信号偏转装置(24)的方法，所述信号偏转装置(24)用于偏转检测设备(12)的电磁信号束(30)，所述检测设备(12)借助电磁信号束(30)监测至少一个监测区域(14)，其中使用至少一个致动器(46、56)改变至少一个偏转元件(38、52)对电磁信号束(30)的偏转效果，从而对所述至少一个监测区域(14)进行采样，
其特征在于
使用布置在待偏转的电磁信号束(30)的信号路径(37)中的至少两个偏转装置以不同方式偏转所述电磁信号束(30)，
其中，使用至少一个移位偏转单元(34、36)移位所述电磁信号束(30)，并且使用变向偏转单元(36)改变所述电磁信号束(30)的传播方向。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，至少一个信号偏转装置(24)的控制适应于所述检测设备(12)的至少一个发射装置(22)的控制和/或适应于所述检测设备(12)的至少一个接收装置(26)的控制。