用于检测物体的检测装置的具有射束移位装置的发射装置、相应的检测装置、车辆和操作发射装置的方法与流程

本发明涉及一种用于借助电磁扫描信号来检测物体的检测装置的发射装置，具有用于产生电磁扫描信号的至少一个信号源且具有用于移位电磁扫描信号的信号路径的至少一个射束移位装置。此外，本发明涉及一种用于借助电磁扫描信号来检测物体的检测装置，其具有至少一个发射装置，发射装置包括用于产生电磁扫描信号的至少一个信号源和用于移位电磁扫描信号的信号路径的至少一个射束移位装置，并且具有用于接收电磁回波信号的至少一个接收装置，所述电磁回波信号源自在物体上反射的电磁扫描信号。此外，本发明涉及一种具有用于借助电磁扫描信号来检测物体的至少一个检测装置的车辆，其具有至少一个发射装置，发射装置包括用于产生电磁扫描信号的至少一个信号源和用于移位电磁扫描信号的信号路径的至少一个射束移位装置，并且具有用于接收电磁回波信号的至少一个接收装置，所述电磁回波信号源自在物体上反射的电磁扫描信号。此外，本发明涉及一种用于操作检测装置的发射装置的方法，该检测装置用于借助电磁扫描信号来检测物体，其中使用至少一个信号源产生电磁扫描信号，并且使用至少一个射束移位装置移位至少一个电磁扫描信号的信号路径。

背景技术：

1、从us2020/0333461 a1中已知一种用于光探测和测距(lidar)的发射器。该发射器包括：激光源，其被配置为提供原生激光束；光准直器，其被配置为准直原生激光束，以形成沿侧向方向发射的输入激光束；以及射束移位装置，其被配置为沿垂直于侧向方向的竖直方向将输入激光束移位一个位移，以形成输出激光束，其中输出激光束和输入激光束彼此平行。

2、本发明基于这样的目的，即设计在开始时提到的类型的一种发射装置、一种检测装置、一种车辆和一种方法，其中可以提高发射电磁扫描信号的发射频率。

技术实现思路

1、根据本发明，该目的在发射装置中实现，因为

2、发射装置包括至少两个信号源，所述至少两个信号源能够被单独激活以产生电磁扫描信号，

3、至少一个射束移位装置可在至少两个位移状态之间调节，其中位移状态被分配给不同的信号源，

4、在分别分配给信号源的位移状态下，在至少一个射束移位装置的输出端处的至少两个信号源的信号路径位于发射装置的公共主信号路径上。

5、根据本发明，提供至少两个信号源，它们可以被单独激活。以这种方式，信号源可以被相继地、特别是交替地激活，以产生电磁扫描信号。所述至少一个射束移位装置的相应位移状态被分配给信号源。通过相应地设置所述至少一个射束移位装置的位移状态，活动信号源的信号路径被移位到公共主信号路径上。这样，所述至少两个信号源的扫描信号在公共主信号路径上被发射。因此，扫描信号在所述至少一个射束移位装置之后采取相同路径，直接或间接地，特别是经由其他部件，例如光学系统、扫描信号偏转装置等，进入检测装置的监测区域。通过使用检测装置监测监测区域以监测对象。

6、在具有单个信号源的情况下，由于物理原因，可以相继产生扫描信号的发射频率是有限的。限制因素可以特别是由相应的供电部件提供所需的电功率或安培数的限制。本发明使得多个信号源能够按时间顺序被激活，以产生相应的扫描信号，并且通过适当设置所述至少一个射束移位装置，使得每个扫描信号能够被引导到公共主信号路径上。因此，相对于使用单独信号源可能的发射频率，使用发射装置发射扫描信号的发射频率总体上可以提高。

7、根据本发明的检测装置可以用于其中在物体检测中需要相应高的测量频率，特别是高的扫描频率的应用领域。特别是在车辆中，为了可靠地检测物体，在高速驾驶操纵过程中需要高的测量频率。使用根据本发明的检测装置，这是可能的。

8、电磁扫描信号的信号路径可以通过使用射束移位装置来移位。这种射束移位装置在英语中可以被称为“射束偏移器”。本发明意义上的信号路径是扫描信号传播的路径。信号路径的特征在于扫描信号的传播方向和空间位置。在信号路径发生位移时，扫描信号的传播方向保持不变。只有信号路径的位置随着位移而改变。结果，原始信号路径和移位的信号路径彼此平行偏移地延伸。

9、至少一个信号源可以有利地是光学信号源。光学扫描信号可以通过使用光学信号源产生。光学扫描信号可以是光信号，特别是激光信号。信号源可以包括或由激光器或激光二极管构成。

10、至少一个信号源可以有利地包括至少一个光学系统，特别是光学透镜等，通过使用所述光学系统，所产生的扫描信号可以被影响，特别是被聚焦和/或扩展。

11、至少一个信号源可以有利地被设计用于产生信号脉冲形式的光学扫描信号。可以通过使用检测装置的接收装置将脉冲扫描信号分配给相应的脉冲回波信号。

12、有利地，检测装置可以根据信号飞行时间方法，特别是信号脉冲飞行时间方法来操作。根据信号脉冲飞行时间方法操作的检测装置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。

13、有利地，检测装置可以被设计为扫描系统。在这种情况下，可以通过使用电磁扫描信号，特别是光信号，对监测区域进行采样，也就是说扫描。为此，扫描信号的传播方向可以扫过监测区域。这里可以使用至少一个扫描信号偏转装置。

14、有利地，检测装置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包括激光器，特别是二极管激光器，作为信号源。特别地，脉冲激光信号可以使用激光器作为扫描信号被发射。激光器可用于发射人眼可见或不可见波长范围内的扫描信号。因此，检测装置的接收装置可以包括为发射的扫描信号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，特别是(雪崩)光电二极管、光电二极管线、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。监测区域尤其可以使用激光扫描仪通过脉冲激光扫描信号来扫描。

15、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，特别是乘客车辆、卡车、公共汽车、摩托车等，飞行器，特别是无人机，和/或船只。本发明也可以用于可以自主或至少半自主地被操作的车辆。然而，本发明不限于车辆。它还可以用于固定操作、在机器人和/或机器中，特别是建筑或运输机械，例如起重机、挖掘机等。

16、检测装置可以有利地连接到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/或驻车辅助系统和/或手势识别系统等。这样，车辆或机器的至少一部分功能可以自主或半自主地执行。

17、该检测装置可以用于检测静止或运动的物体，特别是车辆、人、动物、植物、障碍物、道路不规则物，特别是坑洞或岩石、道路边界、交通标志、空地，特别是停车位、降水等，和/或运动和/或姿势。

18、在一个有利的实施例中，

19、至少一个射束移位装置可以包括至少一个射束移位装置元件，所述射束移位装置元件可以通过使用至少一个可控致动器来移动以设置位移状态，

20、和/或

21、至少一个射束移位装置的至少一个射束移位装置元件可以围绕至少一个射束移位装置轴线倾斜，以设置位移状态，

22、和/或

23、至少一个射束移位装置的至少一个射束移位装置元件可以围绕两个射束移位装置轴线倾斜，以设置位移状态，这两个射束移位装置轴线特别地彼此正交。

24、至少一个射束移位装置可以有利地包括至少一个射束移位装置元件。通过改变所述至少一个射束移位装置元件的位置和/或取向，可以相应地移位扫描信号的信号路径。

25、可以通过使用可控致动器来移动所述至少一个射束移位装置元件。以这种方式，所述至少一个射束移位装置可以被设置到相应的位移状态。

26、至少一个射束移位装置元件可以围绕至少一个射束移位装置轴线倾斜，以设置位移状态。倾斜运动可以容易且精确地实施。通过围绕射束移位装置轴线倾斜，扫描信号的信号路径可以相应地在一个维度上移位。通过围绕两个射束移位装置轴线倾斜，扫描信号的信号路径可以相应地在两个维度上移位。通过使用彼此正交的射束位移装置轴线，可以实施扫描信号的信号路径在两个维度中的有效位移。

27、有利的是，至少一个射束移位装置元件可以实施为窗口。窗口可以稳定地可移动地设置在相应的框架中。

28、至少一个射束移位装置元件可以有利地由至少一种可透射扫描信号的材料制成，并且可以包括至少两个平行表面，所述平行表面横向于电磁扫描信号的要移位的信号路径延伸。这样，扫描信号的信号路径可以通过所述至少一个射束移位装置元件的相应枢转或倾斜而平行移位。

29、至少一个射束移动装置的至少一个致动器可以有利地包括或由至少一个电和/或机电驱动器构成，特别是马达、压电驱动器、双金属致动器等。电驱动器和机电驱动器可以通过使用电控制信号来控制，特别是借助于电控制装置或电控制和评估装置来控制。

30、有利地，可以根据检测装置的其他装置的控制来控制至少一个射束移位装置，所述其他装置特别是至少一个信号源、至少一个接收装置和/或至少一个扫描信号偏转装置。以这种方式，可以通过使用检测装置更精确地进行测量。

31、通过使用相同的控制信号，特别是触发信号，和/或通过相同的控制装置，可以有利地控制检测装置的至少一个射束移位装置和至少一个其它装置。这样，可以更精确和/或更容易地实施控制。

32、在另一个有利的实施例中，至少一个射束移位装置可以包括至少部分透射电磁扫描信号的至少一个射束移位装置元件，和/或至少一个射束移位装置可以包括至少部分反射电磁扫描信号的至少一个射束移位装置元件。这样，所述至少一个射束移位装置元件可以更灵活地布置在信号源的信号路径中。

33、至少一个射束移位装置元件可以有利地是反射式或透射式的。替代地，至少一个射束移位装置元件可以是部分反射和部分透射的。这样，可以更灵活地设计发射装置。

34、至少一个射束移位装置元件可以有利地由玻璃、塑料等或者另一种类型的反射和/或透射材料构成。这样的材料易于加工，特别是模制。此外，这样的材料相对便宜和/或鲁棒。

35、在另一个有利的实施例中，发射装置可以包括至少一个控制装置，利用该至少一个控制装置可以控制所述至少一个射束移位装置和/或所述至少两个信号源。以这种方式，所述至少一个射束移位装置和/或所述至少两个信号源可以被有意地激活。

36、所述至少一个控制装置可以有利地是电控制装置。以这种方式，控制可以电气方式进行。所述至少一个控制装置可以用软件和/或硬件来实施。

37、在另一个有利的实施例中，发射装置的至少一个控制装置可以包括这样的器件，利用该器件可以以彼此匹配的方式控制所述至少一个射束移位装置和所述至少两个信号源。以这种方式，所述至少一个射束移位装置的位移状态可以在相应的活动信号源上被有意地设定。

38、在另一个有利的实施例中，所述至少两个信号源的信号路径可以在扫描信号的传播方向上、在所述至少一个射束移位装置之前彼此平行地延伸。这样，可以通过使用所述至少一个射束移位装置通过到主信号路径上的平行移位来移位每个信号路径。

39、在另一个有利的实施例中，至少一个光学系统可以布置在主信号路径中。通过使用所述至少一个光学系统，扫描信号可以在传播方向上、在所述至少一个射束移位装置之后被相应地影响，特别是被扩展和/或聚焦。

40、通过使用所述至少一个光学系统在扫描信号偏转装置的偏转元件，特别是反射镜等的限定区域上，扫描信号可以有利地被成像，特别是被聚焦。

41、有利地，至少一个光学系统可以包括至少一个光学透镜。光学透镜可以容易地实施和设置。

42、在另一个有利的实施例中，至少两个信号源对于产生的电磁扫描信号可以是相同的和/或

43、至少两个信号源对于产生的电磁扫描信号可以是不同的。这样，扫描信号可以适应于发射装置的使用区域。

44、有利地，可以通过使用至少两个信号源产生相同的扫描信号。这样，可以总是通过使用相同的扫描信号独立于活动信号源来扫描监测区域。

45、替代地或附加地，不同的扫描信号，特别是具有不同波长的扫描信号，可以有利地通过使用至少两个信号源来产生。以这种方式，可以提高检测装置的用于检测物体的性能范围。

46、在另一个有利的实施例中，

47、至少两个信号源的输出侧可以布置在离至少一个射束移位装置相同的距离处，

48、和/或

49、至少两个信号源的输出侧可以布置在离至少一个射束移位装置不同的距离处，

50、和/或

51、至少两个信号源的输出侧可以沿着横向于，特别是垂直于信号路径和/或主信号路径延伸的线布置，

52、和/或

53、至少三个信号源的输出侧可以沿着横向于，特别是垂直于信号路径和/或主信号路径延伸的平面布置。

54、至少两个信号源的输出侧可以有利地布置在离至少一个射束移位装置相同的距离处。这样，可以实现相等的信号飞行时间。

55、替代地或附加地，至少两个信号源的输出侧可以有利地布置在离至少一个射束移位装置不同的距离处。这样，信号源可以以节省空间的方式相对于彼此偏移地布置。

56、替代地或附加地，至少两个信号源的输出侧可以有利地沿着横向于，特别是垂直于信号路径和/或主信号路径延伸的线布置。这样，通过仅围绕一个轴线倾斜射束移位装置的射束移位装置元件，信号路径可以各自移位到主信号路径上。

57、替代地或附加地，至少三个信号源的输出侧可以有利地沿着横向于信号路径和/或主信号路径延伸的表面布置。因此，信号源可以总体上以节省空间的方式平坦地布置。

58、在另一个有利的实施例中，如果布置了至少三个信号源，则相邻信号源的信号路径可以各自以相等的间距延伸。以这种方式，通过均匀改变所述至少一个射束移位装置的位移状态，可以将单独信号路径移位到主信号路径上。因此，位移状态的设置总体上可以变得更简单。

59、在另一个有利的实施例中，

60、至少两个信号源的信号路径可以在垂直于射束移位装置轴线延伸的平面中延伸，至少一个射束移位装置的至少一个射束移位装置元件可以围绕该射束移位装置轴线倾斜，

61、和/或

62、至少两个信号源的信号路径可以在平行于射束移位装置轴线延伸的平面中延伸，至少一个射束移位装置的至少一个射束移位装置元件可以围绕该射束移位装置轴线倾斜。以这种方式，通过使所述至少一个射束移位装置元件围绕一个射束移位装置轴线和/或围绕两个射束移位装置轴线倾斜，相应信号源的信号路径可以各自移位到主信号路径上，所述两个射束移位装置轴线特别是彼此正交地延伸。

63、在另一个有利的实施例中，发射装置可以包括至少一个扫描信号偏转装置，其被布置在所述至少一个射束移位装置的主信号路径中。可以通过使用扫描信号偏转装置将扫描信号偏转到监测区域中。借助于所述至少一个射束移位装置，可以使来自所有信号源的扫描信号撞击在所述至少一个信号偏转装置的相同区域上。

64、发射装置可以有利地包括至少一个可调扫描信号偏转装置。以这种方式，可以改变监测区域中扫描信号的传播方向。

65、发射装置可以有利地包括至少一个扫描信号偏转装置，所述至少一个扫描信号偏转装置具有至少一个可倾斜、可枢转和/或可旋转的扫描信号偏转元件。以这种方式，可以扫描监测区域中扫描信号的传播方向。因此，可以通过使用扫描信号扫描监测区域。

66、发射装置的至少一个扫描信号偏转装置的至少一个扫描信号偏转元件可以有利地包括或由偏转反射镜等构成。偏转反射镜可以容易且鲁棒地实施。

67、发射装置可以有利地包括具有至少一个致动器的至少一个扫描信号偏转装置。扫描信号偏转装置对扫描信号的偏转效果可以通过使用致动器来改变。通过使用至少一个致动器，扫描信号偏转元件可以有利地移动，特别是被倾斜、枢转或倾斜。

68、至少一个致动器可以有利地是电控的。以这种方式，扫描信号偏转装置可以通过电控制器件控制，特别是通过使用至少一个控制装置或控制和评估装置。

69、至少一个致动器可以有利地包括至少一个电驱动器，特别是步进马达、检流计等。这种致动器可以容易地实施和控制。

70、至少一个扫描信号偏转装置可以有利地包括或由至少一个枢转反射镜、微机电枢转反射镜(mems)等构成。这种扫描信号偏转装置可以以简单和/或节省空间的方式实施。此外，这种扫描信号偏转装置可以被鲁棒地实施。以这种方式，检测装置也可以在恶劣条件下可靠地被操作，例如在车辆或类似物中或上。

71、在另一个有利的实施例中，多个射束移位装置可以级联的方式一个在一个之后地布置。以这种方式，可以增加信号源的数量，所述信号源的信号路径可以移位到主信号路径上。

72、此外，在检测装置的情况下，根据本发明实现了该目的，因为

73、发射装置包括至少两个信号源，所述至少两个信号源能够被单独激活以产生电磁扫描信号，

74、至少一个射束移位装置可在至少两个位移状态之间调节，其中位移状态被分配给不同的信号源，

75、在分别分配给信号源的位移状态下，在至少一个射束移位装置的输出处的至少两个信号源的信号路径位于发射装置的公共主信号路径上。

76、根据本发明，检测装置包括根据本发明的发射装置，通过使用该发射装置可以有意地将扫描信号发射到监测区域中。通过使用接收装置可以接收反射的电磁扫描信号作为电磁回波信号。可以通过使用接收装置的相应接收器将电磁回波信号转换成电接收信号。可以分别基于接收的回波信号或电接收信号从监测区域获得信息，特别是关于物体的信息。这种信息尤其可以是被检测物体相对于检测装置的距离、方向和/或速度。

77、有利地，检测装置可以包括至少一个控制装置，特别是电子控制装置。检测装置的部件可以被电子控制，特别是通过使用所述至少一个控制装置。因此，所述至少一个发射装置、所述至少一个接收装置以及可能的至少一个扫描信号偏转装置和/或一个回波信号偏转装置可以被更有意识地激活，特别是同步地激活。

78、替代地或附加地，检测装置可以包括至少一个评估装置。以这种方式，可以评估通过使用所述至少一个接收装置从电磁回波信号中确定的电接收信号。

79、评估装置可以包括这样的器件，利用该器件从电接收信号中确定位置变量，特别是距离变量、方向变量和/或速度变量，这些变量可以表征被检测物体的位置，特别是相对于检测装置的距离、方向和/或速度。

80、有利地，检测装置的控制功能和用于评估接收信号的评估功能可以以集中的方式实施，特别是通过控制和评估装置，或者至少部分地以分散的方式通过相应的控制器件和评估器件实现，特别是在软件和/或硬件上。

81、此外，根据本发明，该目的在车辆中实现，因为发射装置包括至少两个信号源，所述至少两个信号源可以被单独激活以产生电磁扫描信号，

82、至少一个射束移位装置可在至少两个位移状态之间调节，其中位移状态被分配给不同的信号源，

83、在分别分配给信号源的位移状态下，在至少一个射束移位装置的输出处的至少两个信号源的信号路径位于发射装置的公共主信号路径上。

84、根据本发明，车辆包括至少一个检测装置，利用该至少一个检测装置可以监测车辆周围或车辆内的至少一个监测区域，尤其是用于监测物体。本发明使得能够在高速驾驶操纵期间实现高测量频率。因此，即使在高行驶速度下也能可靠地检测到物体。

85、车辆可以有利地包括至少一个驾驶辅助系统。车辆可以通过使用驾驶员辅助系统自主或至少半自主地被操作。

86、有利地，至少一个检测装置可以功能性地连接到车辆的至少一个驾驶员辅助系统。以这种方式，关于监测区域的信息，尤其是距离变量、方向变量和/或速度变量，可以由所述至少一个检测装置确定，可以被传输到所述至少一个驾驶员辅助系统。在考虑到关于监测区域的信息的情况下，车辆可以通过使用所述至少一个驾驶员辅助系统而被自主或者至少半自主地操作。

87、根据本发明，该目的还在该方法中实现，因为

88、用于产生电磁扫描信号的至少两个信号源被单独激活，

89、其中至少一个射束移位装置被设定为至少两个位移状态之一，这两个位移状态分别被分配给至少一个活动信号源，

90、在至少一个射束移位装置的输出处的相应的至少一个活动信号源的信号路径在相应的位移状态中被移位到用于所述至少两个信号源的公共主信号路径上，相应的位移状态各自被分配给至少一个活动信号源。

91、根据本发明，相继激活多个信号源以发射扫描信号，其中根据相应的活动信号源来调节所述至少一个射束移位装置，使得活动信号源的信号路径被移位到主信号路径上。以这种方式，所有扫描信号在所述至少一个射束移位装置之后沿着主信号路径传播，而与相应的活动信号源无关。因此，所有扫描信号都可以发射到监测区域的相同区域或另一个扫描信号偏转装置上。检测装置可以操作的测量频率因此可以总体上增加。

92、至少一个射束移位装置的控制可以有利地适用于至少一个信号源的控制。以这种方式，所述至少一个射束移位装置的位移状态可以随着相应的活动信号源的变化而调节。

93、信号源的激活和所述至少一个射束移位装置的位移状态的调节可以有利地被联合触发。这样，可以减少控制信号，特别是触发信号的费用。

94、此外，结合根据本发明的发射装置、根据本发明的检测装置、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实施例指出的特征和优点在这里以相互对应的方式适用，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。