專利名稱：用于在自動門周圍進(jìn)行檢測的激光掃描和感測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種光掃描器和感測設(shè)備，尤其涉及激光掃描器設(shè)備，用于測量存在于被發(fā)射光束掃描的監(jiān)視區(qū)域中的目標(biāo)物體的范圍和角方向。這種設(shè)備可適用于門傳感器系統(tǒng)，用于檢測門中或門附近的監(jiān)視區(qū)域中的目標(biāo)物體的存在和/或運(yùn)動方向。
背景技術(shù)：
用于存在或運(yùn)動檢測的有源傳感器設(shè)備一般依據(jù)如下原則，即該設(shè)備包括發(fā)射器，該發(fā)射器沿某一區(qū)域(例如在地上或其上方)或待測空間的立體角(這里稱為監(jiān)視區(qū)域)的方向發(fā)射輻射物(通常為光或微波之類的電磁輻射)，還包括輻射檢測器，其用于檢測從監(jiān)測區(qū)域再次出現(xiàn)的部分輻射，該檢測例如是基于其反射率進(jìn)行的。當(dāng)輻射檢測器方向的反射率改變時，再次出現(xiàn)的輻射量也發(fā)生變化。舉例來說，當(dāng)物體進(jìn)入監(jiān)視區(qū)域時會發(fā)生這種情況。
US 2002/0018198 A1涉及一種距離測量方法和距離測量設(shè)備，其中旋轉(zhuǎn)多角鏡輪被用來產(chǎn)生掃描，在此期間，物體被掃描線掃過。至少一部分發(fā)射的光信號不在物體上反射而是由接收器接收為參考光信號并被轉(zhuǎn)換為參考信號。物體的距離是通過確定光傳播時間來測量的。而光傳播時間是通過確定反射信號與參考信號之間的相移來確定的。
US 2002/0008876 A1涉及一種發(fā)射測量裝置的漫射光障結(jié)構(gòu)，其中激光束經(jīng)透鏡發(fā)射至平面鏡，隨后通過間隔壁中的光束出口朝旋轉(zhuǎn)多角鏡發(fā)射。
由EP 0300663 A1和JP 05060994 A也可獲知用旋轉(zhuǎn)鏡影響光束軌線的作法。
此外，EP 1016850 A2、EP 0689033 A1、US 2002/0196424 A1、US 4864296和JP 2000028722 A公開了基于發(fā)送光束或脈沖反射測量的光學(xué)設(shè)備及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種有源光束發(fā)射傳感器設(shè)備，包括含脈沖光源的發(fā)射器，含光電檢測器的接收器，和偏轉(zhuǎn)裝置，例如旋轉(zhuǎn)鏡，該設(shè)備適合于使一束發(fā)射光脈沖掃過掃描區(qū)域以便覆蓋監(jiān)視區(qū)域。通過使用這種光束掃描裝置，可以在掃描被掃描區(qū)域中的一條或多條線，以便提供沿著與位于一條(或多條)掃描線上的反射目標(biāo)的距離的一條或多條線的完整分布情況。對目標(biāo)的檢測是基于朝被掃描區(qū)域發(fā)射并被反射回接收器的光脈沖的行程時間(TOF)測量的。確定行程時間并基于已知的光速推出距離。通過比較監(jiān)測區(qū)內(nèi)沒有目標(biāo)物體和出現(xiàn)目標(biāo)物體的情況下所獲得的的距離，可獲得可靠的存在感測。通過比較運(yùn)動目標(biāo)物體在監(jiān)視區(qū)域中的不同距離處獲得的距離分布情況，也可推出目標(biāo)沿著一條或多條掃描線的移動速度。
基于TOF測量所進(jìn)行的存在檢測有多個優(yōu)點。由于測量是按距離測量進(jìn)行的，所以測量結(jié)果與監(jiān)測區(qū)域中例如地面的反射率無關(guān)。因此，測量結(jié)果也與例如由監(jiān)視區(qū)域中的環(huán)境變化引起的反射率變化無關(guān)，例如與由于雨、雪或者樹葉之類的疏松小物體而引起的地面反射率變化無關(guān)。當(dāng)用脈沖激光作為脈沖光源時，可獲得非常精確的檢測線，避免了可能出現(xiàn)在監(jiān)視區(qū)域中的靜止物體的任何干擾，這與使用聚焦不那么強(qiáng)烈的傳感器設(shè)備時可預(yù)期的情況相反。
考慮到用作門傳感器的情況，可將精確的檢測線調(diào)整成覆蓋例如門開口的最大表面，以避免來自可移動門元件的干擾。激光掃描技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，例如參見美國專利5,949,530；5,604,580和5,291,262。相應(yīng)類型的傳感器基本上包括距離測量頭和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)?；诠獾腡OF距離測量包含短時脈沖和高重復(fù)率，從而允許獲得多個采樣(掃描)的平均值以實現(xiàn)低噪音，以及允許在光束在目標(biāo)物體和反射位置間來回的軌線上進(jìn)行極快的采集。
檢測系統(tǒng)使用了幾種類型的技術(shù)，其中許多都包括鏡。鏡可放置在馬達(dá)驅(qū)動的軸上，并且連續(xù)旋轉(zhuǎn)。鏡的位置必須與處理單元同步，以便在從沿掃描線的一次掃描到另一次掃描間獲得可靠的結(jié)果。
當(dāng)用在室外使用時，一般會將傳感器系統(tǒng)裝在殼體內(nèi)，以防惡劣的環(huán)境條件，例如雨水和灰塵影響光軌線。裝在經(jīng)歷諸如雨水或灰塵等惡劣條件的殼體中的傳感器將會經(jīng)受發(fā)射前蓋處或沿光脈沖軌線的強(qiáng)反射。另一個問題是老化，其可能消弱鏡和/或前蓋的反射和/或發(fā)射特性。這種作用導(dǎo)致接收器處的強(qiáng)烈反射，這在很長一段時間內(nèi)都會阻止傳感器設(shè)備正常工作。
因此本發(fā)明的一個目的在于提供一種適用于在諸如室外應(yīng)用這樣的應(yīng)用中使用的光掃描器設(shè)備，其中將會避免由于諸如雨水或灰塵之類的作用而非位于被掃描區(qū)中的目標(biāo)物體的反射引起的將發(fā)射光反射到接收器上的反射(所謂的串?dāng)_)，或?qū)⒃摲瓷浣档椭羶H為衰減的程度。另一個目的是提供一種確保長期使用時的良好可靠性的光掃描器設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，上述目的是通過提供一種用于測量目標(biāo)物體的范圍和角方向的光掃描器設(shè)備而實現(xiàn)的。此設(shè)備包括脈沖源，其適合于發(fā)射光脈沖；發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置，其適合于使發(fā)射光脈沖在可變的掃描方向上掃過掃描扇區(qū)；光電檢測裝置，其適合于檢測已在掃描扇區(qū)中被反射的接收光脈沖；接收器偏轉(zhuǎn)裝置，其適合于將已在掃描平面(15)中反射的光脈沖重新定向到光電檢測裝置(42)。
根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)備還包括光屏蔽裝置，其適合于從光學(xué)上屏蔽在其從脈沖源到發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置的軌線上的以及在其從發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置延伸到掃描扇區(qū)中的軌線的至少一部分上的發(fā)射光脈沖和在其在光電檢測裝置和接收器偏轉(zhuǎn)裝置之間的軌線上的以及在其在掃描扇區(qū)中延伸并結(jié)束于接收器偏轉(zhuǎn)裝置上的軌線的至少一部分上的反射光脈沖。光屏蔽裝置減少或避免了設(shè)備中或附近生成的發(fā)射光脈沖的反射或漫射光(“串?dāng)_”)到達(dá)光電檢測器。
這種設(shè)備適用于室外使用，這尤其是因為“分割的”光發(fā)射和接收路徑使得設(shè)備對于前板上的反射的敏感度比已知的傳感器設(shè)備低。
有利地，掃描扇區(qū)被包含在掃描平面內(nèi)。
優(yōu)選地，該設(shè)備還包括殼體，該殼體適合于至少容納脈沖源、發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置、接收器偏轉(zhuǎn)裝置、光電檢測裝置和光屏蔽裝置，從而光屏蔽裝置至少屏蔽在其位于殼體內(nèi)的全部軌線部分上的發(fā)射脈沖和接收脈沖。殼體防止設(shè)備的元件免受環(huán)境中存在的灰塵及污物覆蓋。
優(yōu)選地，發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置包括第一多面鏡，該多面鏡包括至少一個適于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的面。第一多面鏡可包括1至8個面。
更為優(yōu)選地，接收器偏轉(zhuǎn)裝置包括第二多面鏡，該多面鏡包括至少一個面，并且適合于與可變掃描方向同步地旋轉(zhuǎn)。
更為優(yōu)選地，發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置和接收器偏轉(zhuǎn)裝置都包括多面鏡，該多面鏡包括至少一個基本彼此平行的面，并且發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡和接收器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡適合于在公共旋轉(zhuǎn)軸上彼此同步地旋轉(zhuǎn)。
有利地，發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡和接收器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡形成分裂多面鏡，該分裂多面鏡包括凹槽，該凹槽適合于從光學(xué)上隔離發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡與接收器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡。凹槽幫助屏蔽鏡裝置內(nèi)傳播的漫射光。
優(yōu)選地，為了獲得最有效的屏蔽，光學(xué)屏蔽設(shè)備延伸到發(fā)射器偏置裝置的多面鏡和接收器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡之間的凹槽中。
或者，接收器偏轉(zhuǎn)裝置包括固定的鏡，該鏡適合于接收在掃描平面中反射的光脈沖。。優(yōu)選地，接收器偏轉(zhuǎn)裝置則包括平面形、球形或圓柱形鏡部分。
優(yōu)選地，脈沖源為脈沖激光器或脈沖激光二極管。
優(yōu)選地，光檢測設(shè)備包括諸如雪崩光電二極管的高速高增益光電檢測器，以使得接收器具有良好的靈敏性。
有利地，發(fā)射器鏡元件和接收器鏡元件適合于使得掃描扇區(qū)的傾斜角可變。優(yōu)選地，掃描扇區(qū)的傾斜角可在連續(xù)的掃描之間按傾斜角增加的方式變化。這允許了覆蓋住寬度比在掃描扇區(qū)中掃過的發(fā)射光脈沖束的直徑大的區(qū)域。
優(yōu)選地，檢測范圍是可變可控的。該可控性例如可通過電子加窗技術(shù)實現(xiàn)。檢測范圍的可控性允許了“過濾掉”來自非常遠(yuǎn)的物體的信號，例如當(dāng)監(jiān)視區(qū)域?qū)嶋H上是有限的空間立體角而非例如地面上的一個表面時，或當(dāng)監(jiān)視區(qū)域為地面上的表面的有限部分并且掃描器設(shè)備朝地面向下發(fā)射光脈沖時，該物體處于監(jiān)視范圍之外，從而該可控性允許了過濾掉比待檢測的目標(biāo)物體低的位于地面上的物體。
優(yōu)選地，從脈沖源發(fā)射的光脈沖形成束，該光脈沖束與已在掃描扇區(qū)中反射并已被接收器偏轉(zhuǎn)裝置重新定向到光電檢測裝置的光脈沖形成的束基本上平行。在這種配置中，包括脈沖源、發(fā)射器和接收器鏡面裝置以及接收器的光學(xué)組件無需其他光學(xué)元件來保持發(fā)射和接收路徑同軸，光電檢測器的視野能夠很容易地對齊，以覆蓋由反射光束掃過的掃描線。
優(yōu)選地，該設(shè)備還包括發(fā)射器透鏡，其適合于將發(fā)射光脈沖形成發(fā)射束。同樣優(yōu)選地，該設(shè)備還包括接收器透鏡，其適合于將已被接收器偏轉(zhuǎn)裝置重新定向的光脈沖的接收束聚焦到光電檢測裝置。這種組件也允許了減小掃描器設(shè)備的大小和制造成本。
有利地，該設(shè)備還包括還包括反射器裝置，其適合于在發(fā)射束未被發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置重新定向到掃描扇區(qū)中時，將發(fā)射脈沖束反射到光電檢測裝置上，以允許測量已知的檢測范圍作為光掃描器設(shè)備的參考。優(yōu)選地，反射器裝置是適合于反轉(zhuǎn)由脈沖源發(fā)射出的脈沖的傳播方向的向后反射器或光管。發(fā)射光脈沖的內(nèi)部光學(xué)反饋可用作參考信號，并用于校準(zhǔn)測量設(shè)備的系統(tǒng)誤差。
考慮到自動門和開門設(shè)備的應(yīng)用，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，光掃描器設(shè)備可適用在門傳感器系統(tǒng)中，該門傳感器系統(tǒng)用于檢測門內(nèi)或附近的目標(biāo)物體，所述門包括門開口和至少一個可移動門元件。該系統(tǒng)包括至少一個如上所述的光掃描器設(shè)備。例如，掃描器設(shè)備可被優(yōu)化為用于門框頂部的三個不同特定位置上，以便可靠地檢測到門附近的物體的存在。
在將光掃描器設(shè)備用于門感測器系統(tǒng)的情況下，不必提供與傳統(tǒng)測距器系統(tǒng)所實現(xiàn)的在厘米至毫米范圍內(nèi)的高精度類似的測量精度。這樣的高精度在門安全應(yīng)用上是不必要的，在這種應(yīng)用中要檢測的目標(biāo)物體的尺寸通常相當(dāng)大。從而使得測量系統(tǒng)的規(guī)格較為寬松，并允許提供滿足此應(yīng)用的要求的較為簡單且成本較低的系統(tǒng)。
門傳感器系統(tǒng)可適合于使得可變的掃描方向覆蓋住基本上在門開口附近、門元件附近、以及在地面上或其上方某一高度處水平延伸的被掃描區(qū)域。
在一個實施例中，門傳感器系統(tǒng)包括至少一個與門開口相關(guān)聯(lián)的光掃描器設(shè)備，用于監(jiān)視門開口。這例如是用在滑動門或升滑門上的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于諸如擺動門這樣的帶可移動元件的門的門傳感器系統(tǒng)，其包括至少一個與可移動門元件中的一個相關(guān)聯(lián)的光掃描器設(shè)備。更為優(yōu)選地，當(dāng)用在旋轉(zhuǎn)門上時，該系統(tǒng)包括至少一個與每個可移動門元件相關(guān)聯(lián)的光掃描器設(shè)備。通常更優(yōu)選的是，至少一個光掃描器設(shè)備是上述設(shè)備。
被掃描區(qū)域可具有一個掃描長度，其方向與門元件大體平行。優(yōu)選地，掃描長度能被動態(tài)地改變，以便當(dāng)門元件處于門框元件之間時，掃描長度沿著門元件延伸但不伸出其外，而當(dāng)門元件不處于門框元件之間時則伸出門元件之外。
優(yōu)選地，光掃描器設(shè)備發(fā)射和接收非可見光脈沖，并且門傳感器系統(tǒng)還包括照明裝置，該照明裝置適合于發(fā)射可見光以便可見地照射被掃描區(qū)域，以便在安裝期間易于定位被掃描區(qū)域。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括調(diào)整裝置，用于調(diào)整門傳感器設(shè)備的方向，以便被掃描區(qū)域的位置與門元件對齊。更為優(yōu)選地，該調(diào)整裝置包括適合于調(diào)整掃描扇區(qū)的傾斜角的螺桿。還優(yōu)選的是，該系統(tǒng)包括安裝托架裝置，該安裝托架裝置適合于使得系統(tǒng)能以與掃描扇區(qū)的至少三個不同傾斜角相應(yīng)的至少三個不同角位置安裝到門框元件上。這使得能夠方便地將門傳感器系統(tǒng)安裝在門框中，至少是在門開口的頂端旁邊或在門開口上方的頂端中間部分的門框中。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及將光掃描器設(shè)備(10)用在用于檢測包括門開口(96)和至少一個可移動門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)的門的門內(nèi)和/或其附近的目標(biāo)物體(56)的門傳感器系統(tǒng)(90)中的用法，該設(shè)備(10)包括脈沖源(12)，其適合于發(fā)射光脈沖，發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)，其適合于使發(fā)射光脈沖在可變的掃描方向上掃過掃描扇區(qū)，光電檢測裝置(42)，其適合于檢測已在掃描扇區(qū)中被反射的接收光脈沖，接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)，其適合于將已在掃描平面(15)中被反射的光脈沖重新定向到光電檢測裝置(42)，其中設(shè)備(10)被布置為使得被掃描區(qū)域(59)處于垂直或幾乎垂直的方向上。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種用于測量目標(biāo)物體的范圍和角方向的光掃描器設(shè)備，該設(shè)備包括脈沖源，其適合于發(fā)射光脈沖，發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置，其適合于使發(fā)射光脈沖在可變的掃描方向上掃過掃描扇區(qū)，光電檢測裝置，其適合于檢測已在掃描扇區(qū)中被反射的接收光脈沖，接收器偏轉(zhuǎn)裝置，其適合于將已在掃描平面中被反射的光脈沖重新定向到光電檢測裝置，還光屏蔽裝置，其適合于從光學(xué)上屏蔽在其從脈沖源到發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置的軌線上的以及在其從發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置延伸到掃描扇區(qū)中的軌線的至少一部分上的發(fā)射光脈沖和在其在光電檢測裝置和接收器偏轉(zhuǎn)裝置之間的軌線上的以及在其在掃描扇區(qū)中延伸并結(jié)束于接收器偏轉(zhuǎn)裝置上的軌線的至少一部分上的反射光脈沖，其中發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置和接收器偏轉(zhuǎn)裝置都包括多面鏡，該多面鏡包括至少一個基本彼此平行的面，并且其中發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡和接收器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡適合于在公共旋轉(zhuǎn)軸上彼此同步地旋轉(zhuǎn)，其中發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡和接收器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡形成分裂多面鏡，該分裂多面鏡包括凹槽，該凹槽適合于從光學(xué)上隔離發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡與接收器偏轉(zhuǎn)裝置的多面鏡。
附圖簡介根據(jù)下文中參照附圖中的示例所示出的典型實施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，將清楚本發(fā)明的其他優(yōu)點和可能的應(yīng)用。
在說明書、所附權(quán)得要求書、摘要以及附圖中，所使用的術(shù)話和相應(yīng)的附圖標(biāo)記總結(jié)在說明書結(jié)尾提供的列表中。
附圖中，

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的激光掃描器設(shè)備的示意性俯視圖，其中旋轉(zhuǎn)發(fā)射器鏡裝置處于由脈沖源發(fā)射的光脈沖束被偏轉(zhuǎn)的方向上；圖1B是圖1A示出的激光掃描器設(shè)備的示意性側(cè)視圖，其中發(fā)射器鏡裝置的方向與圖1A中相同；圖2A是圖1A所示的激光掃描器設(shè)備的示意性俯視圖，其中旋轉(zhuǎn)發(fā)射器鏡裝置處于光脈沖的發(fā)射束未被偏轉(zhuǎn)的方向上；圖2B是圖2A示出的激光掃描器設(shè)備的示意性側(cè)視圖，其中發(fā)射器鏡裝置的方向與圖2A中相同；圖3是根據(jù)本發(fā)明的光掃描器設(shè)備的另一實施例的示意性側(cè)視圖，該設(shè)備用于可具有不同的掃描扇區(qū)傾斜角的門傳感器系統(tǒng)中；圖4是根據(jù)本發(fā)明的光掃描器設(shè)備的另一實施例的示意性正視圖，其中，不同的測量光線位于沿掃描扇區(qū)的不同偏轉(zhuǎn)角處，并且檢測范圍在發(fā)射光束的連續(xù)偏轉(zhuǎn)角之間限定和調(diào)整；圖5是根據(jù)本發(fā)明的門傳感器系統(tǒng)應(yīng)用于門上的實施例的不同應(yīng)用的示意圖，其中門傳感器系統(tǒng)特別地安裝在門開口中三個不同的位置處并且有三個不同的掃描扇區(qū)；圖6是根據(jù)本發(fā)明的門傳感器系統(tǒng)的另一實施例的示意圖，其中包括安裝托架裝置和調(diào)整裝置，所述裝置被安裝在三個不同的位置，即門框的左上方、上方中間和右上方位置處；圖7A是由根據(jù)本發(fā)明的門傳感器系統(tǒng)的一個實施例所覆蓋的動態(tài)可變的被掃描區(qū)域的示意性俯視圖，其中，當(dāng)擺動門的門元件不處于門框之間時，被掃描區(qū)域沿門元件延伸并伸出其外；圖7B是由圖7A的擺動門傳感器器所覆蓋的動態(tài)可變的被掃描區(qū)域的示意性俯視圖，此時，當(dāng)旋轉(zhuǎn)門元件位于門框之間時，被掃描區(qū)域沿擺動門的門元件延伸但未伸出其外；圖8是根據(jù)本發(fā)明的門傳感器的另一實施例中所覆蓋的動態(tài)可變的被掃描區(qū)域的示意性俯視圖，其中旋轉(zhuǎn)門元件的被掃描區(qū)域可根據(jù)旋轉(zhuǎn)門元件相對于門框的位置而動態(tài)變化。
具體實施例方式
參照圖1A、1B、2A、2B和3，描述根據(jù)本發(fā)明的光掃描器設(shè)備的優(yōu)選實施例及其功能。
如圖1A、1B、2A和2B所示，光掃描器設(shè)備10包括發(fā)射出發(fā)射光脈沖的發(fā)射束14的脈沖源12，形成大體上平行的發(fā)射束14的發(fā)射器透鏡16，和將發(fā)射束14重新定向為朝向監(jiān)視區(qū)域(未示出)的發(fā)射器偏轉(zhuǎn)高備20。脈沖源12實現(xiàn)為紅外激光二極管，其以電磁光譜紅外光區(qū)域內(nèi)的波長發(fā)射出短波激光脈沖。發(fā)射器透鏡16用于形成發(fā)射脈沖的平行波束。發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置設(shè)備20實現(xiàn)為包括4個平面鏡面20-1、20-2、20-3和20-4的旋轉(zhuǎn)鏡元件，該元件適于繞旋轉(zhuǎn)軸36旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸36是沿大體垂直于脈沖源12發(fā)射出發(fā)射激光脈沖的主方向的方向，也就是大體垂直于發(fā)射束14的方向延伸的。
發(fā)射器鏡元件20附接到驅(qū)動元件34并由其驅(qū)動，而驅(qū)動元件34又耦合到旋轉(zhuǎn)速度可控的驅(qū)動馬達(dá)(未示出)并由其驅(qū)動。發(fā)射器鏡元件20被驅(qū)動為沿圖1A中箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)，例如沿由圖1A的頂部所視的順時針方向旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，發(fā)射束14的被鏡面20-1上的發(fā)射束反射點26反射的那部分在掃描平面(圖1A中的平面)的掃描扇區(qū)中被掃向監(jiān)視區(qū)域。因此，在監(jiān)視區(qū)域中，發(fā)射束沿著掃描線進(jìn)行掃描，而沿著該掃描線將測量距離分布情況。發(fā)射激光脈沖的一部分朝光掃描器設(shè)備10反射回來，并回到光掃描器設(shè)備10。
光掃描器設(shè)備10還包括光電檢測器裝置42，接收器偏轉(zhuǎn)裝置24，該接收器偏轉(zhuǎn)裝置24反射從監(jiān)視區(qū)域返回的光脈沖的接收束22并將接收束22的接收光脈沖重新定向為朝向光電檢測器裝置42。光掃描器設(shè)備10還包括將接收束22聚焦到光電檢測器裝置42的光敏元件上的接收器透鏡40。接收器偏轉(zhuǎn)裝置24實現(xiàn)為包括四個平面鏡面24-1、24-2、24-3和24-4的旋轉(zhuǎn)鏡元件，并且適于繞和發(fā)射器鏡元件20共同的旋轉(zhuǎn)軸36旋轉(zhuǎn)。接收器鏡元件24也被附接到驅(qū)動元件34并由其驅(qū)動。結(jié)果，接收器鏡元件24與發(fā)射器鏡元件20同步旋轉(zhuǎn)。
可旋轉(zhuǎn)的接收器鏡元件24布置成與可旋轉(zhuǎn)的發(fā)射器鏡元件20共軸，從而接收器鏡元件24的面24-1到24-4就和發(fā)射器鏡元件20的面20-1到20-4大體上平行。因此，從監(jiān)視區(qū)域返回的光脈沖被鏡面24-1上的接收束反射點28反射并以接收束22的形式被重新定向為朝向光電檢測器裝置42。
在各自的旋轉(zhuǎn)鏡元件24和20以及各自的透鏡40和16之間的軌線上，接收束22與發(fā)射束14大體上平行。這使得光掃描器設(shè)備10的結(jié)構(gòu)可以緊湊且小巧。
提供了殼體18用于容納脈沖源12和光電檢測器設(shè)備42。殼體18有兩個分別適于安裝發(fā)射器透鏡14和接收器透鏡40的孔隙。在驅(qū)動器36上，沿旋轉(zhuǎn)軸36，發(fā)射器鏡元件20和接收器鏡元件24在軸向上是間隔開的，以便在二者之間形成間隙或凹槽。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，光掃描器設(shè)備還包括光屏蔽裝置32。在圖1和2中示出的光掃描器設(shè)備10的實施例中，光屏蔽裝置32實現(xiàn)為布置在發(fā)射器鏡元件20和接收器鏡元件24間并在二者之間的凹槽內(nèi)延伸的平板32。屏蔽裝置還包括在殼體18內(nèi)延伸的部分，如圖1A和2A的虛線所示。光屏蔽裝置(平板32)從發(fā)射器和接收器鏡裝置20和24朝向監(jiān)視區(qū)域延伸。為了避免反射“串?dāng)_”，希望屏蔽元件從鏡裝置朝向監(jiān)視區(qū)域延伸相當(dāng)長的距離。
光屏蔽裝置32幫助將發(fā)射光脈沖的軌線與接收光脈沖的軌線屏蔽，以避免可能由于沿來自發(fā)射光的發(fā)射脈沖的軌線存在的物體上的任何反射而引起的漫射光進(jìn)入被接收光脈沖軌線占據(jù)的地方或者甚至進(jìn)入光電檢測裝置42的光敏部分。
存在于發(fā)射光脈沖的軌線上且能引起漫射光反射的物體例如可包括灰塵和雨水；發(fā)射束反射點26和接收束反射點28內(nèi)的鏡面(比如面20-1和24-1)表面的粗糙部分；具有反射和接收束反射點26和28的鏡面上提供的反射材料的反射層上的粗糙部分或缺陷；或者反射器和接收器透鏡16和40表面上的任何缺陷、粗糙部分、灰塵或污物。
可以構(gòu)想包括偏轉(zhuǎn)鏡和屏蔽裝置的組件的各種不同實施例。
或者，為了實現(xiàn)為軸向分開的兩個單獨的鏡元件，發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置20和接收器偏轉(zhuǎn)裝置24可被整合在單個旋轉(zhuǎn)鏡元件中，其中，多個鏡面中的每一個沿著旋轉(zhuǎn)軸延伸，以便在其上提供足夠的空間，用于清晰且不互相交迭地經(jīng)由發(fā)射束反射點26反射發(fā)射束14以及經(jīng)由接收束反射點28反射反射光脈沖的返回束。優(yōu)選地，發(fā)射束反射點26和接收束反射點28沿旋轉(zhuǎn)軸方向彼比相隔，并且在鏡元件的面上提供有凹槽，以便將每個面分成包括發(fā)射束反射點的一部分和包括接收束反射點的另一部分。該凹槽在每個鏡面的圓周或切線方向以及鏡元件的周圍延伸。相應(yīng)的殼屏蔽元件實現(xiàn)為帶有接收旋轉(zhuǎn)鏡元件的孔隙的平板，以便孔隙的圓周內(nèi)邊緣延伸進(jìn)入分隔鏡面的凹槽內(nèi)。
不是實現(xiàn)為包括四個面的鏡裝置20和24，發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置20也可實現(xiàn)為包括任意多個面的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動多面元件。發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置的面數(shù)例如可為1至8個。相應(yīng)地，接收器鏡元件可實現(xiàn)為包括相同數(shù)目的面并被驅(qū)動成與發(fā)射器鏡元件同步旋轉(zhuǎn)的多面鏡元件。接收器鏡元件可布置成具有與發(fā)射器鏡元件的旋轉(zhuǎn)軸平行的自身的旋轉(zhuǎn)軸，或者與發(fā)射器鏡元件具有共同的旋轉(zhuǎn)軸。
上述發(fā)射器和接收器鏡元件例如可通過澆鑄和/或注入技術(shù)由金屬或塑料制成，然后被涂上高反射性涂層。
對于接收器偏轉(zhuǎn)裝置而言，可以設(shè)置任何實施例，只要它能將從與發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置所施加的不同掃描角度一致的不同方向上返回的反射光脈沖重新定向到光電檢測器裝置上即可。
或者，為了旋轉(zhuǎn)發(fā)射器鏡元件以獲得發(fā)射束的掃過，可讓掃過的發(fā)射器鏡振蕩以使光脈沖的偏轉(zhuǎn)發(fā)射束相應(yīng)地振蕩穿過掃描扇區(qū)。因此，發(fā)射器鏡元件可以包括至少一個布置成由例如壓電驅(qū)動器驅(qū)動振蕩的面。對于校小的偏轉(zhuǎn)角，接收器鏡元件可實現(xiàn)為固定的，具有例如一個平面的或至少是分段的球形或圓柱形的反射表面，該表面被布置成可將從與發(fā)射器鏡所施加的掃描相應(yīng)的不同方向上返回的反射光脈沖反射或重新定向到光電檢測器裝置。
光屏蔽元件通常適于在光掃描器設(shè)備的整個范圍中將包括發(fā)射光脈沖的軌線的空間與返回的反射光脈沖的軌線的空間相屏蔽。
光掃描器設(shè)備還包括中央處理單元，用于處理接收光脈沖，導(dǎo)出行程時間，求出在同一掃描平面中的多次掃描中在同一偏轉(zhuǎn)角處進(jìn)行的TOF測量結(jié)果的平均值，推算出反射物體的距離，以及任選地，基于掃描平面(下文將參照圖3描述)的掃描扇區(qū)內(nèi)的已知的光束偏轉(zhuǎn)角以及掃描平面中到脈沖反射物體的實際角度來確定物體相時于光掃描器設(shè)備的角方向。
為此，光電檢測器裝置速度快到足以分辨單個光脈沖并為每個接收到的光脈沖產(chǎn)生一個電脈沖。光電檢測器裝置耦合到中央處理單元，并向其輸出電脈沖。根據(jù)需要，中央處理單元包括用于對從光電檢測器裝置接收到的電脈沖進(jìn)行檢測、取平均和閾值處理的裝置；用于測量發(fā)射光脈沖的發(fā)射時刻與相應(yīng)的反射光脈沖的接收時刻之間的延時的裝置；以及用于在發(fā)射光脈沖和相應(yīng)的接收到的接收光脈沖之間分別建立同步相關(guān)關(guān)系的裝置。
偏轉(zhuǎn)裝置，即發(fā)射器和接收器偏轉(zhuǎn)裝置，必須與中央處理單元同步，并因此裝備有使偏轉(zhuǎn)裝置與中央處理單元同步的裝置，該裝置適合于為中央處理單元提供關(guān)于偏轉(zhuǎn)裝置的方向或位置的可靠指示。例如，旋轉(zhuǎn)或振蕩(發(fā)射器和接收器)鏡裝置包括在由至少一個反射面形成的至少一個(或每個)邊緣上的突出部；該突出部適合于反復(fù)地阻斷和開放所謂的光叉一類的光障裝置的光軌線。
在如圖1和2所示以及上面描述的實施例中，光掃描器設(shè)備大體上沿著單條掃描線穿過單個掃描平面中的單個掃描扇區(qū)掃過發(fā)射脈沖，此設(shè)備可實現(xiàn)為使得掃描平面以傾斜角遞增的步進(jìn)方式傾斜，以便分別穿過多個不同掃描面中的多個不同掃描扇區(qū)、沿著監(jiān)視區(qū)域中的多個不同的掃描線相繼掃過發(fā)射脈沖，如下文中參考圖3所述。
不是如圖1和2所示的實施例那樣鏡裝置20和24各自包括多個(例如四個)與旋轉(zhuǎn)軸36大體上平行的面20-1至20-4以及面24-1至24-4，發(fā)射器鏡元件20的面20-1至20-4也可被布置成不完全平行于旋轉(zhuǎn)軸，而是相對于旋轉(zhuǎn)軸36有相互不同的小角度。從而，正如圖3所示，當(dāng)發(fā)射器鏡元件20在發(fā)射束14范圍內(nèi)繞旋轉(zhuǎn)軸36旋轉(zhuǎn)以至發(fā)射束反射點26移動經(jīng)過一個面并繼續(xù)經(jīng)過下一個傾斜角不同的面時，發(fā)射束14被以不同的傾斜角偏轉(zhuǎn)，以便以不同的傾斜角順序掃過不同掃描平面15中的不同掃描扇區(qū)。因此，假定被掃描的區(qū)域59具有寬度或掃描寬度60的話，則在例如圖3中的地面80上的監(jiān)視區(qū)域中，發(fā)射束沿著基本平行的不同掃描線(方向垂直于圖3的平面)相繼掃過。各掃描平面15的各掃描扇區(qū)與相應(yīng)鏡面的不同傾斜角相對應(yīng)。
類似地，接收器鏡元件24的面24-1至24-4被布置成相對于旋轉(zhuǎn)軸36有相互不同的小傾斜角度，以便從不同掃描平面中的不同掃描扇區(qū)返回的反射光脈沖被旋轉(zhuǎn)的接收器鏡元件24的鏡面24-1至24-4順序地重新定向為朝向光電檢測器裝置42的同一方向。
為了保證在相繼的掃描之間掃描平面的傾斜，或者說具有如圖1到3中的實施例所示的四個面，發(fā)射器鏡裝置可以是包含帶有不同傾斜角的任何數(shù)目的面(例如1到8面)的多面鏡元件，以便提供具有不同傾角的掃描平面中的相應(yīng)數(shù)目的掃描扇區(qū)。
與提供具有不同傾斜角的多個面的旋轉(zhuǎn)發(fā)射器鏡元件不同，可以構(gòu)想提供帶有多個與旋轉(zhuǎn)軸基本平行的面的第一旋轉(zhuǎn)發(fā)射器鏡元件，或者提供可以振動方式移動或旋轉(zhuǎn)的第一發(fā)射器鏡元件，以在基本固定的掃描平面中提供掃描偏轉(zhuǎn)，或者還可提供布置在第一發(fā)射器鏡元件附近發(fā)射光脈沖的軌線中的第二鏡元件，其例如可在壓電驅(qū)動器的致動下在離散的方向之間繞軸轉(zhuǎn)動或以振動方式繞軸轉(zhuǎn)動，以便將第一發(fā)射器鏡元件掃過的光束在具有不同傾斜角的離散掃描面中偏轉(zhuǎn)。
光掃描器設(shè)備還適合于根據(jù)每次掃描來限定檢測范圍和/或調(diào)整或改變檢測范圍，如圖3和4所示。術(shù)語“檢測范圍”是指在物體能被檢測的最大距離。對于圖3所示的每個掃描平面，可獨立調(diào)整與圖4中矩形相對應(yīng)的檢測區(qū)。
檢測范圍可在與所需要的限定的檢測范圍相對應(yīng)的一定延時之后通過“閉合”電脈沖檢測鏈來任意限定。這里，“閉合”電脈沖檢測鏈元件是指在電脈沖檢測鏈閉合時到達(dá)光電檢測器裝置的脈沖不被考慮。檢測鏈的這種閉合例如可通過電子加窗技術(shù)來實現(xiàn)，這種技術(shù)在檢測鏈開放時允許感測或發(fā)射脈沖，而在檢測鏈閉合時過濾掉或抑制脈沖。
在單次掃描中，可為掃描過程中進(jìn)行的每個TOF(行程時間)測量設(shè)置檢測范圍極限。對于這些測量中的每一個，可通過加窗技術(shù)設(shè)置最大距離，以確定當(dāng)穿過檢測面時任何物體在其內(nèi)將被檢測到的特定等效檢測表面。這對應(yīng)于圖4中所示的矩形。
正如參考圖3和4示例性地說明的那樣，光掃描器設(shè)備的另一種應(yīng)用是，檢測區(qū)被施加限定(例如限定為矩形)，并從一次掃描變成相繼的掃描，從而可產(chǎn)生3D檢測體積。產(chǎn)生圖4所示的檢測表面的光掃描器設(shè)備10適合于按增加的步進(jìn)方式改變傾斜角，以便提供具有不同傾斜角的一系列掃描平面15-1至15-4(圖3中示出，圖4中未示出)中的一系列掃描扇區(qū)。光掃描器設(shè)備10被裝配在地面80上方的預(yù)定設(shè)備高度52處。對于傾斜角不同的掃描平面15-1至15-4來說，檢測表面是獨立設(shè)置的。在與特定傾斜角相對應(yīng)的一次掃描中，檢測表面(此處是矩形)是通過調(diào)整相繼的測量17-1至17-n的連續(xù)檢測范圍而確定的，以便產(chǎn)生所要求的表面。對于中間偏轉(zhuǎn)角而言，檢測范圍逐步地增加(從測量角17-1到測量角17-7)到最大的檢測范圍，然后再減少(從測量角17-8到測量角17-14)，因此如圖4中用粗線繪出的矩形所示的一部分空間被測量，該矩形的邊長與為垂直和水平偏轉(zhuǎn)角17-1和17-14施加的檢測范圍50相對應(yīng)。與測量值17-1相對應(yīng)的垂直方向小于設(shè)備安裝高度52，從而使得在偏移高度54下的物體在檢測范圍之外。這樣，位于地面上并且高度小于偏移高度54的小物體56-1和與掃描器設(shè)備10之間的水平距離遠(yuǎn)于檢測范圍52的物體56-3不被檢測到。只有在檢測范圍內(nèi)的物體，如物體56-2，才被施加了有限檢測范圍的光掃描器設(shè)備10檢測到。限制如圖4所示的檢測范圍是提供偏移高度54的一種方法，在此高度之下物體不會被檢測到，這也是使光掃描器設(shè)備對地面上的小物體不敏感的一種方法。
為了檢查光掃描器設(shè)備的長期穩(wěn)定性和正常運(yùn)行，以及為了檢查距離測量的準(zhǔn)確性，采取了以下措施來校準(zhǔn)最小檢測距離。光掃描器設(shè)備還包括校準(zhǔn)裝置，該校準(zhǔn)裝置包括反射器裝置30。反射器裝置30被布置在較短的距離處。如圖1和2所示，反射器裝置30實現(xiàn)為向后反射器，例如所謂的光管，其適合于反轉(zhuǎn)發(fā)射脈沖的傳播方向并將它們重新定向為朝向光電檢測器裝置。向后反射器30的放置方式使得僅當(dāng)旋轉(zhuǎn)發(fā)射器鏡子裝置20處于某些方向上時的一部分發(fā)射束才到達(dá)向后反射器30，所述某些方向例如是圖2A和2B中所示的位置，其中面20-2與發(fā)射束14相切(平行)。對于發(fā)射器鏡子裝置20的其它方向，如圖1A和1B所示的位置，發(fā)射束被阻擋并且無法到達(dá)向后反射器30。正如可從圖2B最清楚看到的，向后反射器30被布置成使得向后反射脈沖朝向光電檢測器裝置42傳播并到達(dá)此裝置。優(yōu)選地，發(fā)射器、向后反射器與接收器之間的不變距離行程時間的測量值需保持不變。任何的變化都是由于電子漂移引起的。然后為此已知的距離測量該值，并將其用于補(bǔ)償沿測量掃描所形成的實際距離測量值。
在圖1和2所示的實施例中，已從反射裝置反射的檢測光脈沖不但能用于校準(zhǔn)距離測量值，而且還可用于使脈沖朝向監(jiān)視區(qū)域的發(fā)射與中央處理單元同步。只要發(fā)射和接收光的軌線被布置成使得一部分發(fā)射束通過向后反射器被發(fā)送回接收器，則反射裝置30便可實現(xiàn)校準(zhǔn)和同步這兩重作用。
在圖1和2所示的優(yōu)選實施例中，就獲得了這一點，這是因為當(dāng)發(fā)射器鏡元件20旋轉(zhuǎn)時，鏡面20-1、20-2的邊緣重復(fù)地開放或阻斷朝向反射器裝置30的路徑。
圖5描述了例如與監(jiān)視門開口相關(guān)的應(yīng)用，其中，光掃描器設(shè)備10-1、10-2、10-3用作門傳感器系統(tǒng)90-1、90-2、90-3并被安裝在三個不同的位置上。門傳感器系統(tǒng)90-1、90-2和90-3分別安裝在三個不同的位置處，即門開口96上方的左上位置92-1、上部中間位置92-2和右上位置92-3。
門傳感器系統(tǒng)90-1至90-3的最小檢測距離和最大檢測距離(檢測范圍)被調(diào)整成使得門傳感器系統(tǒng)共同監(jiān)視如圖5所示的粗體矩形所示的門開口96的一部分。
如上所述，光脈沖的波長可為非可見紅外光范圍內(nèi)的波長。然而，發(fā)射脈沖的光波長并不限于紅外范圍內(nèi)，而是可為遠(yuǎn)紅外、紅外、近紅外和可見范圍內(nèi)的任何波長。
對于光掃描器設(shè)備的商業(yè)應(yīng)用，例如作為門傳感器的應(yīng)用而言，希望將包含脈沖源、光電檢測器裝置和偏轉(zhuǎn)裝置的光掃描器設(shè)備的感測元件容納在殼體中，該殼體提供保護(hù)，以免遭受諸如雨水、灰塵和污物等環(huán)境所造成的影響。
對于商業(yè)應(yīng)用而言，還希望監(jiān)視區(qū)域能夠很容易調(diào)整，并且光掃描器設(shè)備能夠方便地安裝在安裝表面上，優(yōu)選安裝在可選擇的安裝方向上。
通過使用發(fā)射波長在電磁光譜的可見范圍內(nèi)的光脈沖的脈沖源，以使得被掃描的區(qū)域(中的物體)在被發(fā)射光照射時可見，從而實現(xiàn)了調(diào)整監(jiān)視區(qū)域的容易性。當(dāng)欲使得傳感器設(shè)備毫無問題地運(yùn)行，從而用于TOF測量的光不可見，并由此被選擇為例如從遠(yuǎn)紅外到近紅外范圍內(nèi)的光時，可提供輔助照明裝置，該裝置發(fā)射可見光并適合于以可見方式照射被掃描的區(qū)域。照明裝置優(yōu)選地可被接通和關(guān)閉或調(diào)暗，以發(fā)射不同水平的照明光強(qiáng)度。
通過提供安裝托架裝置以使得光掃描器設(shè)備能方便地安裝在如圖6所示的不同方向，從而可實現(xiàn)安裝到安裝表面的便利性。托架94可以是殼體的一部分。優(yōu)選地，托架94包括在不同平面內(nèi)的不同平坦部分，以便在不同方向上穩(wěn)固地與設(shè)備欲安裝至其上的平坦安裝表面接觸。
在圖6中所示的示例中，托架94有三個彼此之間基本成45°角的平坦部分。這使得光掃描器設(shè)備能被安裝在平坦安裝表面上的三個不同方向上。當(dāng)光掃描器設(shè)備用作圖6示例中的門傳感器系統(tǒng)90時，它可被方便地安裝在門框的至少三個不同的位置92-1、92-2、92-3處，這三個位置相對于掃描扇區(qū)的傾斜角具有相應(yīng)的不同方向。具有這種托架94的門傳感器系統(tǒng)90可以以第一傾斜方向明顯地安裝在形成于在第一(左)門邊框元件72-1和在門頂框元件70的接合處上的左上角(安裝位置92-1)處，以便可以以大體朝向門開口96中心的傾斜角向下“看”，或者以第三方向安裝在門頂框元件70的中心安裝位置92-2處，以便可以朝向門開口96中心大體上垂直向下“看”，或者以第二傾斜方向安裝在與第一門側(cè)框元件72-1相對的第二門側(cè)門框元件72-2和門頂框元件70的接合處的右上角(安裝位置92-1)，以便可以以大體朝向門開口96中心處的傾斜角方向下“看”，該第二安裝位置在門開口96中與提供第一傾斜方向的第一安裝位置92-1對稱。
門傳感器系統(tǒng)90還可安裝在第一門側(cè)框元件72-1上的左側(cè)安裝位置(未示出)，優(yōu)選地在地面上方門頂框元件70大約一半的高度處，以提供第四傾斜方向，從而可以大體平行地朝門開口96中心“看”，并且可對稱地安裝在門開口96中第二(右)門側(cè)框元件72-2上的右側(cè)安裝位置(未示出)處，以提供第五傾斜方向，以便在與第四傾斜方向基本相反的方向上大體水平地朝門開口96中心“看”。
圖6所示的門傳感器系統(tǒng)還包括用于調(diào)整門傳感器設(shè)備的方向的調(diào)整裝置，從而被掃描區(qū)域的位置可與門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)對齊。調(diào)整裝置可實現(xiàn)為適合于調(diào)整掃描扇區(qū)傾斜角的螺桿(62，64，66，68)。
在門傳感器器應(yīng)用中，作為被安裝到固定門框元件的替換和/或附加，門傳感器系統(tǒng)也可被安裝在移動門元件上，例如適于關(guān)閉和開啟門開口96的擺動式或滑動式門元件，或者安裝在旋轉(zhuǎn)式門元件上。
除了參考圖3所說明的使得在掃描平面的傾斜角的連續(xù)掃描間動態(tài)變化，從而允許調(diào)整被掃描區(qū)域59的掃描寬度60，在光掃描器設(shè)備的另一實施例中，如圖7A和7B中示例性地示出的，可動態(tài)改變掃描平面中掃描扇區(qū)的開口角，以便使得被掃描區(qū)域59的掃描長度58隨之變化，其中光掃描器設(shè)備被用作門傳感器系統(tǒng)90。它被安裝在擺動式門元件76上的大體上在頂部中心的安裝位置處，并且其方向使得各掃描平面的掃描扇區(qū)以基本向下的方向朝地面上的被掃描區(qū)域59傾斜。門傳感器被調(diào)整，以使得各掃描平面的掃描扇區(qū)基本上與門元件76平行。圖7A和7B中的虛線表示由地面上的各門傳感器系統(tǒng)的光掃描器設(shè)備投射出的掃描線。被掃描區(qū)域59的掃描寬度60由如下因素確定不同傾斜角的數(shù)目(圖3的示例中為4個)以及在相鄰掃描平面之間的增加角和被掃描區(qū)域59與傳感器系統(tǒng)之間的距離的結(jié)合，該距離亦即圖7所示的示例性應(yīng)用中傳感器系統(tǒng)在地面上方的安裝高度。在掃描平面中的掃描扇區(qū)的開口角可以根據(jù)移動門元件76的位置而動態(tài)變化，從而被掃描區(qū)域59的掃描長度58隨之變化。
如圖7A所示，當(dāng)門元件的位置不在第一和第二門側(cè)框元件72-1和72-2之間時，被掃描區(qū)域59的掃描長度58大體延伸沿著門元件76延伸并進(jìn)一步伸出其外。伸出部分增大了被掃描區(qū)域59并產(chǎn)生保護(hù)距離，該保護(hù)距離通過使得能夠檢測由旋轉(zhuǎn)門元件76的移動軌線所覆蓋的區(qū)域附近的保護(hù)距離內(nèi)的物體和人，使之免受移動門元件76的傷害，因此有助于增加安全性。當(dāng)門幾乎或完全關(guān)閉時，即當(dāng)門元件基本上位于第一和第二門側(cè)框元件72-1和72-2之間時，被掃描區(qū)域59的掃描長度58大體上僅沿著門元件76延伸，而非伸出其外，從而避免干擾門側(cè)框元件72-2。
圖8示出了將門傳感器系統(tǒng)90應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)門的情況。旋轉(zhuǎn)門包括第一旋轉(zhuǎn)門框元件78-1(圖8的左側(cè))和第二旋轉(zhuǎn)門框元件78-2(圖8的右側(cè))，以及四個旋轉(zhuǎn)門元件或門扇76-1至76-4，這四個門扇被布置成基本上彼此正交，并適于繞沿四個門扇76-1至76-4的接合處延伸的垂直軸旋轉(zhuǎn)(例如當(dāng)從頂部看時為逆時針方向，如圖8中箭頭所示)。門傳感器系統(tǒng)90還包括與每個旋轉(zhuǎn)門元件(76-1到76-4)相關(guān)聯(lián)的一個光掃描器設(shè)備。每個光掃描器設(shè)備安裝在相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)門元件的頂邊緣附近，并且被定向成使得掃描扇區(qū)與門元件平行，并近似垂直地朝下延伸。因此，掃描區(qū)域59-1到59-4分別被提供在靠近旋轉(zhuǎn)門元件76-1至76-4的腳部附近的地面上，并與之平行布置。優(yōu)選地，光掃描器設(shè)備的布置方式使得各個掃描扇區(qū)和被掃描區(qū)域59-1到59-4相對于旋轉(zhuǎn)門元件的旋轉(zhuǎn)移動方向位于旋轉(zhuǎn)門元件76-1至76-4的前面。在圖8所示的示例中，由于能夠動態(tài)地改變掃描平面中的掃描扇區(qū)的開口角，分別改變被掃描區(qū)域的掃描長度，門傳感器系統(tǒng)適合于使得與門扇相關(guān)聯(lián)的被掃描區(qū)域的掃描長度沿相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)門元件延伸并且不伸出其外，其中門扇的徑向外緣位于門框78-1和78-2之間，例如參見與旋轉(zhuǎn)門元件76-2相關(guān)聯(lián)的被掃描區(qū)域59-2的掃描長度58-2和與旋轉(zhuǎn)門元件76-4相關(guān)聯(lián)的被掃描區(qū)域59-4的掃描長度58-4。另外，在圖8中所示的情形中，與門扇相關(guān)聯(lián)的被掃描區(qū)域的掃描長度不僅沿相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)門元件延伸，而且還沿徑向伸出其外，其中門扇的徑向外緣在門框之外，即門扇不在門框元件78-1和78-2之間，例如參見與旋轉(zhuǎn)門元件76-1相關(guān)聯(lián)的被掃描區(qū)域59-1的掃描長度58-1和與旋轉(zhuǎn)門元件76-3相關(guān)聯(lián)的被掃描區(qū)域59-3的掃描長度58-3。
總之，根據(jù)本發(fā)明的基于光掃描器設(shè)備的門傳感器系統(tǒng)可被調(diào)整，以使其改變其被掃描區(qū)域或檢測范圍，以不斷優(yōu)化對一個或多個門元件的邊緣的保護(hù)，以便產(chǎn)生伸出一個或多個門元件的延伸范圍之外的保護(hù)區(qū)域，從而通過防止處于門元件附近的保護(hù)區(qū)域中的人免受移動的門元件的傷害，從而增加這些人的安全性。
可以理解的是，上述實施例可被組合，并且參考一個實施例公開的任何特和地可以應(yīng)用到其他實旋例中。
附圖標(biāo)記列表10 激光掃描器設(shè)備12脈沖源14發(fā)射束15掃描平面15-1，15-4 不同傾斜角下的掃描平面16發(fā)射器透鏡17沿著掃描方向的距離測量值17-1，17-n 不同偏轉(zhuǎn)角下的距離測量值18殼體20發(fā)射器鏡裝置20-1，20-2，20-3，20-4 第一，第二，第三，第四發(fā)射器鏡面22 接收束24 接收器鏡裝置24-1，24-2，24-3，24-4 第一，第二，第三，第四接收器鏡面26 發(fā)射束反射點28 接收束反射點30 反射器裝置/光管32 屏蔽裝置34 驅(qū)動元件36 旋轉(zhuǎn)軸40 接收器透鏡42 光電檢測裝置50 檢測范圍52 設(shè)備高度54 偏移高度56 目標(biāo)物體56-1，56-2，56-3不同位置處的目標(biāo)物體58 掃描長度
59 被掃描區(qū)域60 掃描寬度62 第一調(diào)整裝置64 第二調(diào)整裝置66 第三調(diào)整裝置68 第四調(diào)整裝置70 門頂框元件72 門側(cè)框元件76 移動門元件76-1，76-2，76-3，76-4 旋轉(zhuǎn)門元件78 旋轉(zhuǎn)門框元件80 地面90 門傳感器設(shè)備92-1，92-2，92-3 門傳感器設(shè)備的不同位置94 安裝托架裝置，托架96 門開口
權(quán)利要求
1.一種光掃描器設(shè)備(10)，用于測量目標(biāo)物體(56)的范圍和角方向，所述設(shè)備(10)包括脈沖源(12)，其適合于發(fā)射光脈沖，發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)，其適合于使所述發(fā)射光脈沖在可變的掃描方向上掃過掃描扇區(qū)，光電檢測裝置(42)，其適合于檢測已在所述掃描扇區(qū)中被反射的接收光脈沖，接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)，其適合于將已在所述掃描平面(15)中反射的光脈沖重新定向到所述光電檢測裝置(42)，還包括光屏蔽裝置(32)，其適合于從光學(xué)上屏蔽在其從所述脈沖源(12)到所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)的軌線上的以及在其從所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)延伸到所述掃描扇區(qū)中的軌線的至少一部分上的發(fā)射光脈沖和在其在所述光電檢測裝置(42)和所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)之間的軌線上的以及在其在所述掃描扇區(qū)中延伸并結(jié)束于所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)上的軌線的至少一部分上的反射光脈沖，其中所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)和接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)都包括多面鏡，所述多面鏡包括至少一個基本彼此平行的面，并且所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)的多面鏡和所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)的多面鏡適合于在公共旋轉(zhuǎn)軸(38)上彼此同步地旋轉(zhuǎn)，其中所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)的多面鏡與所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)的多面鏡形成分割多面鏡，該分割多面鏡包括凹槽，該凹槽適合于從光學(xué)上隔離所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)的多面鏡與所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)的多面鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括殼體(18)，其適合于至少容納所述脈沖源(12)、所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)、所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)、所述光電檢測裝置(42)和所述光屏蔽裝置(32)，從而所述光屏蔽裝置(32)至少屏蔽在其位于所述殼體(18)內(nèi)的全部軌線部分上的發(fā)射脈沖和接收脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述光屏蔽裝置(32)延伸到所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)的多面鏡和所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)的多面鏡之間的凹槽中。
4.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)包括固定的鏡，該鏡適合于接收在所述掃描平面(15)中反射的光脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)包括平面形、球形或圓柱形的鏡子部分。
6.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述脈沖源是脈沖激光器或脈沖激光二極管。
7.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述光電檢測裝置(42)包括高增益高速光電檢測器，如雪崩光電二極管。
8.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)和所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)適合于使得所述掃描扇區(qū)的傾斜角可變。
9.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述掃描扇區(qū)的傾斜角可在連續(xù)的掃描之間按一個傾斜角增量的方式變化。
10.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其適合于使得檢測范圍(50)是可變地可控的，例如通過電子加窗技術(shù)來控制。
11.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中從所述脈沖源(12)發(fā)射的光脈沖形成束(14)，該束(14)與已在所述掃描扇區(qū)中反射并已被所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)重新定向到所述光電檢測裝置(42)的光脈沖形成的束(22)分離并基本上與之平行。
12.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，還包括發(fā)射器透鏡(16)，其適合于將發(fā)射光脈沖形成發(fā)射束(14)。
13.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，還包括接收器透鏡(40)，其適合于將已被所述接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)重新定向的光脈沖的接收束(22)聚焦到所述光電檢測裝置(42)。
14.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，還包括反射器裝置(30)，其適合于在所述發(fā)射束未被所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)重新定向到所述掃描扇區(qū)中時，將發(fā)射脈沖束(14)反射到所述光電檢測裝置(42)上，以允許測量已知的檢測范圍作為所述光掃描器設(shè)備的參考。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述反射器裝置(30)是適合于反轉(zhuǎn)由所述脈沖源(12)發(fā)射出的脈沖的傳播方向的向后反射器或光管。
16.一種門傳感器系統(tǒng)(90)，用于檢測門內(nèi)或附近的目標(biāo)物體(56)，所述門包括門開口(96)和至少一個可移動門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)，所述系統(tǒng)包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的光掃描器設(shè)備(10)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的門傳感器系統(tǒng)，其中所述掃描設(shè)備(10)被布置成使得被掃描區(qū)域(59)處于垂直方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的門傳感器系統(tǒng)，其中所述光掃描設(shè)備(10)合適于使得所述發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)提供垂直的被掃描區(qū)域(59)，并且通過使用所述多面鏡，附加的傾斜的被掃描區(qū)域(59)在門開口和門元件附近、以及地面(80)上或其上方的預(yù)定高度處基本上水平地延伸。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項所述的系統(tǒng)，包括至少一個與所述門開口(96)相關(guān)聯(lián)的光掃描器設(shè)備(10)，用于監(jiān)視所述門開口的整個表面。
20.門感測系統(tǒng)，用于具有可移動元件的門，其中，至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至15中任何一項所述的光掃描器設(shè)備(10)與所述可移動門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)之一相關(guān)聯(lián)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中至少一個光掃描器設(shè)備(10)與每個可移動門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)相關(guān)聯(lián)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16至21中任何一項所述的系統(tǒng)，其中所述被掃描區(qū)域(59)的掃描長度(58)的方向大體平行于所述門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其適合于使得所述掃描長度(58)能被動態(tài)地改變，以便當(dāng)所述門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)處于門框元件(72；78)之間時，所述掃描長度沿著所述門元件延伸但不伸出其外，而當(dāng)所述門元件不處于所述門框元件之間時則伸出所述門元件之外。
24.根據(jù)權(quán)利要求16至23中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述光掃描器設(shè)備發(fā)射和接收非可見光脈沖，并且所述門傳感器系統(tǒng)還包括照明裝置，該照明裝置適合于發(fā)射可見光以便可見地照射所述被掃描區(qū)域(59)。
25.根據(jù)權(quán)利要求16至24中任一項所述的系統(tǒng)，還包括調(diào)整裝置，用于調(diào)整所述門傳感器設(shè)備的方向，以便所述被掃描區(qū)域的位置與所述門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)對齊。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)整裝置包括適合于調(diào)整所述掃描扇區(qū)的傾斜角的螺桿(62，64，66，68)。
27.根據(jù)權(quán)利要求16至26中任一項所述的系統(tǒng)，包括安裝托架裝置(94)，該安裝托架裝置(94)適合于使得所述系統(tǒng)能以與所述掃描扇區(qū)的至少三個不同傾斜角相應(yīng)的至少三個不同角位置(92-1，92-2，92-3)安裝到門框元件(70，72，78)上。
28.將光掃描器設(shè)備(10)用在用于檢測包括門開口(96)和至少一個可移動門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)的門的門內(nèi)和/或其附近的目標(biāo)物體(56)的門傳感器系統(tǒng)(90)中的用法，所述設(shè)備(10)包括脈沖源(12)，其適合于發(fā)射光脈沖，發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)，其適合于使所述發(fā)射光脈沖在可變的掃描方向上掃過掃描扇區(qū)，光電檢測裝置(42)，其適合于檢測已在所述掃描扇區(qū)中被反射的接收光脈沖，接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)，其適合于將已在所述掃描平面(15)中被反射的光脈沖重新定向到所述光電檢測裝置(42)，其中所述設(shè)備(10)被布置為使得被掃描區(qū)域(59)處于垂直或幾乎垂直的方向上。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的將光掃描器設(shè)備(10)用在用于檢測包括門開口(96)和至少一個可移動門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)的門的門內(nèi)和/或其附近的目標(biāo)物體(56)的門傳感器系統(tǒng)(90)中的用法，其特征在于所述設(shè)備(10)是根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的設(shè)備(10)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的將光掃描器設(shè)備(10)用在用于檢測包括門開口(96)和至少一個可移動門元件(76；76-1，76-2，76-3，76-4)的門的門內(nèi)和/或其附近的目標(biāo)物體(56)的門傳感器系統(tǒng)(90)中的用法，其特征在于所述門傳感器系統(tǒng)(90)是根據(jù)權(quán)利要求16至27中任一項所述的系統(tǒng)(90)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量目標(biāo)物體(56)的范圍和角方向的光掃描器設(shè)備(10)，該設(shè)備(10)包括脈沖源(12)，其適合于發(fā)射光脈沖；發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)，其適合于反射發(fā)射光脈沖并使其在可變的掃描方向上掃過掃描平面(15)中的掃描扇區(qū)；光電檢測裝置(42)，其適合于檢測已在掃描平面(15)中被反射的接收光脈沖；接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)，其適合于反射已在掃描平面(15)中被反射的光脈沖并將被反射的光脈沖重新定向到光電檢測裝置(42)。該設(shè)備包括光屏蔽裝置(32)，其適合于從光學(xué)上屏蔽在其從脈沖源(12)到發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)的軌線上的以及在其從發(fā)射器偏轉(zhuǎn)裝置(20)延伸到掃描扇區(qū)中的軌線的至少一部分上的發(fā)射光脈沖和在其在光電檢測裝置(42)和接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)之間的軌線上的以及在其在掃描扇區(qū)中延伸并結(jié)束于接收器偏轉(zhuǎn)裝置(24)上的軌線的至少一部分上的反射光脈沖。
文檔編號G08B13/181GK1770211SQ20051012914
公開日2006年5月10日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者阿蘭·扎姆博恩 申請人:Bea股份公司