本发明涉及一种用于使光射束偏转的设备和方法，尤其涉及一种用于借助微镜使激光射束受调节地偏转的设备和方法。
背景技术：
激光扫描仪针对多种应用例如为了进行图像投影而被用于大灯中或为了探测车辆周围环境而被使用。在此，激光扫描仪尤其可以理解为这样一种设备：在该设备中，激光射束被偏转到偏转装置上并且根据调节信号由该偏转装置如此控制，使得被反射的激光射束扫描令人感兴趣的立体角(raumwinkel)区域，例如银幕。扫描应理解为例如以之字形样式横穿走过立体角区域或银幕，其中，期望的探测密度可能取决于对应的应用。
在us2010/079836a1中示例性地描述了一种激光扫描仪，如下面根据图7进一步阐述该激光扫描仪那样。图7示出一种常见的激光扫描仪1，其具有光源2，该光源被设计成用于产生激光射束3并且使该激光射束偏转到偏转装置4上。照射到偏转装置4上的激光射束3被偏转为在银幕6的方向上被偏转的激光射束5，其中，由调节装置7控制偏转装置4以扫描银幕6。
为此，偏转装置4围绕也可称为快速旋转轴线的第一旋转轴线旋转，使得在水平方向上周期性从左向右并且又返回地经过银幕6。此外，偏转装置4如此围绕也可称为慢速旋转轴线的第二旋转轴线旋转，使得激光射束5周期性地从上向下并且又返回地穿过银幕6。以围绕第一轴线和第二轴线、即慢速轴线和快速轴线的运动的叠加形式得出在图7中在银幕6上示出的之字形样式。调节装置7接收表明偏转装置4的对应位置的位置信号8，并且基于该位置信号来匹配用于控制偏转装置4的控制信号9。用于感测偏转装置4的当前位置的常见方法例如根据静电、压阻或电磁原理来工作。
技术实现要素：
本发明公开了一种具有权利要求1特征的设备以及一种具有权利要求9特征的方法。
依此，提供一种用于使光射束偏转的设备，该设备具有：可调节的偏转装置；调节装置，其被设计成用于产生调节信号，借助该调节信号控制偏转装置用于以周期性运动的方式借助由偏转装置偏转的光射束扫描立体角区域或对象；探测器装置，其被设计成用于尤其周期性地检测：进行扫描的光射束照射到或未照射到探测器装置上，并且基于所述检测产生测量信号；其中，调节装置还被设计成用于基于测量信号来匹配调节信号。
例如可以由所述设备的提供装置、例如由光源或用于将外部产生的光射束耦合到所述设备中的装置来提供照射到偏转装置上的光射束。该光射束尤其可以是激光射束。
偏转装置尤其应理解为微镜、也就是说可调节的微机械反射表面连同用于调节、即用于受控制地使反射表面偏转以有针对性地使光射束偏转的相应促动装置。对立体角区域的扫描例如可以用于扫描银幕，并且可以如上关于现有技术和图7所述那样进行。所述扫描尤其可以包括例如水平地按照微镜的快速旋转轴线进行的快速运动和根据微镜的慢速旋转轴线进行的慢速运动、例如水平运动，所述快速运动和慢速运动相互叠加，其中，所述快速运动比所述慢速运动快。周期性运动既应理解为在始终相同的旋转方向上连续运动，如例如在旋转微镜的情况那样，也应理解为周期性的往复运动、如例如在共振运行的微镜的情况那样。光由偏转装置的偏转也可以完全或部分地通过反射表面的变形来进行。
此外，提供一种用于使光射束偏转的方法，所述方法具有以下步骤：借助控制信号控制偏转装置用于以周期性运动的方式借助由偏转装置偏转的光射束扫描立体角区域或对象；检测、尤其周期性地检测：进行扫描的光射束照射到或未照射到探测器装置上；基于所述检测的结果产生测量信号；基于该测量信号匹配调节信号。
本发明提供一种用于使光射束偏转的设备和方法，其中，可以放弃使用用于确定偏转装置的当前位置、也就是说定向的常见位置传感装置。
尤其，以1比特构造测量信号，所述测量信号表明进行扫描的光射束照射到或未照射到，其中，逻辑值1例如表明光射束照射到，而逻辑值0表明光射束未照射到。由此，尤其与常见的位置传感装置相比可以减小用于调节光的偏转的必要数据量，所述位置传感装置具有例如10比特或更多的位置信息。尽管如此，可以根据探测器装置、尤其探测器装置的光探测器的已知构造和固定位置通过所述1比特信号推断出偏转装置的精确位置。
因此，本发明减小例如在激光扫描仪中用于感测和分析处理的必要电路费用。此外，可以避免传统位置传感装置的高成本的热校准。此外，可以更精确地确定和补偿例如偏转装置的老化效应，而传统位置传感装置的老化效应不会使上述情况变困难。示例性的老化效应包括偏移量中的漂移或者包括逐渐降低的灵敏度。此外，通过探测器装置与被进行照射的光射束连续加热的偏转装置的空间分离，降低热偏移量和热灵敏性误差。
本发明提高用于使光偏转的设备和方法的可用性和可靠性。通过借助探测器装置进行的新式、隐含的位置探测，实现与传统的位置传感装置相比高的非相关性程度。例如可以将所述探测器装置与传统的位置传感装置组合，这能够实现提高的冗余性和/或可信性。
有利的实施方式和扩展方案由从属权利要求以及由参照附图的描述得出。
根据一种优选扩展方案，探测器装置被设计成用于在扫描立体角区域的、围绕快速旋转轴线的周期性运动的每个周期中检测至少一次、优选至少两次、尤其刚好两次：进行扫描的光射束照射到或未照射到探测器装置上。因此可以将必需的数据量保持得很低，并且同时精确检测偏转装置的周期性运动。因为所述扫描的围绕快速旋转轴线的运动比所述扫描的围绕慢速旋转轴线的周期性运动进行得更快，所以围绕慢速旋转轴线的周期性运动的一个周期包括围绕快速旋转轴线的周期性运动的多个周期。因此，尤其当用于使光射束关于快速旋转轴线偏转的偏转装置与用于使光射束关于慢速旋转轴线偏转的偏转装置相同或以固定的运动关系耦合时，也可以精确地检测围绕慢速旋转轴线的周期性运动的周期。
根据另一优选扩展方案，探测器装置具有第一光探测器和第二光探测器，所述第一和第二光探测器被设计成用于在扫描立体角区域的、围绕快速旋转轴线的周期性运动的每个周期中分别检测一次：进行扫描的光射束照射到或未照射到第一光探测器和第二光探测器上。如上所述，所述检测可以引起以单个比特产生测量信号。光探测器可以理解为能够探测到入射到光探测器上的光的任何一种装置。光探测器例如可以是光学探测器、例如光电二极管。替代地，光探测器也可以基于在光射束照射到光探测器上的情况下的其他物理效应，例如发热。也可以使用两个以上的光探测器，它们例如可以布置在一排或多排中。因此可以实现多个测量点并且由此实现所述调节的改善的稳定性。
根据另一优选扩展方案，偏转装置被设计用于共振运行，也就是说使该偏转装置共振地运行。可以如此提供基于测量信号所匹配的调节信号，使得基于该测量信号通过偏转装置、尤其通过偏转装置的促动器提高或降低周期性运动的振幅、尤其是所述扫描的、围绕快速旋转轴线的周期性运动的振幅。
根据另一优选扩展方案，调节装置被设计成用于借助所匹配的调节信号在尤其有规律地彼此相继的测量时间点分别提高或降低周期性运动的、尤其围绕快速旋转轴线的周期性运动的振幅；其中，如果由探测器装置检测到进行扫描的光射束未照射到探测器装置上，那么相应提高振幅；其中，如果由探测器装置检测到光射束照射到探测器装置上，那么相应降低振幅。由此能够特别精确地调节偏转装置的振幅。
根据另一优选扩展方案，偏转装置被设计用于准静态运行，也就是说使该偏转装置准静态地运行。例如如上所述，探测器装置可以具有第一光探测器和第二光探测器。第一光探测器被设计成用于在扫描立体角区域的、围绕快速旋转轴线的周期性运动的每个周期中刚好检测一次：进行扫描的光射束在相应于偏转装置的最大正偏转的位置处照射到或未照射到。第二光探测器被设计成用于在扫描立体角区域的、围绕快速旋转轴线的周期性运动的每个周期中刚好检测一次：进行扫描的光射束在相应于所述偏转装置的最大负偏转的位置处照射到或未照射到。为此，第一和第二光探测器可以有利地分别布置在所述扫描的围绕快速旋转轴线的周期性运动的反转点(umkehrpunkt)处或布置在对应的反转点附近
根据另一优选扩展方案，用于产生调节信号的调节装置能够由外部参考变量
根据本发明方法的另一优选扩展方案，如果在尤其有规律地彼此相继的多个测量时间点中的一个时间点由探测器装置检测到进行扫描的光射束未照射到探测器装置上，那么总是提高偏转装置的周期性运动的、尤其围绕快速旋转轴线的周期性运动的振幅。此外，如果在尤其有规律地彼此相继的多个测量时间点中的一个时间点由探测器装置检测到进行扫描的光射束照射到探测器装置上，那么总是降低偏转装置的周期性运动的振幅。由此可以以特别小的时间常数产生调节信号的以及偏转装置的振幅的、尤其偏转装置的微镜的振幅的有利切换(toggeln)。所述切换也称为“抖动”(英文：dithering)，并且指信号值的来回跳动或来回切换。通过精确地了解该振幅例如可以计算出精确的过零点(nulldurchgang)。过零点常常被用于与连接在所述设备前面或后面的系统同步，针对为了馈给能量等的时间点例如用于图像投影、激光驱动器、锁相环路的同步。
在上面和下面提到“围绕快速旋转轴线的周期性运动”的地方应该始终这样理解：分别设置的修改方案或扩展方案附加地或替代地也可以被应用于围绕慢速旋转轴线的周期性运动。
根据另一优选扩展方案，在本发明方法中根据外部参考变量来控制偏转装置，其中，在进行扫描的光射束照射到第一光探测器上时的时间点检测参考变量的第一值，并且在进行扫描的光射束照射到第二光探测器上时的时间点检测参考变量的第二值。在参考变量的所检测的第一数值与第二数值之间对参考变量的其他数值进行差值计算，并且基于参考变量的被差值计算的其他数值来匹配所述参考变量。
附图说明
下面根据在示意图中示出的实施例进一步阐述本发明。附图示出：
图1用于阐述根据本发明的一个实施方式的用于使光射束偏转的设备的示意图；
图2用于阐述根据本发明的另一实施方式的用于使光射束偏转的设备的示意图；
图3根据图2的设备的示意性方框图；
图4用于阐述根据图2和图3的设备的工作方式的示意性曲线图；
图5根据本发明的另一实施方式的用于使光射束偏转的设备的示意性方框图；
图6用于阐述根据本发明的另一实施方式的用于使光射束偏转的方法的示意性流程图；
图7传统激光扫描仪的示意图。
在所有附图中，除另有说明外，相同或功能相同的元件和设备设有相同的附图标记。方法步骤的编号是为了清楚起见，并且除另有说明外尤其不应意味着确定的时间顺序。尤其也可以同时执行多个方法步骤。
具体实施方式
图1示出用于阐述根据本发明实施方式的用于使光射束50偏转的设备10的示意图。
设备10包括可调节的偏转装置12，该偏转装置由调节信号60尤其共振或准静态地运行，以便使所提供的光射束50、尤其激光射束偏转到期望的空间方向上或期望的立体角上。为此，设备10可以包括提供装置14，例如光源或者用于将外部产生的光射束50、尤其激光射束耦合到设备10中的装置，该提供装置被设计成用于提供光射束50并且将其偏转到可调节的偏转装置12上。为此，提供装置14例如可以包括一定数量的光学元件，例如透镜、光圈、玻璃光线导线等。替代地，通过本发明的设备10相对于外部光源的布置也可以将外部产生的光射束作为光射束50引导到偏转装置12上。
所提供的光射束50照射到偏转装置12上并且根据偏转装置12的当前位置、也就是说定向由该偏转装置偏转。此外，设备10包括探测器装置18，该探测器装置被设计成用于尤其周期性地检测：进行扫描的光射束50照射到或未照射到探测器装置18上，并且基于所述检测产生测量信号61。所述设备的调节装置16被设计成用于至少基于测量信号61匹配调节信号60。尤其，为了补偿偏转装置12的或被偏转的光射束50的过大或过小振幅而进行所述匹配。
图2示出用于阐述根据本发明另一实施方式的用于使光射束偏转50的设备110的示意图。为了进一步阐述设备110，也参考图3，该图示出设备110的示意性方框图。
设备110包括可调节的偏转装置112，该可调节的偏转装置包括能够围绕旋转轴线111旋转的微镜122。在图2中未明确示出用于使微镜122旋转的促动器装置。微镜122例如可以固定在扭转弹簧上。在图2中示出偏转装置112以一示例性角度α偏转。设备110可以如上面参照图1所述那样包括提供装置14，或者构造成用于接收外部产生的光射束50、尤其激光射束。所提供的光射束50照射到偏转装置112上并且根据当前的偏转角度α而定由该偏转装置偏转。此外，在图2中示出具有开口119的可选光圈113，由偏转装置112偏转的光射束50必须能够通过该开口，以便到达待扫描的立体角区域115或对象。
在图2中并且在在此示例性描述的实施例中，偏转装置112的旋转轴线111是微镜122的唯一旋转轴线或快速旋转轴线。通过该快速旋转轴线例如可以实现光射束50的水平偏转。例如可以通过另一(未示出的)可调节的偏转装置实现垂直偏转、一般性的是在垂直于按照快速旋转轴线的偏转方向的方向上的偏转。可选地，设备110可以具有根据传统的现有技术的、用于检测微镜122的位置的附加位置传感器123，该位置传感器产生例如可以被用于或会被用于测量信号61的可信性检验的位置信号。
在图2中，在光圈113的开口119的左棱边处构造或布置有第一光探测器115、例如光电二极管，并且在开口119的右棱边处构造或布置有例如作为光电二极管的第二光探测器117。一般，第一和第二光探测器115、117可以彼此平行地布置，尤其分别与被偏转的光射束50的根据围绕快速旋转轴线111的周期性运动的两个反转点或反转区之一相邻地布置。第一和第二光探测器115、117例如可以正方形或优选带形地构造，其中，对应的带的纵轴线平行于快速旋转轴线111布置并且因此垂直于围绕快速旋转轴线111的运动方向布置。由此，光探测器115、117也被设计成用于在光射束50附加地围绕垂直于快速旋转轴线111的慢速旋转轴线旋转或翻转时探测该光射束。第一和第二光探测器115、117共同构成探测器装置118，因此该探测器装置被设计成用于周期性地检测：进行扫描的光射束50照射到或未照射到探测器装置118上，并且基于所述检测产生测量信号61，如在图3中示意性示出那样。
图3示出设备110的示意性方框图。在图3中示出，设备110具有调节装置116，该调节装置被设计成用于产生调节信号60，借助该调节信号控制偏转装置112用于以周期性运动的方式借助由偏转装置112偏转的光射束50扫描立体角区域115或对象。为此可以将调节信号60、例如电压传输给偏转装置112的促动器装置，该促动器装置被设计成用于使微镜122围绕旋转轴线111旋转。调节装置116被设计成用于接收外部的参考变量62，基于所产生的测量信号61修改、例如减小该参考变量，以便产生修改后的参考变量63。优选，借助设备110的预处理装置138预处理、即处理测量信号，以便产生处理后的测量信号66，该处理后的测量信号基于测量信号61，并且基于该处理后的测量信号修改外部参考变量63。例如可以间接或直接地将处理后的测量信号66的对应当前值从参考变量62的对应当前值中扣除，以便产生修改后的参考变量63的对应当前值。
调节装置116可以包括控制装置126，该控制装置接收修改后的参考变量63，并且将基于该参考变量的控制信号64传递给调节装置116的驱动装置136，由此促使该驱动装置输出基于控制信号64所匹配的调节信号60。如在图3中示意性示出那样，调节装置116、控制装置126和驱动装置136例如可以在设备110的专用集成电路140(英文：applicationspecificintegratedcircuit,asic)中实现。偏转装置112和探测器装置118可以构造为设备110的微机电系统140、即mems的一部分。
第一和第二光探测器115、117分别输出一个或一个共同的测量信号61，该测量信号包括1比特。逻辑0表示，未检测到光射束照射到相应的探测器115、117上。逻辑1表示，检测到光射束50照射到相应的光探测器115、117上。分别在尤其有规律地彼此相继的多个测量时间点中的一个测量时间点检测照射到和未照射到，例如在图4中示意性示出并且接下来所阐述的那样。
使设备110的偏转装置112共振地运行。如根据图2所示，在围绕快速旋转轴线111的周期性运动的每个周期中，由光探测器115、117中的每一个分别检查一次：探测到或未探测到光射束50。在彼此相继的测量时间点中的每个测量时间点，通过调节装置116确定，是应提高还是应降低围绕快速旋转轴线111的周期性运动的振幅。当在测量时间点中的一个测量时间点检测到光射束50未照射到探测器装置118、也就是说第一和第二光探测器115、117上时，总是对应地提高振幅。当在测量时间点中的一个测量时间点检测到进行扫描的光射束50照射到探测器装置118、尤其第一和第二光探测器115、117上时，总是降低振幅。周期性运动的振幅的所述提高或降低尤其可以通过提高或降低调节信号60的振幅来实现。
图4示出用于阐述设备110的工作方式的示意性曲线图。水平轴线93表示时间，垂直轴线94表示振幅。例如正弦形构造的调节信号60的振幅例如在第一值91与低于第一值91的第二值92之间被来回切换。当在一个测量时间点检测到光射束50照射到探测器装置118上时，总是将调节信号60的振幅设定到第二值92上。当在一个测量时间点检测到光射束50未照射到探测器装置118上时，总是将调节信号60的振幅设定到第一值91上。与此相应地，将偏转装置112、也就是说微镜122的偏转的振幅96提高或降低。替代地，调节信号60的振幅也可以具有多个层级或能够持续地提高和降低。在图4中仅示例性地示出振幅96的升高和降低。第一持续时间(调节信号60的振幅分别停留在第一值91上有多久)可以与第二持续时间(调节信号的振幅分别停留在第二值92上有多久)不同。第二持续时间例如可以是第一持续时间的五倍、例如九倍以上。
例如如此选择彼此相继的测量时间点，使得有规律地总是在设备110的当前运行中或理想运行中光射束50按照围绕快速旋转轴线111的周期性运动而刚好落到第一或第二光探测器115、117上时，检测光射束照射到或未照射到探测器装置118上。替代地或从而意义相同地，可以如此选择测量时间点，使得这些测量时间点在设备110的当前运行中或理想运行中始终与光射束50在按照快速旋转轴线111的运动中的反转重合。
有利地，在设备110中出现调节信号60的切换，所述切换通过振幅提高和降低的持续变换而引起，所述持续变换由于“探测器装置118探测到和未探测扫描激光射束50”的交替变换而引起。有利地，该切换相比偏转装置112的时间常数具有明显更小的时间常数。因此实现特别精确的可调节的振幅，在“探测到”与“未探测到”之间切换得越快，该可调节的振幅越精确。为此，在测量信号61反馈给调节装置116情况下的特别小的死区时间(totzeit)以及调节装置116的高带宽是有利的。
以常见的共振运行微镜系统是具有约0.1秒的振幅变化时间常数的高品质系统。这些微镜系统同样具有在千赫兹范围内的明显更高的共振频率，例如20khz的共振频率。因此，如上面已经描述那样，引起由“探测到”和“未探测到”的持续变换实现的有利切换。
图5示出根据本发明另一实施方式的用于使光射束50偏转的设备210的示意性方框图。设备210是设备110的变型，它们的区别尤其在于，设备210的asic230的构型替代设备110的asic130的构型，更确切地说，区别在于设备210的调节装置216的构型并且因此在于对mems140的信号的分析处理并且此外在其他方面可以与设备110相同。此外，使设备210的偏转装置112准静态地运行。
设备210的第一光探测器115被设计成用于在扫描立体角区域或对象115的、围绕快速旋转轴线111的周期性运动的每个周期中刚好检测一次：进行扫描的光射束50在相应于偏转装置112的最大正偏转的位置处照射到或未照射到。设备210的第二光探测器117被设计成用于在扫描立体角区域的、围绕快速旋转轴线的周期性运动的每个周期中刚好检测一次：进行扫描的光射束50在相应于偏转装置112的最大负偏转的位置处照射到或未照射到。第一和第二光探测器115、117分别布置在该扫描的围绕快速旋转轴线111的周期性运动的反转点或反转区处或布置在对应的反转点或反转区附近。
设备210的调节装置216具有插值装置238，该插值装置被设计成用于在进行扫描的光射束50照射到第一光探测器115上时的时间点检测参考变量62的第一值，并且在进行扫描的光射束50照射到第二光探测器117上时的时间点检测参考变量62的第二值。此外，插值装置238被设计成用于尤其结合照射到第一或第二光探测器115、117上时的时间点在参考变量62的所检测的第一值与第二值之间对参考变量62的其他值进行插值计算，并且在插值信号65中提供所述其它值。通过调节装置216基于插值信号65来匹配、尤其再校准参考变量62。
图6示出用于阐述本发明另一实施方式的用于使光射束偏转的方法的示意性流程图。根据图6的方法能够借助本发明的设备、尤其设备10；110；210中的一个来执行并且能够根据关于本发明设备所描述的所有扩展方案和变型方案来相应地匹配，并且反之。
在步骤s02中，借助控制信号60来控制偏转装置12；112用于借助由偏转装置12；112偏转的光射束50以周期性运动的方式扫描立体角区域115。在可选的步骤s01中可以通过提供装置14提供、尤其产生为此所使用的光射束50。在步骤s03中，尤其周期性地检测：进行扫描的光射束50照射到或未照射到探测器装置18；118。在步骤s04中，基于检测s03的结果产生测量信号61。
在步骤s05中，基于测量信号61匹配调节信号60。如关于设备110所述那样，测量信号61例如可以具有1比特、尤其由1比特组成，该比特分别表明光射束50照射到或未照射到探测器装置18；118上，并且可以在测量信号61为逻辑0时总是提高偏转装置12；112的振幅，而在测量信号61为逻辑1时总是可以降低振幅。替代地，如关于设备210所述那样，例如可以借助设备210的插值装置238对参考变量62的值进行插值计算并且将其用于补偿性地匹配参考变量62。
尽管以上根据优选实施例描述本发明，然而本发明不限于此，而是能够以多种方式和方法来修改。尤其能够在不偏离本发明核心的情况下以各种方式改变或修改本发明。