CN102026850B - 包括自混合激光传感器的安全***以及驱动这种安全***的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种安全***，包括传感器模块(15)，该传感器模块(15)容纳利用自混合干涉工作的激光传感器(10)。激光传感器(10)产生与诸如人体之类的对象的速度以及可选地激光传感器(10)和对象之间的距离有关的测量数据。取决于由激光传感器(10)聚集且提供给诸如气袋计算机之类的控制电路(30)的测量数据，气袋计算机激活诸如气袋(35)之类的安全装置以便防止人体受伤害。此外，描述了一种驱动这种安全***的方法。

Description

包括自混合激光传感器的安全***以及驱动这种安全***的方法
技术领域
本发明涉及包括利用自混合干涉工作的激光传感器的安全***以及驱动这种安全***的方法。
背景技术
EP 1031471B1公开了一种用于产生反射或散射辐射的对象或个人的位置图像的设备，该设备包括：用于发射辐射脉冲的辐射源，所述辐射脉冲具有如此小的辐射束角度，以致只有对象或个人的小的表面区域在预定义的立体角下被每个辐射脉冲撞击；辐射接收器，其具有单个光敏元件并且以与辐射源的预定义空间关系设置以便接收由对象或个人反射或散射的辐射脉冲部分；控制和评估设备，其控制辐射源，使得各辐射脉冲的传输时间可以根据这些脉冲的发射到这些脉冲的接收而确定，并且其根据辐射源和辐射接收器的位置、发送对应辐射脉冲的立体角以及传输时间计算位置图像。所述设备复杂且昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的安全***以及驱动这种安全***的相应方法。
第一目的是借助于一种安全***来实现的，该安全***包括传感器模块，其中该传感器模块包括至少一个利用自混合干涉工作的激光传感器，所述安全***还包括控制电路和安全装置，传感器模块适于产生与对象相对于传感器模块的至少一个第一速度分量直接或间接有关的第一测量数据，控制电路适于接收传感器模块产生的第一测量数据并且适于从传感器模块接收的第一测量数据一超过定义的第一阈值就根据该第一测量数据激活安全装置，其中激光传感器具有激光传感器与对象之间的焦点区域，并且焦点区域与对象之间的距离为至少一个瑞利范围(Rayleigh range)。
所述激光传感器可以包括激光源和检测器。检测器可以是光电二极管并且激光源可以是激光二极管，例如侧面发射激光二极管、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)或者垂直扩展腔表面发射激光器(VECSEL)。激光源包括用于产生激光的激光腔并且可选地包括用于准直和聚焦激光的光学装置。激光可以被发射并且激光的一部分被对象直接反射，或者对象的运动间接造成激光的反射，这例如归因于由于对象的运动而产生的压力波。所述直接或间接反射的激光的一部分重新进入激光腔并且造成激光腔中激光的调制。检测器被设置成使得激光腔中激光束的调制可以被检测。取决于激光源的电驱动方案，可以产生有关对象的距离或者一个速度分量的第一测量数据。测量的速度分量与发射的激光的方向共线。有关自混合原理的更多细节可以见诸US6707027B2图2-7以及第1栏第65行到第2栏第40行和第2栏第56行到第3栏第21行的有关描述。在所述安全***中可以使用一个、两个、三个、四个激光传感器或者激光传感器阵列。如果传感器模块包括超过一个激光传感器，那么传感器模块与对象之间的距离为发射用于产生测量数据的激光的激光传感器与对象之间的距离。第一测量数据可以通过有线或无线连接传输到控制电路。控制电路可以仅用于安全***的目的或者它可以是集成到也用于其他目的的更复杂的***中的子电路。在一个实施例中，控制电路可以仅包括高通滤波器并且测量数据一包括高于阈值频率的频率分量，则激活安全装置。可替换地，控制电路可以包括诸如例如处理器之类的计算单元以及存储设备。在这种情况下，控制电路可以将第一测量数据与存储设备中存储的参考数据进行比较并且第一测量数据一超过借助于参考数据定义的阈值，则激活安全装置。所述对象可以是车辆中的人体，并且安全装置可以是集成到车辆中的气袋(airbag)，所述气袋通过人体的运动而激活。可替换地，可以通过安全***检测车辆一部分的运动并且可以激活气袋。此外，不随车辆一起运动的对象运动可以由安全***借助于指向车辆外部的激光传感器来检测以便在冲撞(crash)之前激活气袋或袋状物。除了车辆中的气袋之外或者替代气袋的是，可以激活诸如制动器之类的其他安全装置和/或外部气袋。也可以将安全***集成到机器人***中以便当检测到障碍物时或者当机器人***的运动超过定义的阈值时停止机器人***的运动。特别是在其中到对象的距离已知或者由激光传感器的焦点限定的情况下，与对象的一个速度分量有关的测量数据可以足以确定临界的(critical)第一测量数据并且触发安全装置的激活。特别地，由用于准直和聚焦激光的光学元件确定的激光传感器的焦点可以用来定义其中可以以可靠的方式测量第一测量数据的范围(焦点范围)。在该焦点范围之外，反射的激光可能太弱而不能产生可以借助于检测器检测的激光腔中激光的调制。由于人眼可能直接或间接地暴露于激光，因而功率保持远低于最大容许曝光(MPE)值。然而，如果必需更高的平均功率，那么可以应用眼睛安全激光(1.55μm波长)以防止对于人类视网膜的任何潜在的光损伤。
所述安全***具有以下优点：以快速、简单而精确的方式确定对象的临界运动。
在依照本发明的另一实施例中，所述控制电路可以适于通过确定对象的第一速度分量来分析第一测量数据，该第一速度分量在特定时刻与发射的激光的方向共线。这可以通过与第一速度分量成比例地确定激光腔中激光的调制频率来完成。如例如US6707027B2第2栏第56行到第3栏第21行中所描述的，该速度分量的方向可以根据激光传感器的驱动方案由调制模式导出。此外，控制电路可以适于借助于对象速度分量的依赖于时间的变化确定与发射的激光共线的对象的加速度分量。可以将速度分量以及可选地加速度分量与阈值速度以及可选地阈值加速度进行比较，并且分析的测量数据一超过阈值速度以及可选地阈值加速度，则激活安全装置。
在依照本发明的另一个实施例中，控制电路还适于确定传感器模块与对象之间的第一距离。和传感器模块与对象之间的第一距离有关的测量数据可以通过改变激光传感器的驱动方案来产生。与第一距离有关的测量数据被传输到控制电路，并且控制电路基于该测量数据以及用来产生该测量数据的驱动方案确定第一距离。随后，传感器模块可以用来通过改变一个激光传感器的驱动方案产生与第一速度分量或者第一距离有关的测量数据。可替换地，传感器模块可以包括至少两个激光传感器，第一激光传感器产生与第一距离有关的测量数据，并且第二激光传感器产生与第一速度分量有关的测量数据。此外，控制电路可以被设置成使得连续或者并行地确定第一距离和第一速度分量，在这种情况下，后者可以不一定由激光传感器的数量确定(例如，简单但是快速的控制电路可以连续地读出以激光传感器阵列设置的激光传感器)。第一距离的知识可以与第一距离阈值结合使用以便仅当第一速度分量超过第一速度阈值并且第一距离下降至低于第一距离阈值时才激活安全装置。此外，控制电路可以进一步适于根据激光传感器与对象之间的第一距离调节第一速度阈值。第一速度阈值的适应性调节可以提供一种自适应安全***。
所述传感器模块中包含的一个或多个激光传感器可以具有激光传感器与对象之间的焦点区域，并且焦点区域与对象之间的距离应当为至少一个瑞利范围(Rayleigh range)。焦点区域可以由诸如透镜之类的光学元件限定。对象或者对象表面的一部分一通过焦点区域，所述安全***就可以检测到对象表面的该部分的运动或变形。在这种情况下，检测器测量一大串(burst)波状光电流信号。借助于控制电路，可以根据波状光电流信号的频率导出对象的速度或者对象表面的部分的变形速度。可替换地，对象的运动或者对象表面的部分的变形可以造成压力波前，其等效于虚拟反射表面。压力波前通过激光传感器的焦点区域的传播可以在检测器中导致一串波状光电流信号。压力波的传播速度和幅度可能分别与波状光电流信号的频率和振幅相关。取决于传感器模块测量的光电流信号，控制电路可以激活安全装置。
依照本发明的另一实施例，所述传感器模块可以适于产生与对象相对于该传感器模块的至少第二速度分量和/或该传感器模块和对象之间的至少第二距离直接或间接有关的至少第二测量数据，所述控制电路适于第一测量数据一超过定义的第一阈值和/或从传感器模块接收的第二测量数据一超过定义的第二阈值，则根据第二测量数据激活安全装置。第二速度分量和第二距离可以被选择成与第一速度分量和第一距离不同以便测量超过一维的对象运动。可替换地，第二速度分量和第二距离可以用来引入测量的冗余性以及随后借助于控制电路对测量数据的分析。传感器模块可以包括一个具有诸如例如可活动镜之类的自适应光学器件的激光传感器以便产生第二测量数据。可替换地，传感器模块可以包括用于产生第二测量数据的第二激光传感器。此外，传感器模块可以包括一个激光传感器阵列或者甚至两个或更多激光传感器阵列。一个或多个激光传感器阵列可以提供交叉检查不同激光传感器的测量结果的可能性，这可以提高安全***的可靠性。为了实现测量数据的这种交叉检查，控制电路必须以公知的方式进行适应性调节。冗余性或者甚至多种冗余性可能在特定应用中是重要的。
依照本发明的另一实施例，控制电路可以适于确定对象的至少第二速度分量，所述控制电路还适于对象的第一速度分量一超过预定义的第一速度阈值并且第二速度分量一超过预定义的第二速度阈值，则激活安全装置。两个不同的速度分量的知识可以提供对于对象运动的更好的了解，并且可以仅当两个不同的第一和第二速度阈值被超过时，才激活安全装置。此外，对象可以是包括可相对于彼此活动的不同部分的柔软对象。确定这种柔软对象的仅仅第一速度分量可能不足以确定激活安全装置的时刻。
在本发明的另一个实施例中，所述安全***可以包括至少一个对象传感器，其适于产生与对象的重量有关的对象数据，而控制电路适于接收对象数据并且基于激光传感器产生的第一测量数据以及对象传感器提供的对象数据的组合确定对象的运动学数据，并且适于根据该运动学数据激活安全装置。对象传感器可以是诸如压电传感器之类的压力传感器，适于确定例如由对象的重量造成的表面移位的激光传感器，或者可以用来产生对象数据的任何其他种类的传感器。有关对象重量的附加信息可以用来使安全装置的激活适应对象的真实运动学数据，因为对象动量的至少一个分量可以借助于控制电路使用例如第一速度分量和与对象重量有关的测量数据来确定。
在本发明的另一实施例中，控制电路可以是气袋计算机，安全装置可以是至少一个气袋并且对象可以是人体。与例如人体头部的第一速度分量有关的测量数据可以用来激活气袋。如上所述，可以使用借助于单独的激光传感器或者甚至借助于一个或多个阵列测量的与人体部分的速度分量有关的第二、第三、第四或更多测量数据。此外，可以如上所述确定和使用相对于人体不同部分的距离。传感器模块可以适于例如产生与人体头部的第一速度分量和第一距离直接有关的第一测量数据，该传感器模块还适于产生与人体胸部的第二速度分量以及激光模块和人体胸部之间的第二距离直接有关的第二测量数据，而气袋计算机适于确定第一速度分量、第一距离、第二速度分量和第二距离并且适于第一速度分量一超过第一速度阈值和/或第二速度分量一超过第二速度阈值，则激活所述至少一个气袋。气袋计算机还可以适于根据第一距离调节第一速度阈值和/或根据第二距离调节第二速度阈值。此外，传感器模块可以适于产生与人体头部的第三速度分量以及传感器模块和人体头部之间的第三距离直接有关的第三测量数据，并且气袋计算机适于基于从传感器模块接收的第三测量数据确定第三速度分量和第三距离并且适于第三速度分量一超过第三速度阈值，则激活至少第二气袋。所述安全***还可以包括至少一个对象传感器，其适于产生与人体重量有关的对象数据，而气袋计算机适于接收该对象数据并且基于激光传感器产生的第一测量数据与对象传感器提供的对象数据的组合确定人体的运动学数据，并且适于根据该运动学数据激活安全装置。如上所述，有关人体重量的附加信息可以用来使一个或多个气袋的激活适应人体的真实运动学数据，因为人体总动量的至少一个分量可以借助于气袋计算机使用例如第一速度分量以及与人体重量有关的对象数据来确定。
替代对象传感器的是或者除了对象传感器之外，所述安全***还可以包括侧面冲击传感器模块，该侧面冲击传感器模块包括至少一个利用自混合干涉工作的激光传感器且适于产生与运动对象的速度有关的第三测量数据，运动对象位于其中安装了所述安全***的车辆之外，而气袋计算机适于第三测量数据一超过定义的第三阈值，则激活所述至少一个气袋和/或附加的侧面气袋。在冲撞之前检测出对象接近其中安装了所述安全***的车辆可以增加激活所述气袋和/或侧面气袋的可用时间。可替换地，侧面冲击传感器模块可以适于产生与车辆外表面的部分的变形直接或间接有关的变形测量数据，并且气袋计算机适于基于从侧面冲击传感器模块接收的变形测量数据激活所述至少一个气袋和/或附加的侧面气袋。特别地，可以以快速而灵敏的方式检测车门的变形，并且可以激活侧面气袋以便保护人体。
在依照本发明的另一实施例中，所述安全***还可以包括加速度传感器，该加速度传感器集成到车辆中并且适于产生与车辆的加速度有关的加速度数据，并且气袋计算机适于第一测量数据一超过第一阈值和/或加速度数据一超过定义的加速度阈值，则激活所述至少一个气袋。加速度传感器可以是微机电(MEM)传感器，其能够确定诸如汽车、摩托车之类的车辆在所有三维上的加速度。由于上述冗余性，若干独立传感器的组合可以提供一种可靠的安全***。
第二目的是借助于一种驱动安全***的方法来实现的，该安全***包括传感器模块，其中该传感器模块包括至少一个利用自混合干涉工作的激光传感器，该安全***还包括控制电路和安全装置，所述激光传感器包括至少一个具有激光腔的激光器以及至少一个检测器，并且其中该方法包括步骤：
-在激光腔中产生激光，
-将激光聚焦到激光传感器与对象之间的焦点区域，并且焦点区域与对象之间的距离为至少一个瑞利范围，
-利用激光照射对象，
-通过对象反射激光的一部分，
-反射的激光与激光腔中的光波干涉，
-借助于检测器感测反射的激光与激光腔中的光波的干涉，
-借助于检测器产生与对象的至少第一速度分量直接或间接有关的第一测量数据，
-借助于控制电路接收第一测量数据，
-借助于控制电路相对于定义的阈值评估接收的第一测量数据，以及
-第一测量数据一超过定义的第一阈值，则激活安全装置。评估在这里应当被理解为表示例如第一测量数据由高通滤波器滤波并且只有高于与对象的高速度有关的定义的频率阈值的高频分量通过高通滤波器。可替换地，可以将第一测量数据与包含第一阈值的参考数据进行比较。
下面将描述附加的特征，其可以与所述方面的任何一个联合或组合。特别是相对于其他现有技术的其他的优点对于本领域技术人员将是显然的。在不脱离本发明的权利要求的情况下，可以做出许多变型和修改。因此，应当清楚地理解的是，本发明的形式仅仅是说明性的，并非意在限制本发明的范围。
附图说明
下面将参照附图更详细地解释本发明，在附图中，相同的附图标记表示相似的部分，并且在附图中：
图1为包括VCSEL和集成光电二极管的激光传感器的示意图。
图2为激光传感器阵列的示意图。
图3为本发明第一实施例的示意图。
图4示出了包含在依照本发明一个实施例的安全***中的传感器模块的第一光学配置。
图5示出了包含在依照本发明一个实施例的安全***中的传感器模块的第二光学配置。
图6示出了使用若干组激光传感器的本发明的另一个实施例。
图7示出了借助于依照本发明的激光传感器的速度测量。
图8和图9示出了可以集成到依照本发明的安全***中的侧面冲击传感器模块的两个实施例。
图10示出了使用激光传感器作为预防冲撞侧面气袋传感器的依照本发明的另一实施例的若干部分。
图11图解地表示出了本发明的另一实施例。
具体实施方式
图1示出了依照本发明的激光传感器10中可以用作激光源100的VCSEL以及可以用作检测器200的集成光电二极管。VCSEL包括层结构并且由嵌入到形成激光器的内部腔的两个分布式布拉格反射器(DBR)2、4之间的电泵浦增益介质3(嵌入到GaAs中的InGaAs量子阱)形成。所述DBR之一是掺杂p的并且另一个DBR是掺杂n的，以便允许电流高效地馈送到增益区中。在该实例中，下面的DBR
4是掺杂n的并且上面的DBR 2是掺杂p的。然而，原则上，以相反的顺序掺杂也是可能的。用于到增益介质3中的电流注入的工作电流由连接到用于及时地调制注入电流的控制单元(未示出)的适当电源(未示出)提供。用于获得希望的距离或速度信息的发射的激光辐射7的频移利用该电流调制来实现。适当的电流形状(驱动方案)经由n-DBR和p-DBR电接触(图中未示出)馈送到增益区中。附接到下面的DBR 4的背侧的检测器200(光电二极管)测量从镜4泄漏的少量辐射，并且从而监控来自目标(图中未示出)的后向散射光8对激光器的影响，由该信息可以提取目标对象的距离或速度。关于速度，只有与发射的激光辐射7共线的速度分量可以被确定。所述光电二极管生长在适当的衬底1上。VCSEL结构的另外的层随后生长在该光电二极管之上。对于VCSEL芯片而言，该衬底上的这种层结构可以以低成本生产工艺来产生。此外，可以以容易的方式制造激光传感器阵列。在一种可替换的方法中，以上面的DBR 2开始的VCSEL结构可以生长在光学透明衬底(取决于发射的激光辐射7的波长)之上。光电二极管生长在下面的DBR 4上并且因而将附接到这种芯片的背侧。在这种情况下，激光辐射通过衬底发射。可替换地，光电二极管可以独立于VCSEL而产生，并且可以在单独的步骤中通过例如倒装芯片键合(bond)、衬底转移等等与VCSEL结合。
作为VCSEL的替换方案，可以使用VECSEL(垂直扩展腔表面发射激光器)。在这种情况下，在上面的DBR 2上方适当的距离处放置和调节的外部激光镜(未示出)形成外部腔。与VCSEL相比，上面的DBR 2的反射率降低以便允许来自外部腔的反馈。具有适当IR反射特性的体积布拉格光栅(VBG)可以形成外部激光镜，其可替换地可以是例如金属或者电介质涂敷镜。与VCSEL形成对照的是，增益介质在一定水平下被电泵浦，该水平不允许内部激光腔***(夹在DBR 2与4之间的增益介质3)超过激光阈值，但是需要外部腔(即外部镜)的反馈以实现激光产生。按照这种方式，发射的激光辐射7的特性由外部激光腔而不是由VCSEL芯片上的短内部腔确定。因此，与纯粹的基于VCSEL的传感器相比，也可以减小发射的激光辐射7的发散角并且可以增强模式质量。激光可以更好地被聚焦到诸如道路或车轮之类的目标对象上，并且可以改善感测应用所需的到激光腔中的反馈8(来自目标对象的后向散射的辐射)。作为VCSEL或VECSEL的替换方案，也可以使用边缘发射激光器。
图2为可以集成到依照本发明的安全***中的包括激光传感器阵列的传感器模块的示意图。传感器模块可以安装到车辆(未示出)。在该实施例中，结合了激光源100(VCSEL)阵列。此外，诸如微透镜41之类的光学设备以及弯曲镜42添加到每个激光源100。激光源100发射的激光辐射11由微透镜41准直并且进一步由镜42聚焦到不同的焦点区域12。弯曲镜42的曲率被选择成使得彼此邻接的激光源的焦点区域12重叠以便获得可以用来检查每个单个激光传感器的可靠性的冗余性。此外，二维的激光源100阵列可以与在二维上弯曲的弯曲镜42结合使用以便增加具有不同焦点区域12的激光束的数量。微透镜41的不同位置产生到焦点区域12的不同距离。各微透镜41的不同焦距也将如此。人体(未示出)向后散射一定的光量，其借助于弯曲镜42和微透镜41聚焦到激光源100的激光腔中。反馈量确定在VCSEL的背面上利用检测器200，即与激光源100集成在一起的光电二极管监控的激光功率。各信号被放大并且频谱借助于与光电二极管连接的控制电路30而被分析。知道信号所来自的激光传感器并且比较不同的结果，有可能计算处于焦点区域12内的人体不同部分的速度分量。如果一个或多个速度分量超过一个或多个速度阈值，那么例如通过接口31激活一个或多个气袋(未示出)。所述阵列的一些激光源可以用来通过确定人体相对于车辆的相对位置连续地测量到人体的距离以便提高安全***的精度。可替换地，可以随后通过借助于激光源100的一个或多个驱动电路(未示出)改变驱动方案来在速度和距离测量之间切换整个阵列。除了激活气袋或袋状物之外，在控制电路的激活信号之后可以使方向盘(未示出)远离人体。
在如图3中所示的依照本发明的安全***的第一实施例中，传感器模块包括两个激光传感器10以及用作对象传感器20的另一激光传感器。所述两个激光传感器可以安装在车辆300的顶部或者驾驶舱中。第一激光传感器发射的激光7聚焦到人体400的头部区域401，并且第二激光传感器10的激光7聚焦到人体400的胸部区域402。为了测量与人类重量成比例的座位底座的垂直移位(亚微米空间分辨率)，将对象传感器20安装到座位底座301中。将激光传感器和对象传感器的测量数据传输到气袋计算机350(通过有线或无线连接)。取决于该测量数据，集成到方向盘302中的气袋35借助于发送到气袋(通过有线或无线连接)的激活信号而被激活。在其他实施例中，另外的激光传感器10可以在人体前面(前面、后面碰撞检测)或者人体侧面(窗/门区域，侧面碰撞检测)集成到车体中以及集成到座位后面(第二排乘员保护)。
图4中示出了包含在依照本发明实施例的安全***中的传感器模块的光学配置。来自两个激光传感器10的激光由单个光学元件43聚焦到目标区域上。这些激光传感器之间的特定倾斜角度确保第一激光传感器10和第二激光传感器10分别测量人体的头部区域401和胸部区域402。平坦玻璃或塑料光学窗口44保护激光源不受环境污染，但是光学元件43可以足够用于该目的。由于第一激光传感器10发射的激光与第二激光传感器10发射的激光之间的倾斜角度，来自光学窗口44的镜面反射不对自混合干涉产生贡献。光学元件43应当满足至少两个要求。第一，来自第一激光传感器10的激光近似被准直或者弱聚焦到头部区域401上，并且来自第二激光传感器10的激光近似被准直或者弱聚焦到胸部区域402上。由于座位设置或碰撞而引起的人体实际位置的变化不会大大影响检测的自混合信号的振幅。第二，光学元件43的数值孔径应当大得足以充分地收集反射的光子。大孔径单光学元件43对于高灵敏度应用是有利的。
图5中示出了包含在依照本发明另一实施例的安全***中的传感器模块的另一光学配置。每个激光传感器10包括VCSEL，其为激光传感器10的激光源100。来自两个激光传感器10的激光由两个微透镜41聚焦到目标区域上。这些激光传感器10之间的特定倾斜角度确保第一激光传感器10测量人体的头部区域401并且第二激光传感器10测量人体的胸部区域402。微透镜41直接与VCSEL的发射窗口集成。光学窗口44与VCSEL之间的距离比在图4中所示的实施例中小得多。
图6示出了依照本发明的另一个实施例。在车辆300中的不同位置处采用了至少三个包括一个或多个激光传感器10的传感器组以便表征前面碰撞之前和期间的人体400运动学数据。换句话说，集成到车辆300的驾驶舱中的包括至少一个激光传感器10的传感器组A检测乘员相对于方向盘(未示出)或者车体的靠近速度；集成到车辆300的座位320中的包括至少两个激光传感器10的传感器组B监控人类相对于人体400坐在其中的座位320的速度(从座位到车体的距离可以容易地通过激光传感器10或者通过其他类型的移位或距离传感器获得)；并且为包括一个激光传感器10的对象传感器20的传感器组C相应地检测与人体重量成比例的座位底座的垂直移位。这些不同传感器组产生的所有测量数据都传输到气袋计算机(未示出)。取决于借助于气袋计算机确定的人体400运动学数据(例如人体动量的一个分量)，激活一个气袋或者多个气袋。
如图7中所示，人体400相对于车辆或座位的速度可以借助于两个激光传感器10、10′以高精度确定。激光传感器10、10′发射的激光借助于光学元件41聚焦到人体400上。这些激光传感器可以安装在乘员座位中或者方向盘或前车体中。第一激光传感器10和第二激光传感器10′的焦距被设置成具有差值δL。在严重的前面碰撞期间，人体400将从位置A移动到位置B。在位置A处，由于来自第一激光传感器10的激光焦点的最大光学反馈的原因，第一激光传感器10将产生一串光电流信号201(测量数据)。类似地，在位置B处，第二激光传感器10′将产生一串SMI信号201(测量数据)。这两个SMI信号串之间的时间延迟表示为δt。基于多焦点激光传感器，乘员相对于车体、方向盘或者乘员座位的相对速度由δL/δt确定。可替换地，位置A和位置B处的瞬时速度可以分别直接根据时间T1和T2处激光传感器10、10′产生的测量数据的多普勒频率导出。时间T1和T2处速度的直接测量可以具有以下优点：更快速的响应(激活气袋)是可能的并且可以导出加速度。有关加速度的附加信息可以允许改善对于气袋的激活时间的控制。
在图8中所示的依照本发明的另一个实施例中，所述安全***包括利用自混合干涉工作的侧面冲击传感器模块。该侧面冲击传感器模块包括具有用作激光源的VCSEL并且具有用作检测器的垂直集成光电二极管的一个激光传感器10、微透镜41以及将光学反馈引入到VCSEL的漫反射表面310。VCSEL和反射表面安装到车辆门腔的每个对应侧面。反射表面位于VCSEL焦点之后特定距离处，例如数cm或者至少一个瑞利范围。如图8中所示，车门在严重的侧面碰撞期间变形并且反射表面310跨激光传感器10的焦点区域12移动。由于光学反馈强度的变化，可以观察到一大串波状光电流信号。车门的变形速度与波状光电流信号201的频率成线性比例。该测量数据由气袋计算机(未示出)分析，并且如果车门的变形速度超过定义的阈值，则激活侧面气袋(未示出)。作为低成本、精确且高度集成的激光设备，多个VCSEL可以集成到侧面冲击传感器模块中，该侧面冲击传感器安装在侧门腔内的不同位置处以便标识侧面碰撞的位置。此外，所述多个VCSEL可以如图9中所示间接地检测车门的变形。在严重侧面碰撞的情况下，车门的变形在门腔内的介质360(例如空气)中产生朝VCSEL传播的压力波前361。具有空气密度的突变的压力波前361等效于虚拟的反射表面。随着压力波前361传播通过VCSEL的焦点区域，观察到一串光电流信号201。同样地，压力波的速度和幅度与相应波状光电流信号201的频率和振幅相关。作为快速响应和非接触侧面冲击传感器模块，具有不同入射角的多个基于VCSEL的激光传感器10可以用来适应压力波前的复杂形状并且评估侧面冲击的方向。
图10中示出了本发明的另一个实施例。包括激光传感器10的安全***用作预防冲撞侧面气袋传感器。激光传感器10发射的激光辐射聚焦到位于例如车门370外部的点或焦点区域上。激光优选地基本上垂直于车门370表面而发射以便确定与确定冲撞有关的速度分量。激光传感器10的焦点与车体之间的距离记为L，其定义临界预防冲撞区域的深度。进入临界预防冲撞区域的运动对象700导致一串光电流信号201，其为传输到气袋计算机(未示出)并且由集成到激光传感器10中的光电二极管产生的测量数据的一部分。光电流信号201的频率与运动对象700的靠近速度成比例。气袋计算机确定远大于车门腔厚度的距离处迅速接近的运动对象700的存在。在激光传感器的1m的焦距(L)以及运动对象700的50km/h的靠近速度(V)下，可以在实际冲撞之前72ms检测到运动对象700。此外，冲撞的概率可以借助于气袋计算机来确定。如果冲撞的概率(其取决于运动对象700的速度)超过定义的阈值，那么借助于气袋计算机激活侧面气袋(未示出)。与当前压力或加速率敏感侧面气袋传感器相比，预防冲撞激光传感器10的巨大的前置时间(lead time)允许在侧面碰撞期间更早且更好地保护人体。作为与安全有关的安全***，必须采取若干措施以便更可靠地利用这种安全***。首先，应当采用激光传感器10阵列以监控大的侧面碰撞带，该侧面碰撞带不一定限于车门(例如邻近引擎外壳或箱(trunk)的、在头灯或者后信号灯外壳等中的区域)。其次，运动对象700的靠近速度可以直接从光电流信号201的多普勒频率导出。只有当接近目标的靠近速度V超过预定义的阈值时，才会激活侧面气袋或者其他与安全有关的部件。此外，如结合图7所描述的，具有不同焦距的第二组激光传感器10可以用来进一步提高检测可靠性。光电流信号串首先由传感器组A观察到。在近似δL/V的时间延迟之后，传感器组B一定观察到第二SMI信号串。如果没有观察到，那么将不展开侧面气袋。此外，只有当一个传感器组的两个、三个或更多邻近激光传感器10检测到运动对象700时，才可以激活或展开侧面气袋，以便防止诸如例如鸟之类的小对象可能使侧面气袋展开。包括预防冲撞气袋传感器的安全***可以耦合到其他预防冲撞***件(例如主动转向、警报、座位自动定位)以便最小化侧面碰撞造成的损害。
图11为依照本发明的安全***的原理简图，其包括具有三个激光传感器10的传感器模块15、对象传感器20以及加速度传感器25。传感器模块15、20、25提供的测量数据由控制电路30接收，该控制电路为气袋计算机。气袋计算机通过考虑车辆和人体动力学而执行气袋触发条件的***评估，以便精确地确定是否将展开气袋35，其何时将充气以及对于各人体什么是最优的充气力。
已经参照特定实施例和特定附图描述了本发明，但是这不应当在限制意义上进行解释，因为本发明仅由所附权利要求书限制。权利要求书中的任何附图标记都不应当被视为对其范围的限制。所描述的附图仅仅是示意性和非限制性的。在附图中，为了说明的目的，一些元件的尺寸可能被夸大并且未按比例绘制。本说明书和权利要求书中动词“包括”及其变体的使用并没有排除其他的元件或步骤。除非另有特定说明，在引用单数名词时不定冠词或定冠词(例如“一”、“该”)的使用包括多个该名词。
此外，说明书和权利要求书中的措词第一、第二、第三等等用于区分相似的元件并且不一定用于描述连续的或者按时间先后的顺序。应当理解的是，这样使用的措词在适当的情况下是可互换的，并且上文描述的本发明实施例能够以不同于本文所述或所示的顺序操作。
而且，说明书和权利要求书中的措词顶部、底部、第一、第二等等用于描述的目的并且不一定用于描述相对位置。应当理解的是，这样使用的措词在适当的情况下是可互换的，并且上文描述的本发明实施例能够以不同于本文所述或所示的取向操作。
本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求书的研究，应当能够理解并实施所公开实施例的其他变型。

Claims (14)

1.一种安全***，包括传感器模块(15)，其中该传感器模块(15)包括至少一个利用自混合干涉工作的激光传感器(10)，所述安全***还包括控制电路(30)和安全装置，传感器模块(15)适于产生与对象(400，351，700)相对于传感器模块(15)的至少一个第一速度分量直接或间接有关的第一测量数据，控制电路(30)适于接收传感器模块(15)产生的第一测量数据并且适于从传感器模块接收的第一测量数据一超过定义的第一阈值，就根据该第一测量数据激活安全装置，其中激光传感器(10)具有激光传感器(10)与对象之间的焦点区域(12)，并且焦点区域(12)与对象之间的距离为至少一个瑞利范围。
2.依照权利要求1的安全***，其中控制电路(30)适于确定对象的第一速度分量并且适于对象的第一速度分量一超过预定义的第一速度阈值，则激活安全装置。
3.依照权利要求2的安全***，其中控制电路(30)还适于确定传感器模块(15)与对象之间的第一距离。
4.依照权利要求3的安全***，其中控制电路(30)还适于根据第一距离调节第一速度阈值。
5.依照权利要求1-4中任何一项的安全***，其中传感器模块(15)适于产生与对象相对于该传感器模块(15)的至少第二速度分量和/或该传感器模块(15)和对象之间的至少第二距离直接或间接有关的至少第二测量数据，并且其中控制电路(30)适于第一测量数据一超过定义的第一阈值和/或从传感器模块(15)接收的第二测量数据一超过定义的第二阈值，则根据第二测量数据激活安全装置。
6.依照权利要求5的安全***，其中控制电路(30)适于确定对象的至少第二速度分量，并且适于对象的第一速度分量一超过预定义的第一速度阈值并且第二速度分量一超过预定义的第二速度阈值，则激活安全装置。
7.依照权利要求1-4中任何一项的安全***，还包括至少一个对象传感器(20)，所述对象传感器适于产生与对象(400)的重量有关的对象数据，其中控制电路(30)适于接收对象数据并且基于激光传感器(10)产生的第一测量数据以及对象传感器(20)提供的对象数据的组合确定对象(400)的运动学数据，并且适于根据该运动学数据激活安全装置。
8.依照权利要求1-4中任何一项的安全***，其中控制电路(30)是气袋计算机(350)，安全装置是至少一个气袋(35)并且对象是人体。
9.依照权利要求8的安全***，其中传感器模块(15)适于产生与人体头部区域(401)的第一速度分量以及激光模块(15)和人体头部区域(401)之间的第一距离直接有关的第一测量数据，该传感器模块(15)还适于产生与人体胸部区域(402)的第二速度分量以及激光模块(15)和人体胸部区域(402)之间的第二距离直接有关的第二测量数据，并且其中气袋计算机适于确定第一速度分量、第一距离、第二速度分量和第二距离并且适于第一速度分量一超过第一速度阈值和/或第二速度分量一超过第二速度阈值，则激活所述至少一个气袋。
10.依照权利要求9的安全***，其中气袋计算机还适于根据第一距离调节第一速度阈值和/或根据第二距离调节第二速度阈值。
11.依照权利要求8的安全***，还包括至少一个对象传感器(20)，所述对象传感器适于产生与对象(400)重量有关的对象数据，其中气袋计算机适于接收该对象数据并且基于激光传感器(10)产生的第一测量数据与对象传感器(20)提供的对象数据的组合确定对象(400)的运动学数据，并且适于根据该运动学数据激活安全装置。
12.依照权利要求8的安全***，还包括侧面冲击传感器模块，该侧面冲击传感器模块包括至少一个利用自混合干涉工作的激光传感器(10)，其中该侧面冲击传感器模块适于产生与运动对象(700)的速度有关的第三测量数据，运动对象(700)位于其中安装了所述安全***的车辆之外，并且其中气袋计算机(350)适于第三测量数据一超过定义的第三阈值，则激活所述至少一个气袋(35)和/或附加的侧面气袋。
13.依照权利要求8的安全***，还包括集成到车辆中的加速度传感器(25)，其中该加速度传感器(25)适于产生与车辆的加速度有关的加速度数据，并且其中气袋计算机适于第一测量数据一超过第一阈值和/或加速度数据一超过定义的加速度阈值，则激活所述至少一个气袋(35)。
14.一种驱动安全***的方法，该安全***包括传感器模块(15)，其中该传感器模块(15)包括至少一个利用自混合干涉工作的激光传感器(10)，该安全***还包括控制电路(30)和安全装置(35)，所述激光传感器(10)包括至少一个具有激光腔的激光器(100)以及至少一个检测器(200)，并且其中该方法包括步骤：
-在激光腔中产生激光(7)，
-将激光(7)聚焦到激光传感器(10)与对象(400，361，700)之间的焦点区域(12)，并且焦点区域(12)与对象之间的距离为至少一个瑞利范围，
-利用激光(7)照射对象(400，361，700)，
-通过对象(400，361，700)反射激光(7)的一部分，
-反射的激光(8)与激光腔中的光波干涉，
-借助于检测器(200)感测反射的激光(8)与激光腔中的光波的干涉，
-借助于检测器(200)产生与对象(400，361，700)的至少第一速度分量直接或间接有关的第一测量数据，
-借助于控制电路(30)接收第一测量数据，
-借助于控制电路(30)利用定义的阈值评估接收的第一测量数据，以及
-第一测量数据一超过定义的第一阈值，则激活安全装置(35)。
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