Zur Erzeugung eines Entfernungsbildes
mit elektromagnetischen Impulsen sind z. B. folgende Schriften bekannt:
- US
5 225 882 A
Diese Schrift beschreibt eine Anordnung
bei der ein Empfangselement und ein Sendeelement über je eine
Optik auf einen Drehspiegel abgebildet wird. Damit kann nur ein
begrenzter Winkelbereich mit einem relativen volumenaufwendigem Gerät erfasst
werden.
- DE 196 26 298
A1
Diese Schrift zeigt eine Schwenkung der Laserstrahlen
durch seitliches Verschieben einer Laserdiode hinter einer Optik.
- DE 38 25 081 A1
Diese
Schrift zeigt die Möglichkeit
auf, über
die Bewegung eines Lichtleiters einen Lichtstrahl abzulenken für Scan-Zwecke.
- DE 41 27 168 C2
Diese
Schrift zeigt eine Signalverarbeitung auf, die bei unterschiedlicher
Signalgüte
ein an diese Signalgüte
angepasstes Signalverarbeitungsverfahren unter. Einbeziehung eines
Schätzrechners anwendet.
To generate a distance image with electromagnetic pulses z. B. known the following writings: - US 5,225,882 A This document describes an arrangement in which a receiving element and a transmitting element are each imaged on a rotating mirror via an optical system. This means that only a limited angular range can be recorded with a relative volume-consuming device.
- DE 196 26 298 A1 This document shows a pivoting of the laser beams by moving a laser diode behind an optic.
- DE 38 25 081 A1 This document shows the possibility of deflecting a light beam for scanning purposes by moving a light guide.
- DE 41 27 168 C2 This document shows a signal processing which, in the case of different signal quality, includes a signal processing method which is adapted to this signal quality. Inclusion of an estimator applies.
Alle diese Systeme haben die folgenden Nachteile:
- – Bei
koaxialer Anordnung oder Anordnungen mit einem einzigen für Sende-
und Empfangseinrichtung benutzten Abbildungssystem sind nahe Entfernungen
sehr schwierig auszuwerten und überhaupt
nicht bei Betrieb in rückstreuenden
Medien wie Nebel und Regen.
- – Systeme
mit Spiegeln vor der Optik haben den Nachteil, dass sehr große Massen
bewegt werden müssen
und damit die Abtastfrequenz sehr niedrig wird.
All of these systems have the following disadvantages: - With a coaxial arrangement or arrangements with a single imaging system used for the transmitting and receiving device, close distances are very difficult to evaluate and not at all when operating in backscattering media such as fog and rain.
- - Systems with mirrors in front of the optics have the disadvantage that very large masses have to be moved and thus the sampling frequency becomes very low.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist
es, ein System zur Erzeugung eines Entfernungsbildes mit elektromagnetischen
Impulsen darzustellen, das folgende vorteilhafte Eigenschaften aufweist:
- – Kompakter
Aufbau mit hoher Beständigkeit
gegen Umwelteinflüsse
- – Kleine
bewegte Massen
- – Gutes
Signal-Rauschverhältnis
bereits am Empfänger
- – Hohe
Betriebssicherheit auch bei Langzeitbetrieb
- - Überschaubarer
Fertigungs- und Prüfaufwand bei
der Serienherstellung
The object of the present invention is to present a system for generating a distance image with electromagnetic pulses, which has the following advantageous properties: - - Compact structure with high resistance to environmental influences
- - Small moving masses
- - Good signal-to-noise ratio already at the receiver
- - High operational reliability even with long-term operation
- - Manageable manufacturing and testing effort in series production
Diese Erfindung wird im Folgenden
anhand der 1 bis 9 beschrieben werden. Das
System arbeitet nach dem Impulslaufzeitverfahren und ist so aufgebaut,
dass für
eine Abtastung nur sehr geringe Massen bewegt werden müssen.This invention is described below with reference to the 1 to 9 to be discribed. The system works according to the pulse transit time method and is designed so that only very small masses have to be moved for a scan.
Als Beispiel ist ein System mit Halbleiterlasern
als Sender und Halbleiterfotodioden als Empfänger beschrieben, diese Elemente
arbeiten im Bereich von ca. 500 nm bis ca. 2000 nm. Das System eignet
sich aber auch für
mm-Wellen.An example is a system with semiconductor lasers
described as transmitters and semiconductor photodiodes as receivers, these elements
work in the range of approx. 500 nm to approx. 2000 nm. The system is suitable
but also for
mm-waves.
Entsprechend 1 befinden sich auf einem Rahmen 101 z.
B. drei Sendeeinheiten mit z. B. je einer dreifach Laserdiode 104a, 104b und 104c.
Diese dreifach Laserdioden werden über die Sendeoptik 109 auf
die abzutastende Szene abgebildet. Die rückgestreuten Lichtimpulse werden über die
Empfangsoptik 110 durch den Filter 111 auf die,
auf dem Rahmen 101 befindlichen Blendematrix mit den Blendenöffnungen 106a, 106b und 106c abgebildet.
Wird der gesamte Rahmen 101, gehalten durch die Federn 102 und 103, über z. B.
einen elektromagnetischen Antrieb 118 in der Bewegungsrichtung 115 oszyllierend
oder zwangsgesteuert hin und her bewegt, so werden die Lichtimpulse
der 3-fach Laserdioden über die
Sendeoptik 109 auf der Szene auch hin und her bewegt und
scannen damit die Szene parallel ab. Durch die Zuordnung der Blendeöffnungen 106a, 106b und 106c auf
dem gleichen Rahmen 101 werden die von Objekten reflektierten
Impulse über
die Empfangsoptik direkt auf diese Blendeöffnungen projeziert. Damit
gelangt Fremdlicht, das nicht von den Laserimpulsen erzeugt wird,
nicht auf die Zwischenoptik 112, sondern ausschließlich das
Licht der die durch die Laser beleuchteten Flächen. Die Zwischenoptik 112 ist
so ausgebildet, dass unabhängig
von der Bewegungslage des Rahmen 101 die Lichtimpulse, die
die Blendenöftnungen 106a – 106c passieren
jeweils auf die zugeordneten Empfänger 114a, 114b und 114c der
Empfängerzeile 113 abgebildet
werden. Der Rahmen 101 wird über die Federn 102 und 103 gehalten
und diese Federn dienen zugleich selbst oder über aufgebondete Leiterbahnen
zur Stromversorgung der Laser und zur Verbindung der Steuereinheit
mit den Spulen des elektromagnetischen Antriebs 118. Der
Antrieb ist so gestaltet, dass vor und hinter der Spulenanordnung
jeweils Permanentmagnete mit alternierender Polfolge angeordnet sind
und die Spulen entsprechend bekannter Linearmotoranordnungen angesteuert
werden. In den Figuren sind die für den Antrieb nötigen Permanentmagnete
zur besseren Darstellung des Systems weggelassen.Corresponding 1 are on a frame 101 z. B. three transmitter units with z. B. each a triple laser diode 104a . 104b and 104c , These triple laser diodes are via the transmit optics 109 mapped onto the scene to be scanned. The backscattered light impulses are via the receiving optics 110 through the filter 111 on the, on the frame 101 located aperture matrix with the aperture openings 106a . 106b and 106c displayed. Will the whole frame 101 held by the feathers 102 and 103 , about z. B. an electromagnetic drive 118 in the direction of movement 115 Moving back and forth in an oscillating or force-controlled manner, the light pulses from the triple laser diodes are transmitted via the transmitter optics 109 also moves back and forth on the scene, scanning the scene in parallel. By assigning the aperture openings 106a . 106b and 106c on the same frame 101 the pulses reflected by objects are projected directly onto these apertures via the receiving optics. This means that extraneous light that is not generated by the laser pulses does not reach the intermediate optics 112 , but only the light from the surfaces illuminated by the lasers. The intermediate optics 112 is designed so that regardless of the position of the frame 101 the light impulses that the aperture openings 106a - 106c happen to the assigned recipients 114a . 114b and 114c the recipient line 113 be mapped. The frame 101 is about the feathers 102 and 103 held and these springs serve themselves or via bonded conductor tracks for the power supply of the laser and for connecting the control unit with the coils of the electromagnetic drive 118 , The drive is designed such that permanent magnets with alternating pole sequences are arranged in front of and behind the coil arrangement, and the coils are controlled in accordance with known linear motor arrangements. In the figures, the permanent magnets required for the drive have been omitted to better illustrate the system.
Die Auswahl der Laser innerhalb der
Scanbewegung und die Triggerfunktion zur genauen zeitlichen Zuordnung
wird über
eine weitere Laserdiode 108 die auf die Fotodiode 107 strahlt
bewirkt.The selection of the lasers within the scan movement and the trigger function for precise time allocation is made via another laser diode 108 the on the photodiode 107 radiates.
Die optische Gestaltung des Empfangsteils ist
in 1a im Schnitt A 116
der Zeichnung 1 zum besseren
Verständnis
dargestellt. Die Szene von der ein Entfernungsbild erzeugt werden
soll, wird über
die Empfangsoptik 110 und dem Filter 111 auf die
Blende 106 abgebildet.The optical design of the receiving part is in 1a in section A 116 of the drawing 1 shown for better understanding. The scene from which a distance image is to be generated is via the receiving optics 110 and the filter 111 on the bezel 106 displayed.
Die Zwischenoptik 112 bildet
in jeder Lage der Blende 106 die durch die Blenden durchtretende Energie
auf die Empfänger 114a, 114b und 114c der Empfängerzeile 113 ab.The intermediate optics 112 forms the aperture in every position 106 the energy passing through the aperture to the receiver 114a . 114b and 114c the recipient line 113 from.
Im Sendeteil entsprechend Schnitt
B 117 der 1 werden entsprechend 1b die auf dem Träger 101 befindlichen
z. B. dreifach Laserdioden 104a, 104b und 104c über die
Sendeoptik 109 auf die Szene abgebildet. Durch die erfindungsgemäße Anordnung
wird erreicht, dass nur die Sendeelemente mit Ansteuerung, im Beispiel
die Laserdioden und die Blenden, auf dem Träger bewegt werden müssen. Diese
Elemente haben erfahrungsgemäß eine sehr geringe
Masse und sind sehr klein in ihrer Ausdehnung. Außerdem sind
die Sendeelemente sehr leicht wie gezeigt auswählbar und triggerbar. Alle
anderen Komponenten mit größerer Masse
wie Empfangs- 110 und Sendeoptik 109 sind fest
angeordnet. Ebenfalls die Zwischenoptik 112 und die Empfangszeile 113 sind
fest angeordnet.In the transmitting section according to section B 117 of 1 will be accordingly 1b the one on the carrier 101 located z. B. triple laser diodes 104a . 104b and 104c about the transmission optics 109 mapped on the scene. The arrangement according to the invention means that only the transmitter elements with control, in the example the laser diodes and the diaphragms, have to be moved on the carrier. Experience has shown that these elements have a very small mass and are very small in size. In addition, the transmission elements are very easy to select and trigger as shown. All other components with larger mass such as reception 110 and transmission optics 109 are fixed. Also the intermediate optics 112 and the reception line 113 are fixed.
Durch die Verwendung von jeweils
3 Einheiten von Dreifachlaserdioden 104a bis 104c und
auch 3 Blenden 106a bis 106c wird entsprechend
Bild 1b in der Bewegungsrichtung 115 ein Bereich mit einer Breite
von 122 abgescannt während
der Träger
nur eine Amplitude von der Strecke 121 ausführen muß. Wenn
diese Strecke 121 für
das System ausreichend ist, ist nur eine Dreifachlaserdiode z. B. 104b und
nur eine Blendeöffnung
z. B. 106b nötig.
Dabei entfällt ein
Teil der Zwischenoptik und es wird nur ein Empfänger z. B. 114b benötigt. Die
z. B. Dreifachlaserdioden 104a bis 104c sind als
Beispiel gewählt,
dass ein Entfernungsbild von z. B. 3 × 100 Punkten aufgenommen werden
kann. Hier können
einzelne Dioden verwendet werden, aber auch Diodenzeilen mit z.
B. 16 bis 32 LaserdiodenBy using 3 units of triple laser diodes each 104a to 104c and also 3 panels 106a to 106c is in the direction of movement according to Figure 1b 115 an area with a width of 122 scanned while the carrier is only an amplitude from the distance 121 must execute. If this route 121 is sufficient for the system, only a triple laser diode z. B. 104b and only one aperture z. B. 106b necessary. Part of the intermediate optics is omitted and only one receiver is used, for. B. 114b needed. The z. B. triple laser diodes 104a to 104c are chosen as an example that a distance image of z. B. 3 × 100 points can be recorded. Individual diodes can be used here, but also diode rows with e.g. B. 16 to 32 laser diodes
Zur Trennung der rückgestreuten
Signale, bei Betrieb in Medien die in ihrem Volumen rückstreuen
wie z. B. Nebel und Regen kann mit dieser Anordnung auch die optische
Achse des Empfangsteils 119 von der optischen Achse des
Sendeteils 120 disloziert angebracht werden.To separate the backscattered signals, when operating in media that backscatter in volume, e.g. B. Fog and rain can with this arrangement also the optical axis of the receiving part 119 from the optical axis of the transmitting part 120 to be installed displaced.
Eine weitere Ausführungsform ist in 2 gezeigt. Der Träger 101 enthält wie in 1 die 3fach Laserdioden 104a bis 104c und
die Blendenanordnung 106. Feststehend ist wieder die Empfangsoptik 110,
der Filter 111 und die Sendeoptik 109 ausgebildet.
Die Halterfedern 203a, 203b, 203c und 203d sind
so gestaltet, dass sowohl eine Bewegung in Richtung x 204 als auch
eine Bewegung in Richtung y 205 möglich ist. Die stehende Zwischenoptik 207 und
der Empfänger 202 sind
so gestaltet, dass innerhalb des Bewegungsspielraums in alle Richtungen 204 und 205 die
auf die Blendenmatrix abgebildeten Flächen, die durch die Laser 104a bis 104c in
der zu vermessenden Szene beleuchtet werden voll auf den Empfänger 202 abgebildet
werden. Der Antrieb 118 ist dabei so gestaltet, dass durch
entsprechende Ansteuerung alle zu vermessenden Flächen gesteuert angefahren
werden können. 3 zeigt den Schnitt der
Empfangsoptik durch deren optische Achse 119. Die Empfangsoptik 110 bildet über das
Filter 111 die von den Lasern 104a bis 104c beleuchteten
Flächen auf
die Blendenmatrix 106 ab. Die Zwischenoptik 201 ist
so gestaltet, dass alle Blendenflächen in allen Lagen der Blendenmatrix 106 auf
den einen Empfänger 202 abgebildet
werden. Damit wird erreicht, dass bei seriell aufgesteuerten Lasern
nur ein einziger System-Empfangskanal verwendet werden muss. Diese Anordnung
ergibt gegenüber
anderen einen erheblichen Vorteil in Bezug auf die Bauteilekosten.Another embodiment is in 2 shown. The carrier 101 contains as in 1 the triple laser diodes 104a to 104c and the aperture assembly 106 , The receiving optics are fixed again 110 , the filter 111 and the transmission optics 109 educated. The holder springs 203a . 203b . 203c and 203d are designed so that both a movement in the direction x 204 and a movement in the direction y 205 is possible. The standing intermediate optics 207 and the recipient 202 are designed in such a way that there is freedom of movement in all directions 204 and 205 the areas imaged on the aperture matrix by the laser 104a to 104c in the scene to be measured are fully illuminated on the receiver 202 be mapped. The drive 118 is designed so that all areas to be measured can be approached in a controlled manner by appropriate control. 3 shows the section of the receiving optics through its optical axis 119 , The receiving optics 110 forms over the filter 111 that of the lasers 104a to 104c illuminated areas on the aperture matrix 106 from. The intermediate optics 201 is designed so that all aperture areas in all layers of the aperture matrix 106 to the one recipient 202 be mapped. This ensures that only a single system reception channel has to be used with serially controlled lasers. This arrangement gives a significant advantage in terms of component costs over others.
Eine weitere Ausführungsform ist in 4 gezeigt. Der Träger 101 wird
wie in 1 durch die Federn 102 gehalten
und versorgt. Der Antrieb 118 entspricht 1. Die Laser 104a bis 104c entsprechend 1 und 2. Die Blendenöffnungen 106a bis 106c entsprechen 1 und 2. Die Zwischenoptik 201 und
der Empfänger 202 entsprechen 2. Die Sendeoptik 120 und
die Empfangsoptik 110 mit Filter 111 sind zur
besseren Übersicht
ebenso wie die anderen Optiken nicht gezeichnet. Sendeseitig befinden
sich auf dem Träger 101 noch
die Dreifachlaserdioden 402a bis 402b und in einem
Abstand die Dreifachlaserdioden 403a bis 403b,
beide werden über
getrennte Optiken 501 und 502 entsprechend dem
Schnitt 410 entsprechend 5 z.
B. über
ein Ablenkdoppelprisma 503 abgebildet, so dass die optischen
Achsen entsprechend 504 und 505 abgelenkt werden.
Passend zu diesen Abbildungen der Laser sind auf dem Träger
101 die
Blendenöffnungen 404a bis 404c und 405a bis 405c untergebracht,
wobei die Flächen
der Blenden 404a bis 404c durch die Zwischenoptik 406 auf
den Empfänger 408 abgebildet
werden. Die Flächen
der Blenden 405a bis 405b werden über die
Zwischenoptik 407 auf den Empfänger 409 abgebildet.
In 5 ist der Schnitt 411 durch
diese Ebene gezeigt, wobei die von den Lasern beleuchteten Flächen durch
das Doppelprisma auf die Empfangsoptiken 506 und 507 aus
den optischen Achsen 509 und 510 auf die Blendenmatrix abgebildet
wird. Die Zwischenoptiken 406 und 407 bilden die
Flächen
der Blendematrix auf die Empfänger 408 und 409 ab.Another embodiment is in 4 shown. The carrier 101 becomes like in 1 through the feathers 102 kept and cared for. The drive 118 corresponds to 1 , The lasers 104a to 104c corresponding 1 and 2 , The aperture openings 106a to 106c correspond 1 and 2 , The intermediate optics 201 and the recipient 202 correspond 2 , The transmission optics 120 and the receiving optics 110 with filter 111 are not drawn just like the other optics for a better overview. On the transmission side are on the carrier 101 still the triple laser diodes 402a to 402b and at a distance the triple laser diodes 403a to 403b , both have separate optics 501 and 502 according to the cut 410 corresponding 5 z. B. via a double deflection prism 503 mapped so that the optical axes accordingly 504 and 505 to get distracted. Matching these illustrations the lasers are on the carrier 101 the aperture openings 404a to 404c and 405a to 405c housed, the faces of the bezels 404a to 404c through the intermediate optics 406 to the recipient 408 be mapped. The areas of the bezels 405a to 405b are about the intermediate optics 407 to the recipient 409 displayed. In 5 is the cut 411 shown by this plane, the surfaces illuminated by the lasers through the double prism on the receiving optics 506 and 507 from the optical axes 509 and 510 is mapped onto the aperture matrix. The intermediate optics 406 and 407 form the areas of the aperture matrix on the receiver 408 and 409 from.
Mit dieser Anordnung können mit
einem bewegten Träger 101 drei
unterschiedliche Winkelbereiche parallel abgetastet werden.With this arrangement you can use a moving carrier 101 three different angular ranges can be scanned in parallel.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung
ist in 6 dargestellt.
Der Senderträger 601 wird über die Federn 602 gehalten
die zugleich zur z. B. Ansteuerung und Versorgung dienen. Der Senderträger enthält den Senderantrieb 603 und
z. B. Dreiergruppen von Mehrfachlasern z. B. die Dreifachlasergruppen 604, 605 und 606.
Jeder Mehrfachlasergruppe ist eine Sendeoptik zugeordnet die jeweils
einen anderen Bereich abdeckt und auch eine unterschiedliche Brennweite
haben kann. Der Mehrfachlasergruppe 604 ist die Sendeoptik 609 und
der Mehrfachlasergruppe 605 ist die Sendeoptik 608 zugeordnet.
Der Mehrfachlasergruppe 606 ist die Sendeoptik 607 zugeordnet.Another embodiment of the invention is in 6 shown. The transmitter carrier 601 is about the feathers 602 kept the z. B. Control and supply serve. The transmitter carrier contains the transmitter drive 603 and Z. B. triplets of multiple lasers z. B. the triple laser groups 604 . 605 and 606 , Each multiple laser group is assigned a transmission optics that each cover a different area and can also have a different focal length. The multiple laser group 604 is the transmission optics 609 and the multiple laser group 605 is the transmission optics 608 assigned. The multiple laser group 606 is the transmission optics 607 assigned.
Der Blendenträger 611 ist vom Sendeträger 601 vollkommen
getrennt und hat seine eigene Versorgung und Halterung über seine
Federn 612 und seinen eigenen Antrieb 613. Die
Empfangsoptik 617 bildet die von der Lasergruppe 606 beleuchteten
Fläche
auf die Blendengruppe 616 ab. Die durchtretenden Strahlen
werden in jeder Lage von der Zwischenoptik 622 auf den
Empfänger 625 abgebildet.
Die Empfangsoptik 619 bildet die von der Lasergruppe 604 beleuchteten
Flächen
auf die Blendengruppe 614 ab. Die durchtretenden Strahlen
werden durch die Zwischenoptik 620 auf den Empfänger 623 abgebildet.
Die Empfangsoptik 618 bildet die von der Lasergruppe 605 beleuchteten
Flächen
auf die Blendengruppe 615 ab. Die durchtretenden Strahlen
werden über
die Zwischenoptik 621 auf den Empfänger 624 abgebildet.
Die Empfangsoptik 618 bildet die von der Lasergruppe 605 beleuchteten
Flächen
auf die Blendengruppe 615 ab. Die durchtretenden Strahlen werden über die
Zwischenoptik 621 auf den Empfänger 624 abgebildet.The aperture holder 611 is from the carrier 601 completely separate and has its own supply and bracket via its springs 612 and its own drive 613 , The receiving optics 617 forms that of the laser group 606 illuminated area on the aperture group 616 from. The rays that pass through are in every position by the intermediate optics 622 to the recipient 625 displayed. The receiving optics 619 forms that of the laser group 604 illuminated areas on the aperture group 614 from. The rays passing through are through the intermediate optics 620 to the recipient 623 displayed. The receiving optics 618 forms that of the laser group 605 illuminated areas on the aperture group 615 from. The beams that pass through the intermediate optics 621 to the recipient 624 displayed. The receiving optics 618 forms that of the laser group 605 illuminated areas on the aperture group 615 from. The beams that pass through the intermediate optics 621 to the recipient 624 displayed.
In Weiterführung der Erfindung kann mit
einem einzigen Einfachlaser oder Mehrfachlaser ein größerer Winkelbereich
abgedeckt werden. Entsprechend 7 wird
nicht eine Bewegung in der Ebene durch die Elemente abgescannt,
sondern hinter den Optiken in einem konstanten Brennweitenabstand. Der
Träger 701 ist über die
Federn 702 und 703 an den Haltungerungen 702a und 703a befestigt.
Diese Federn dienen zur Halterung und Stromzuführung für den z. B. Dreifachlaser 705 und
den Antrieb 708. Am Träger 701 ist
zugleich eine Blende 706 mit ihrer Öffnung 707 befestigt.
Durch den Antrieb führt
der Dreifachlaser 705 eine Bewegung um einen Kreisbahnausschnitt
mit dem Mittelpunkt in der Sendeoptik 709 mit dem Radius
gebildet aus dem Abstand Sendeoptik 709 zu Dreifachlaser 705 aus.
Die Blende 706 mit ihrer Öffnung 707 führt eine
Bewegung in den Kreisbahnausschnitt mit dem Mittelpunkt in den Empfangsoptik 711 mit
dem Radius gebildet aus dem Abstand Empfangsoptik zu Öffnung 707 der
Blende 706 aus.In a further development of the invention, a larger angular range can be covered with a single single laser or multiple laser. Corresponding 7 a movement in the plane is not scanned by the elements, but behind the optics at a constant focal distance. The carrier 701 is about the feathers 702 and 703 on the postures 702a and 703a attached. These springs are used for mounting and power supply for the z. B. triple laser 705 and the drive 708 , On the carrier 701 is also an aperture 706 with their opening 707 attached. The triple laser leads through the drive 705 a movement around a circular path section with the center in the transmission optics 709 with the radius formed from the distance optics 709 to triple laser 705 out. The aperture 706 with their opening 707 leads a movement in the circular path section with the center in the receiving optics 711 with the radius formed from the distance between the receiving optics and the opening 707 the aperture 706 out.
Die Federn 702 und 703 sind
so gestaltet, dass der Drehpunkt innerhalb der Optiken 709 und 711 bei 704 liegt.
Der besseren Übersicht
sind die Komponenten der Zwischenoptik, die Linse 712 und das
Filter 713 in 7 etwas
von der Blende 706 entfernt gezeichnet, obwohl sich beide
Teile unmittelbar hinter der Blendenöffnung 707 befinden
und mit der Blende 706 fest verbunden sind.The feathers 702 and 703 are designed so that the pivot point within the optics 709 and 711 at 704 lies. The components of the intermediate optics, the lens, provide a better overview 712 and the filter 713 in 7 some of the aperture 706 drawn away, although both parts are immediately behind the aperture 707 and with the aperture 706 are firmly connected.
Der zweite Teil der Zwischenoptik 714 ist
fest angeordnet ebenso wie die Empfängerdiode 715. Wird über den
Antrieb 708 der Träger 701 um
den Winkel 708a bewegt, so scannt der Dreifachlaser 705 entsprechend 7a über die Sendeoptik 709 den Winkelbereich 719 bis 720 ab.
Die Lage 718 ist die in 7 gezeichnete
Ruhetage. Da die Blende 706 auf dem gleichen Träger 701 befestigt
ist, wird wie in 7a dargestellt,
der gleiche Winkelbereich wie am Sender über die Empfangslinse 711 durch
die Blendenöffnung 707 abgescannt.
Die Blendenöffnung
bewegt sich entsprechend 7a im
Winkelbereich 716 bis 717.The second part of the intermediate optics 714 is fixed as well as the receiver diode 715 , Is about the drive 708 the carrier 701 around the angle 708a moves, so the triple laser scans 705 corresponding 7a about the transmission optics 709 the angular range 719 to 720 from. The location 718 is the in 7 drawn days off. Because the aperture 706 on the same carrier 701 is attached as in 7a shown, the same angular range as on the transmitter via the receiving lens 711 through the aperture 707 scanned. The aperture moves accordingly 7a in the angular range 716 to 717 ,
Mit der Blende 706 ist ein
Teil der Zwischenoptik nämlich
die Linse 712 und das Filter 713 fest verbunden.
Die Linse 712 formt aus dem divergenten Lichtbündel das
durch die Blendenöftnung
tritt einen annähernd
parallelen Lichtstrahl der das Filter 713 passiert und
dann über
die feststehende Zwischenoptik 714 in jeder Winkellage
des Trägers 701 auf
die Empfangsdiode 715 geleitet wird. Damit ist für den gesamten
Scanbereich nur eine Laserdiode und eine Empfangsdiode nötig, wenn
man keine weitere Auflösung
in Elevation benötigt.With the aperture 706 the lens is part of the intermediate optics 712 and the filter 713 firmly connected. The Lens 712 forms from the divergent light beam through the aperture opening an approximately parallel light beam that the filter 713 happens and then over the fixed intermediate optics 714 in any angular position of the wearer 701 on the receiving diode 715 is directed. This means that only one laser diode and one receiving diode are required for the entire scan area if no further resolution in elevation is required.
Selbstverständlich kann auch die in 7 und 7a gezeigte Anordnung mehrere Einfach- oder
Mehrfachlaserdioden an einer festen Winkelposition am Träger 701 enthalten
und die Blende 706 kann die dazugehörigen Blendeöffnungen
in gleiche Winkelposition enthalten sowie es in 1 für
die Bewegung in einer Ebene dargestellt ist. Damit wird der mit
dem System abgescannte Winkel groß bleiben während der Träger nur
z. B. 1/3 des Winkelbereichs ausgelenkt werden muß, wenn
man 3 Laser und 3 Blendenöffnungen
verwendet. Auch mehrere Ebenen übereinander
wie in 4 für eine Anordnung
in einer Ebene sind mit dem System nach 7 möglich.
Auch die Trennung des Antriebes und der Träger für Lasersender und Empfangsblenden
mit dazugehörigen
Zwischenoptik ist bei der Anordnung nach 7 analog zur ebenen Anordnung in 6 erfindungsgemäß machbar.Of course, the in 7 and 7a arrangement shown several single or multiple laser diodes at a fixed angular position on the carrier 701 included and the aperture 706 can contain the corresponding aperture openings in the same angular position as well as in 1 is shown for movement in one plane. So that the angle scanned with the system will remain large while the wearer only z. B. 1/3 of the angular range must be deflected when using 3 lasers and 3 apertures. Also several levels on top of each other as in 4 for an arrangement in one level are using the system 7 possible. The separation of the drive and the support for laser transmitters and reception screens with associated intermediate optics is also the same with the arrangement 7 analogous to the flat arrangement in 6 feasible according to the invention.
Die elektronische Systemsteuerung
und Auswertung der Signale bei den Systemen nach 1, 2, 4 und 7 wird gemäß 8 ausgeführt. Hinter der Empfangsoptik 110 und
der Sendeoptik 109 liegt der Träger 101 mit der Blendenmatrix 106 der
Sendematrix z. B. 104a bis 104c angetrieben vom
Linearmotor 118. der Prozessor 802 übernimmt
die Steuerung des Scanablaufes und die Zeitsteuerung. Die Position
wird über
den Linearmotor 118 durch die Motorsteuerung 803 bestimmt, dann übernimmt
die Sendesteuerung 801 das Triggern der Laser 104a bis 104c in
der richtigen zeitlichen Folge nacheinander.The electronic system control and evaluation of the signals in the systems after 1 . 2 . 4 and 7 is according to 8th executed. Behind the receiving optics 110 and the transmission optics 109 lies the carrier 101 with the aperture matrix 106 the transmission matrix z. B. 104a to 104c driven by the linear motor 118 , the processor 802 takes over the control of the scan process and the time control. The position is via the linear motor 118 through the engine control 803 determined, then the transmission control takes over 801 triggering the lasers 104a to 104c one after the other in the correct chronological order.
Die Halbwertsbreite der Lichtimpulse
ist ca. 10–20
ns. Die Lichtimpulse werden von der zu vermessenden Szene reflektiert
und kommen bei maximalen Entfernungen von ca. 150 m nach 1 μs am Empfänger an
und werden in ihrer zeitlichen Differenz und Amplitude nach einem
der in DE 197 17 399 C2 und DE 41 27 168 C2 beschriebenen
Verfahren in der Signalauswertung 805 ausgewertet. Da zur
zeitlichen Trennung alle 2μs
ein entsprechender Lichtimpuls abgeschickt werden kann, ist es nicht
notwendig, dass die Motorsteuerung 901 zwischen den Winkelpositionen
stoppt, sondern der Vorgang kann kontinuierlich ablaufen. Die nach
Laufzeit, diese entspricht gleich dem Abstand und Amplitude ausgewerteten
Einzelpunkte werden von der Signalauswertung 805 an den
Prozessor Signalbewertung 806 weitergeleitet, dort nach
plausiblen Daten im Zusammenhang mit dem entstandenen Entfernungsbild
untersucht und die Einzeldaten dem Prozessor für Tracking und Spurfindung 807 weitergegeben.
Dieser Prozessor sucht anhand der Geschwindigkeiten, Lage und Entfernungen
zusammenhängende
Objekte heraus und bewertet diese in der Bewegungsspur des den erfindungsgemäßen Sensor
tragenden Fahrzeuges.The full width at half maximum of the light pulses is approx. 10-20 ns. The light pulses are reflected by the scene to be measured and arrive at the receiver at maximum distances of approx. 150 m after 1 μs and their temporal difference and amplitude correspond to one of the in DE 197 17 399 C2 and DE 41 27 168 C2 described methods in signal evaluation 805 evaluated. Since a corresponding light pulse can be sent every 2μs for time separation, it is not necessary for the motor control 901 between the win positions stops, but the process can run continuously. The individual points evaluated according to the transit time, which corresponds to the distance and amplitude, are evaluated by the signal 805 to the processor signal evaluation 806 forwarded, examined there for plausible data in connection with the resulting distance image and the individual data to the processor for tracking and tracking 807 passed. This processor looks for related objects on the basis of the speeds, position and distances and evaluates them in the movement track of the vehicle carrying the sensor according to the invention.
Für
eine Länge-
oder Querregelung stehen dann die Daten für das Fahrzeug über die
Schnittstelle 808 am Bus 810 zur Verfügung.The data for the vehicle are then available via the interface for length or lateral control 808 on the bus 810 to disposal.
Das Gesamtsystem wird über die
Bordnetzversorgung 809 z. B. mit 12V oder 24V gespeist.
Die Stromversorgung und Schnittstelle 808 versorgt alle internen
Komponenten mit der nötigen
Spannung.The entire system is powered by the electrical system 809 z. B. powered with 12V or 24V. The power supply and interface 808 supplies all internal components with the necessary voltage.
Bei Systemen nach 6 oder 7 nach dem
System der 6 bei denen
die Lasermatrix und die Blendenmatrix mit je einem getrennten Antrieb 603 und 613 versehen
ist, geschieht die Signalakquisition und Signalauswertung entsprechend 9. Dadurch, dass die Sendeoptik 607 im
Durchmesser viel kleiner sein kann als die Empfangsoptik 617,
kann auch deren Brennweite wesentlich kleiner sein. Damit ist bei
gleicher Auslenkung in der Ebene gemäß 6 oder im Winkel gemäß 7 nur ein kleinerer Auslenkungsbereich
der Lasermatrix gegenüber
der Blendenmatrix 614, 615, 616 nötig. Dies wird über den
Prozessor für
Zeit- und Scansteuerung 902 und die Motorsteuerung 901 bewirkt.
Die beiden Motore 603 und 613 werden in ihrer
Schrittweite und Gesamtauslenkung im Verhältnis der Brennweite der Empfangsoptik 617 zur
Brennweite der Sendeoptik 607 angesteuert.For systems according to 6 or 7 according to the system of 6 where the laser matrix and the aperture matrix each have a separate drive 603 and 613 is provided, the signal acquisition and signal evaluation takes place accordingly 9 , Because the transmission optics 607 can be much smaller in diameter than the receiving optics 617 , their focal length can also be much smaller. This is in accordance with the same deflection in the plane 6 or at an angle according to 7 only a smaller deflection range of the laser matrix compared to the aperture matrix 614 . 615 . 616 necessary. This is done via the processor for time and scan control 902 and the engine control 901 causes. The two engines 603 and 613 are in step size and total deflection in relation to the focal length of the receiving optics 617 to the focal length of the transmission optics 607 driven.
Dabei kann mittels der Motoren und
ihrer Ansteuerung auf eine Justage in der Bewegungsrichtung am Band-Ende
des Fertigungsprozesses des Sensors verzichtet werden, da dieser über die
Signalauswertung eine Selbstjustage durchführen kann. Sollten sehr große Winkel
in sehr hoher Geschwindigkeit abgetastet werden, so kann durch unterschiedlicher
Positionen der Blendematrix zur Sendematrix sogar bei großer Entfernungen
die Laufzeit zwischen Sender und Empfänger ausgeglichen werden. Die übrigen Komponenten
in 9 mit gleicher Bezeichnung
wie in 8 haben die gleiche
Funktion wie in 8 beschrieben.
Das System in der erfindungsgemäß beschriebenen
Varianten ist in erster Linie für
die Anwendung im Infrarotbereich gedacht kann aber auch bei sehr
kurzen Wellenlängen
sinngemäß auch für elektromagnetische
Impulse anderer Wellenlänge
genutzt werden. Dort werden die Laserdioden durch z. B. kleine Strahler
oder Schwingkreise inclusive z. B. Gunndioden ersetzt. Als Empfänger werden
die Fotodioden durch z. B. planare Antennen oder z. B. durch den
Eingangskreis von Mischern oder Empfangsstufen ersetzt.An adjustment in the direction of movement at the end of the belt of the sensor manufacturing process can be dispensed with by means of the motors and their control, since the sensor can carry out self-adjustment via the signal evaluation. If very large angles are scanned at a very high speed, the transit time between transmitter and receiver can be compensated for by different positions of the aperture matrix in relation to the transmitter matrix even at great distances. The remaining components in 9 with the same name as in 8th have the same function as in 8th described. The system in the variants described according to the invention is primarily intended for use in the infrared range, but can also be used analogously for very short wavelengths for electromagnetic pulses of a different wavelength. There the laser diodes are z. B. small radiators or resonant circuits including z. B. Gun diodes replaced. As a receiver, the photodiodes are replaced by e.g. B. planar antennas or z. B. replaced by the input circuit of mixers or reception stages.
