DE19757849C5 - Scanner and device for the optical detection of obstacles, and their use - Google Patents

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Abstract

Scanner mit einer als Laser ausgebildeten Sendeeinrichtung, die einen kollimierten Strahl von Lichtimpulsen erzeugt und in einen Überwachungssektor emittiert, und einem Strahlungsempfänger, der aus dem Überwachungssektor reflektierte Lichtimpulse empfängt, wobei der Scanner den Strahl und die Blickrichtung des Strahlungsempfängers gemeinsam umlaufend bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (11) und der Strahlungsempfänger (16) um eine Achse (14) drehbar gelagert sind und ein Drehantrieb für die Sendeeinrichtung (11) und den Strahlungsempfänger (16) vorgesehen ist, und dass die Sendeeinrichtung (16) von dem Scanner direkt abstrahlend angeordnet ist, und dass die Sendeeinrichtung (11) in einem Hauptkörper (13) vorgesehen ist, der drehbar um eine Achse (14) an einer Basis (15) gelagert aufgenommen ist und kontinuierlich rotiert, und dass aus dem Abstrahlwinkel der Sendeeinrichtung (11) sowie der Laufzeit des betreffenden Impulses nach Absendung bis zum Empfang auf dem Lichtempfänger (16) in einer geeigneten Auswerteeinrichtung für jeden gesendeten Impuls die Raumkoordinaten des Reflektionspunktes im Überwachungssektor bestimmt werden, und dass aus den in einem Umlauf gewonnenen Raumkoordinaten für die Reflektionspunkte ein Profil von im Überwachungssektor abgetasteten Objekten ermittelt werden kann, und dass die zeitabhängige Veränderung der jeweils pro Umlauf ermittelten Oberflächenprofile zur Erzeugung von Steuerdaten eingesetzt werden kann.A scanner comprising a laser-formed transmitter which generates a collimated beam of light pulses and emits into a surveillance sector, and a radiation receiver receiving light pulses reflected from the surveillance sector, the scanner jointly moving the beam and the viewing direction of the radiation receiver, characterized that the transmitting device (11) and the radiation receiver (16) are rotatably mounted about an axis (14) and a rotary drive for the transmitting device (11) and the radiation receiver (16) is provided, and that the transmitting device (16) from the scanner directly is arranged radiating, and that the transmitting device (11) in a main body (13) is provided, which is rotatably mounted about an axis (14) mounted on a base (15) and continuously rotated, and that from the radiation angle of the transmitting device (11 ) as well as the duration of the relevant pulse after transmission to reception a The spatial coordinates of the reflection point in the surveillance sector are determined on the light receiver (16) in a suitable evaluation device for each transmitted pulse, and that a profile of objects scanned in the surveillance sector can be determined from the spatial coordinates for the reflection points obtained in one revolution, and that the time-dependent Change in each determined per circulation surface profiles can be used to generate control data.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Scanner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a scanner according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Gattungsgemäße Scanner werden insbesondere in Vorrichtungen zur Erkennung von Objekten innerhalb z. B. eines Überwachungssektors vor Fahrzeugen eingesetzt. Geeignete Scanner bzw. damit ausgerüstete Vorrichtungen sind z. B. aus der DE 38 21 892 C1 , der DE 41 15 747 A1 und der DE 195 30 281 A1 bekannt geworden. Der bekannte Scanner weist eine Sendeeinrichtung auf, die einen kollimierten Strahl von Lichtimpulsen erzeugt. Der Strahl wird von dem Scanner in wiederholten Durchläufen im Überwachungssektor verschwenkt und tastet dabei die Oberflächen von im Überwachungssektor befindlichen Objekten ab. In dem Scanner ist weiterhin ein Empfänger vorgesehen, der aus dem Überwachungssektor reflektierte Lichtimpulse empfängt. Mittels einer Auswerteeinrichtung, die entweder im Scanner oder in der mit dem Scanner ausgerüsteten Vorrichtung enthalten ist, werden aus Winkel und Laufzeit der Impulse relative Raumkoordinaten an Objekten im Überwachungssektor bestimmt und gegebenenfalls zur Erzeugung von Steuerdaten oder zur Objekterkennung ausgewertet.Generic scanners are used in particular in devices for detecting objects within z. B. a surveillance sector used in front of vehicles. Suitable scanners or devices equipped therewith are, for. B. from the DE 38 21 892 C1 , of the DE 41 15 747 A1 and the DE 195 30 281 A1 known. The known scanner has a transmitting device which generates a collimated beam of light pulses. The beam is swept by the scanner in repeated passes in the surveillance sector, scanning the surfaces of objects in the surveillance sector. In the scanner, a receiver is further provided which receives light pulses reflected from the surveillance sector. By means of an evaluation device, which is contained either in the scanner or in the device equipped with the scanner, relative spatial coordinates to objects in the surveillance sector are determined from the angle and transit time of the pulses and optionally evaluated for generating control data or for object recognition.

Bei gattungsgemäßen Scannern ist die Sendeeinrichtung ortsfest angeordnet. Zur gewünschten Verschwenkung des Strahles ist im Abstrahlweg ein drehbar gelagertes Prisma bzw: Spiegel angeordnet, mit dem der Strahl in gewünschter Weise verschwenkt bzw. auch umlaufend bewegtwerden kann. Nachteilig an der bekannten Konstruktion ist, daß diese relativ groß baut und wartungsintensiv ist.In generic scanners, the transmitting device is arranged stationary. For the desired pivoting of the beam, a rotatably mounted prism or mirror is arranged in the emission path, with which the beam can be swiveled in the desired manner or else can be moved circumferentially. A disadvantage of the known construction is that it builds relatively large and is maintenance-intensive.

Aus der US 4,952,911 und der US 4,967,183 ist ein Detektionssystem bekannt, bei dem mehrere, an sich drehenden Armen angeordnete und auf dem Triangulationsverfahren beruhende Entfernungsmesser rotieren.From the US 4,952,911 and the US 4,967,183 For example, a detection system is known in which a plurality of rotating arms arranged and based on the triangulation method range to rotate.

Aus der DE 37 41 259 A1 ist ein Scanner zur Navigation von Fahrzeugen bekannt, wie er oben beschrieben ist, wobei in einem Unteranspruch beschrieben ist, dass die Messstrahlablenkung durch Drehung des Entfernungsmessers um die Hochachse des Fahrzeuges erfolgt.From the DE 37 41 259 A1 a scanner for the navigation of vehicles is known, as described above, wherein is described in a subclaim that the Meßstrahlablenkung done by rotation of the rangefinder about the vertical axis of the vehicle.

Aus der CA 2,089,105 A1 ist ein Bohrlochmesssystem bekannt, an dessen Spitze ein Laserentfernungsmesssystem in allen Richtungen verschwenkbar angebracht ist, um Hohlräume unter der Erde ausmessen zu können.From the CA 2,089,105 A1 is known a borehole measuring system, at the tip of a laser rangefinder system is mounted pivotably in all directions in order to measure cavities underground.

Aus der Studienarbeit „Entwicklung eines Infrarot-Radarsensorsystems zur 3D-Hinderniserkennung” von Frank Schwarz der Technischen Hochschule Darmstadt, Fachgebiet Regelsystemtheorie und Robotik, abgegeben am 01.05.1992, ist ein auf dem Phasenmessprinzip arbeitender Entfernungsmesser bekannt, der auf einen Schrittmotor montiert ist und dadurch den Messstrahl in einer Ebene verschwenken kann.From the study "Development of an Infrared Radar Sensor System for 3D Obstacle Detection" by Frank Schwarz of the Technical University of Darmstadt, Department of Control Systems Theory and Robotics, issued on 01.05.1992, a known on the phase measurement distance meter is known, which is mounted on a stepper motor and thus can pivot the measuring beam in one plane.

Aufgabenstellungtask

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Scanner für die genannten Vorrichtung zur optischen Erfassung von Objekten zu schaffen, bei dem der umlaufende Strahl auf einfachere und kostengünstigere Weise erzeugt wird.The object of the invention is therefore to provide a scanner for said device for the optical detection of objects, in which the circulating beam is generated in a simpler and more cost-effective manner.

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Scanner gemäß Anspruch 1.The problem is solved with a scanner according to claim 1.

Es ist vorgesehen, daß die Sendeeinrichtung und der Strahlungsempfänger um eine Achse drehbar gelagert sind, ein Drehantrieb vorgesehen ist, der die Sendeeinrichtung und den Strahlungsempfänger in einem gewünschten Winkelbereich verschwenkt bzw. mit gewünschter Geschwindigkeit kontinuierlich rotiert und dass die Sendeeinrichtung von dem Scanner direkt abstrahlend angeordnet ist. Der Antrieb kann z. B. ein üblicher Elektromotor aber auch jede andere für einen Drehantrieb geeignete Einrichtung sein.It is envisaged that the transmitting device and the radiation receiver are rotatably mounted about an axis, a rotary drive is provided which pivots the transmitting device and the radiation receiver in a desired angular range or continuously rotates at the desired speed and arranged that the transmitting device of the scanner directly radiating is. The drive can z. B. a conventional electric motor but also any other suitable for a rotary drive device.

Ein wesentlicher Vorteil ist, daß der erfindungsgemäße Scanner konstruktiv einfach und in kleiner Baugröße verwirklicht werden kann.A significant advantage is that the scanner according to the invention can be realized structurally simple and in a small size.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Danach ist vorgesehen, daß der Scanner mehrere beabstandete Sendeeinrichtungen aufweist, die um eine gemeinsame Drehachse bewegt werden können. Auf diese Weise läßt sich pro Umlauf ein größerer Bereich des Überwachungssektors abdecken. Besonders vorteilhaft, insbesondere im Hinblick auf eine einfache Auswertung, sind die Sendeeinrichtungen untereinander in einer Reihe parallel zur Drehachse angeordnet, wobei ihre Strahlen im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Mit einem solchen Scanner läßt sich in einfacher Weise ein Überwachungssektor in einem gewünschten Raumwinkel abtasten und auswerten. Man kann also in einfacher Weise mit diesen Ausgestaltungen ein 3D-”Entfernungs”-Bild des gewünschten Überwachungssektors erhalten.Thereafter, it is provided that the scanner has a plurality of spaced transmitting devices which can be moved about a common axis of rotation. In this way, a larger area of the surveillance sector can be covered per circulation. Particularly advantageous, in particular with regard to a simple evaluation, the transmitting devices are arranged one below the other in a row parallel to the axis of rotation, with their rays lying substantially in a common plane. With such a scanner can be easily scan a surveillance sector in a desired solid angle and evaluate. It is thus easy to obtain a 3D "distance" image of the desired surveillance sector with these embodiments.

In dem Scanner ist ein Strahlungsempfänger vorgesehen. Zur Erhöhung der Auswertegeschwindigkeit können aber auch mehrere Empfänger vorgesehen werden, die jeweils örtlichen Bereiche der reflektierten Impulsstrahlung zugeordnet sind und die z. B. parallel ausgelesen werden.In the scanner, a radiation receiver is provided. To increase the evaluation speed but also several receivers can be provided which are each associated with local areas of the reflected pulse radiation and the z. B. be read in parallel.

Eine Vorrichtung, die mit einem erfindungsgemäßen Scanner arbeitet, kann z. B. insbesondere in Verbindung mit Fahrzeugen zur Hinderniserkennung, Objektauswertung bzw auch zur Regelung der Einstellung der optischen Achse des Scheinwerfers relativ zum Fahrzeug und zur Fahrbahnoberfläche eingesetzt werden. In aller Regel enthält eine derartige Vorrichtung einen oder mehrere erfindungsgemäße Scanner, die außen an der Karosserie bzw auch im Scheinwerfergehäuse angeordnet werden können und die mit einer Auswerteeinrichtung zur entsprechenden Datenverarbeitung kombiniert sind.A device that works with a scanner according to the invention, z. B. especially in conjunction with vehicles for obstacle detection, object evaluation or to control the adjustment of the optical axis of the headlamp relative to the vehicle and the road surface can be used. As a rule, such a device contains one or more scanners according to the invention, which can be arranged on the outside of the body or in the headlight housing and which are combined with an evaluation device for the corresponding data processing.

Ausführungsbeispielembodiment

Im Folgenden soll die Erfindung an Hand einer Abbildung im Detail erläutert werden:In the following, the invention will be explained in detail with reference to a figure:

1 zeigt eine Ausführungsform eines Scanners mit rotierbarer Sendeeinrichtung, 1 shows an embodiment of a scanner with rotatable transmitter,

In 1 erkennt man einen Scanner 10, der eine Sendeeinrichtung 11 aufweist, die einen eng fokussierten Strahl von Lichtimpulsen 12 erzeugt. Die Sendeeinrichtung 11 ist in einem Hauptkörper 13 vorgesehen, der drehbar um eine Achse 14 an einer Basis 15 gelagert aufgenommen ist. In der Basis 15 kann ein nicht dargestellter Drehantrieb für den Hauptkörper 13 vorgesehen sein. Auf der äußeren Oberfläche des Hauptkörpers 13 ist im Bereich der Sendeeinrichtung 11 ein Lichtempfänger 16 vorgesehen. Der Lichtempfänger empfängt aus dem nicht dargestellten Überwachungssektor reflektierte Lichtimpulse. Aus Abstrahlwinkel der Sendeeinrichtung 11 sowie Laufzeit des betreffenden Impulses nach Absendung bis zum Empfang auf dem Lichtempfänger 16 können in einer geeigneten Auswerteeinrichtung für jeden gesendeten Impuls die Raumkoordinaten des Reflektionspunktes im Überwachungssektor bestimmt werden. Aus den in einem Umlauf gewonnenen Raumkoordinaten für die Reflektionspunkte kann in einfacher Weise ein Profil von im Überwachungssektor abgetasteten Objekten ermittelt werden und einer weiteren Auswertung zugrunde gelegt werden. So kann z. B. die zeitabhängige Veränderung der jeweils pro Umlauf ermittelten Oberflächenprofile (z. B. bei Annäherung an ein bzw. Entfernen von einem Objekt) zur Erzeugung von Steuerdaten eingesetzt werden.In 1 you recognize a scanner 10 , the one transmitting device 11 which has a narrowly focused beam of light pulses 12 generated. The transmitting device 11 is in a main body 13 provided, which is rotatable about an axis 14 at a base 15 stored is stored. In the base 15 may be an unillustrated rotary drive for the main body 13 be provided. On the outer surface of the main body 13 is in the range of the transmitting device 11 a light receiver 16 intended. The light receiver receives reflected light pulses from the surveillance sector, not shown. From emission angle of the transmitting device 11 as well as the duration of the relevant pulse after sending to reception on the light receiver 16 can be determined in a suitable evaluation device for each transmitted pulse, the spatial coordinates of the reflection point in the surveillance sector. From the space coordinates for the reflection points obtained in one revolution, a profile of objects scanned in the surveillance sector can be determined in a simple manner and a further evaluation can be used as the basis. So z. For example, the time-dependent change of the surface profiles determined per revolution (eg when approaching or removing an object) can be used to generate control data.

Claims (5)

Scanner mit einer als Laser ausgebildeten Sendeeinrichtung, die einen kollimierten Strahl von Lichtimpulsen erzeugt und in einen Überwachungssektor emittiert, und einem Strahlungsempfänger, der aus dem Überwachungssektor reflektierte Lichtimpulse empfängt, wobei der Scanner den Strahl und die Blickrichtung des Strahlungsempfängers gemeinsam umlaufend bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (11) und der Strahlungsempfänger (16) um eine Achse (14) drehbar gelagert sind und ein Drehantrieb für die Sendeeinrichtung (11) und den Strahlungsempfänger (16) vorgesehen ist, und dass die Sendeeinrichtung (16) von dem Scanner direkt abstrahlend angeordnet ist, und dass die Sendeeinrichtung (11) in einem Hauptkörper (13) vorgesehen ist, der drehbar um eine Achse (14) an einer Basis (15) gelagert aufgenommen ist und kontinuierlich rotiert, und dass aus dem Abstrahlwinkel der Sendeeinrichtung (11) sowie der Laufzeit des betreffenden Impulses nach Absendung bis zum Empfang auf dem Lichtempfänger (16) in einer geeigneten Auswerteeinrichtung für jeden gesendeten Impuls die Raumkoordinaten des Reflektionspunktes im Überwachungssektor bestimmt werden, und dass aus den in einem Umlauf gewonnenen Raumkoordinaten für die Reflektionspunkte ein Profil von im Überwachungssektor abgetasteten Objekten ermittelt werden kann, und dass die zeitabhängige Veränderung der jeweils pro Umlauf ermittelten Oberflächenprofile zur Erzeugung von Steuerdaten eingesetzt werden kann.A scanner comprising a laser-formed transmitter which generates a collimated beam of light pulses and emits into a surveillance sector, and a radiation receiver receiving light pulses reflected from the surveillance sector, the scanner jointly moving the beam and the viewing direction of the radiation receiver, characterized that the transmitting device ( 11 ) and the radiation receiver ( 16 ) about an axis ( 14 ) are rotatably mounted and a rotary drive for the transmitting device ( 11 ) and the radiation receiver ( 16 ), and that the transmitting device ( 16 ) is arranged directly radiating from the scanner, and that the transmitting device ( 11 ) in a main body ( 13 ) which is rotatable about an axis ( 14 ) at a base ( 15 ) is stored and continuously rotated, and that from the radiation angle of the transmitting device ( 11 ) and the duration of the relevant pulse after transmission to reception on the light receiver ( 16 ) are determined in a suitable evaluation device for each transmitted pulse, the spatial coordinates of the reflection point in the surveillance sector, and that from the obtained in one round space coordinates for the reflection points a profile of scanned in the surveillance sector objects can be determined, and that the time-dependent change of each per revolution determined surface profiles can be used to generate control data. Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere beabstandete Sendeeinrichtungen aufweist, die synchron um eine Drehachse drehbar sind.Scanner according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of spaced transmitting means which are rotatable synchronously about a rotation axis. Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere Strahlungsempfänger, vorzugsweise Lichtempfänger aufweist.Scanner according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of radiation receivers, preferably light receivers. Scanner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtungen parallel zur Drehachse in einer Reihe untereinander angeordnet sind.Scanner according to claim 2, characterized in that the transmitting devices are arranged parallel to the axis of rotation in a row with each other. Scanner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Sendeeinrichtungen erzeugten Strahlen im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen.Scanner according to claim 4, characterized in that the beams generated by the transmitting means lie substantially in a common plane.
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