DE202018100458U1 - Opto-electronic sensor for detecting objects - Google Patents

Opto-electronic sensor for detecting objects Download PDF

Info

Publication number
DE202018100458U1
DE202018100458U1 DE202018100458.1U DE202018100458U DE202018100458U1 DE 202018100458 U1 DE202018100458 U1 DE 202018100458U1 DE 202018100458 U DE202018100458 U DE 202018100458U DE 202018100458 U1 DE202018100458 U1 DE 202018100458U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
scanning
modules
sensor
rotation
planes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE202018100458.1U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sick AG
Original Assignee
Sick AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sick AG filed Critical Sick AG
Priority to DE202018100458.1U priority Critical patent/DE202018100458U1/en
Publication of DE202018100458U1 publication Critical patent/DE202018100458U1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/87Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813Housing arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Optoelektronischer Sensor (10), insbesondere Laserscanner, zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich (20), der eine um eine Drehachse (18) bewegliche Abtasteinheit (12, 58), mehrere Abtastmodule (22) zur periodischen Abtastung des Überwachungsbereichs (20) und zum Erzeugen von entsprechenden Empfangssignalen sowie eine Auswertungseinheit (48) zur Gewinnung von Informationen über die Objekte aus den Empfangssignalen aufweist, wobei die Abtastmodule (22) mindestens einen Lichtsender (24) zum Aussenden mehrerer voneinander separierter Lichtstrahlen (28) und mindestens einen Lichtempfänger (36) zum Erzeugen der Empfangssignale aus den von Objekten remittierten Lichtstrahlen (32) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abtastmodul (22) bezüglich seiner Hauptblickrichtung um einen Kippwinkel (β) verkippt und/oder um einem Drehwinkel (γ) verdreht angeordnet ist, wobei der Kippwinkel (β) gegen eine zentrale Abtastebene senkrecht zu der Drehachse (18) und der Drehwinkel (γ) um eine Achse entsprechend der Hauptblickrichtung gemessen ist.

Figure DE202018100458U1_0000
An optoelectronic sensor (10), in particular laser scanner, for detecting objects in a surveillance area (20) comprising a scanning unit (12, 58) movable about a rotation axis (18), a plurality of scanning modules (22) for periodically scanning the surveillance area (20) and for generating corresponding received signals and an evaluation unit (48) for obtaining information about the objects from the received signals, wherein the scanning modules (22) at least one light transmitter (24) for emitting a plurality of separated light beams (28) and at least one light receiver (36 ) for generating the received signals from the light beams (32) remitted by objects, characterized in that at least one scanning module (22) is tilted with respect to its main viewing direction by a tilt angle (β) and / or rotated by a rotation angle (γ) the tilt angle (β) against a central scanning plane perpendicular to the axis of rotation (18) and the Rotation angle (γ) is measured about an axis corresponding to the main viewing direction.
Figure DE202018100458U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an optoelectronic sensor for detecting objects in a surveillance area according to the preamble of claim 1.

Viele optoelektronische Sensoren arbeiten nach dem Tastprinzip, bei dem ein Lichtstrahl in den Überwachungsbereich ausgesandt und der von Objekten zurückgeworfene Lichtstrahl wieder empfangen wird, um dann das Empfangssignal elektronisch auszuwerten. Dabei wird oft die Lichtlaufzeit mit einem bekannten Phasen- oder Pulsverfahren gemessen, um den Abstand eines angetasteten Objekts zu bestimmen.Many optoelectronic sensors work according to the scanning principle in which a light beam is emitted into the surveillance area and the light beam reflected by objects is received again, in order then to electronically evaluate the received signal. In this case, the light transit time is often measured by a known phase or pulse method in order to determine the distance of a touched object.

Um den Messbereich eines einstrahligen Lichttasters zu erweitern, kann einerseits der Abtaststrahl bewegt werden, wie dies in einem Laserscanner geschieht. Dort überstreicht ein von einem Laser erzeugter Lichtstrahl mit Hilfe einer Ablenkeinheit periodisch den Überwachungsbereich. Zusätzlich zu der gemessenen Abstandinformation wird aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit auf die Winkellage des Objektes geschlossen, und damit ist der Ort eines Objektes in dem Überwachungsbereich in zweidimensionalen Polarkoordinaten erfasst.In order to extend the measuring range of a single-beam light sensor, on the one hand the scanning beam can be moved, as happens in a laser scanner. There, a light beam generated by a laser periodically sweeps over the monitoring area with the aid of a deflection unit. In addition to the measured distance information, it is concluded from the angular position of the deflection unit on the angular position of the object, and thus the location of an object in the monitoring area in two-dimensional polar coordinates is detected.

Eine andere Möglichkeit zur Messbereichserweiterung und zur Gewinnung zusätzlicher Abstandsdaten besteht darin, zugleich mehrere Messpunkte mit mehreren Abtaststrahlen zu erfassen. Das lässt sich auch mit einem Laserscanner kombinieren, der dann nicht nur eine Überwachungsebene erfasst, sondern über eine Vielzahl von Überwachungsebenen einen dreidimensionalen Raumbereich. In den meisten Laserscannern wird die Abtastbewegung durch einen Drehspiegel erreicht. Gerade bei Verwendung mehrerer Abtaststrahlen ist aber im Stand der Technik auch bekannt, stattdessen den gesamten Messkopf mit Lichtsendern und Lichtempfängern rotieren zu lassen, wie dies beispielsweise in DE 197 57 849 B4 beschrieben ist.Another possibility for measuring range extension and to obtain additional distance data is to simultaneously detect several measuring points with multiple scanning beams. This can also be combined with a laser scanner, which not only records a monitoring level, but also a three-dimensional space area over a multitude of monitoring levels. In most laser scanners, the scanning movement is achieved by a rotating mirror. Especially when using multiple scanning is also known in the art, instead, to rotate the entire measuring head with light emitters and light receivers, as for example in DE 197 57 849 B4 is described.

Aus der Anordnung der mehreren Abtaststrahlen oder Abtastebenen ergibt sich, welche Informationen aus dem dreidimensionalen Raumbereich gewonnen werden. Beispielhafte Parameter sind die Anzahl und Dichte der Abtaststrahlen. Je nach Anwendung kann hier ein ganz unterschiedlicher Bedarf bestehen. Wünschenswert wäre hier eine einfache Anpassung der Strahlkonfiguration, um unterschiedliche Anforderungen bedienen zu können.The arrangement of the multiple scanning beams or scanning planes results in which information is obtained from the three-dimensional spatial area. Exemplary parameters are the number and density of the scanning beams. Depending on the application, there may be a very different need here. It would be desirable to have a simple adjustment of the beam configuration in order to be able to serve different requirements.

Manche herkömmliche Mehrstrahl-Laserscanner verwenden eine monolithische Zeile von Lichtsendern beziehungsweise Lichtempfängern. Dann sind aber die Abtastebenen auf einen bestimmten, äquidistanten Abstand festgelegt und liegen dicht an dicht, weil der Platz auf dem Halbleitermaterial der Sende- und Empfangselemente optimal genutzt werden soll. Somit besteht allenfalls noch die Möglichkeit, Daten aus in einer bestimmten Anwendung nicht gebrauchten Abtastebenen zu verwerfen, aber das ist keine Anpassung des Geräts, sondern nutzt im Gegenteil dessen Leistungsfähigkeit nur teilweise aus.Some conventional multi-beam laser scanners use a monolithic line of light emitters or receivers. But then the scanning planes are set to a specific, equidistant distance and are close to each other, because the space on the semiconductor material of the transmitting and receiving elements should be used optimally. Thus, at most, there is still the possibility of discarding data from scanning planes not used in a particular application, but this is not an adaptation of the device, but on the contrary only partially exploits its performance.

Die US 8 767 190 B2 wählt den Ansatz, für jede Abtastebene einen eigenen Lichtsender und Lichtempfänger vorzusehen. Damit besteht dann prinzipiell die Möglichkeit, jede einzelne Abtastebene wie gewünscht einzujustieren. Das System ist zwar hoch flexibel, jedoch nur um den Preis eines enormen Aufwands für die Bauteile und die jeweilige individuelle Justage.The US 8 767 190 B2 chooses the approach to provide its own light emitter and receiver for each scanning plane. In principle, this makes it possible to adjust each individual scanning plane as desired. The system is highly flexible, but only at the cost of a huge effort for the components and the individual adjustment.

In der EP 2 863 176 A2 wird eine rotierende Plattform offenbart, auf der verschiedene Erfassungsmodule rotieren können. Ausführungsformen mit Erfassungsmodulen für optoelektronische Abstandsmessung sehen jedoch ebenfalls nur einen Abtaststrahl je Modul vor. Das wird einerseits für eine zweikanlige, redundante Messwerterfassung vorgeschlagen. In einer anderen Ausführungsform werden mehrere abstandsmessende Erfassungsmodule ungefähr in Richtung der Drehachse ausgerichtet und dabei gegeneinander verkippt. Wie schon in US 8 767 190 B2 ist dann für eine bestimmte Konfiguration von Abtastebenen eine individuelle Einstellung der Kippwinkel erforderlich. Somit wird eine höhere Flexibilität mit einfachen Mitteln immer noch nicht erreicht.In the EP 2 863 176 A2 discloses a rotating platform on which various acquisition modules can rotate. However, embodiments with detection modules for opto-electronic distance measurement also provide only one scanning beam per module. On the one hand, this is proposed for a two-channel, redundant measured value acquisition. In another embodiment, a plurality of distance-measuring detection modules are aligned approximately in the direction of the axis of rotation and thereby tilted against each other. Like in US 8 767 190 B2 Then, for a particular configuration of scan planes, an individual adjustment of the tilt angles is required. Thus, higher flexibility is still not achieved with simple means.

Die DE 10 2004 014 041 A1 befasst sich mit einem Sensorsystem zur Hinderniserkennung nach Art eines Laserscanners, das eine Laserzeile und eine Reihe von Fotodioden verwendet. Derartige Reihenanordnungen haben die oben schon genannten Nachteile, dass sie auf äquidistante, dichte Abstände der Abtastebenen festlegen. In einer Ausführungsform der DE 10 2004 014 041 A1 sind drei derartige Abtastsysteme um jeweils 120° in Drehrichtung gegeneinander versetzt angeordnet, deren Elevationswinkel durch einen Hubmotor variiert werden kann. Damit werden die von jeweiligen Abtastsystemen erfassten Sichtbereiche so eingestellt, dass sie gemeinsam einen möglichst großen, zusammenhängenden Elevationswinkelbereich abdecken. Das genannte Zahlenbeispiel stellt die Elevationswinkel in den drei Abtastsystemen auf {-18°,-12°, -6°}, {-6°, 0°, 6°}, {6°, 12°, 18°} ein. Immer noch bleibt die Flexibilität vergleichsweise klein.The DE 10 2004 014 041 A1 deals with a laser scanner obstacle detection sensor system that uses a laser line and a series of photodiodes. Such series arrangements have the above-mentioned disadvantages that they set to equidistant, dense distances of the scanning planes. In one embodiment of the DE 10 2004 014 041 A1 three such Abtastsysteme are offset by 120 ° in the direction of rotation offset from each other, the elevation angle can be varied by a lift motor. Thus, the viewing areas detected by respective scanning systems are adjusted so that together they cover the largest possible contiguous elevation angle range. The mentioned numerical example sets the elevation angles in the three scanning systems at {-18 °, -12 °, -6 °}, {-6 °, 0 °, 6 °}, {6 °, 12 °, 18 °}. Still, the flexibility remains relatively small.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein flexibleres gattungsgemäßes Mehrstrahlsystem anzugeben.It is therefore an object of the invention to provide a more flexible generic multi-beam system.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich nach Anspruch 1 gelöst. Mehrere Abtastmodule erzeugen und empfangen jeweils mehrere Lichtstrahlen und weisen dafür mindestens einen Lichtsender und mindestens einen Lichtempfänger auf. Die Lichtstrahlen sind nicht als Strahlen im Sinne der Strahlenoptik innerhalb eines größeren Lichtbündels zu verstehen, sondern als voneinander separierte Lichtbündel und somit vereinzelte Abtaststrahlen, die im Überwachungsbereich beim Auftreffen auf ein Objekt entsprechend vereinzelte, voneinander beabstandete Lichtflecken erzeugen. Eine um eine Drehachse rotierende oder zumindest schwenkbare Abtasteinheit sorgt dafür, dass die Abtaststrahlen den Überwachungsbereich periodisch abtasten. Eine Auswertungseinheit gewinnt aus den Empfangssignalen Informationen über die Objekte an den jeweils angetasteten Punkten.This task is accomplished by an optoelectronic sensor for the detection of objects in a surveillance area according to claim 1 solved. Several scanning modules each generate and receive a plurality of light beams and have for this purpose at least one light transmitter and at least one light receiver. The light rays are not to be understood as rays in the sense of the ray optics within a larger light beam, but as mutually separated light beams and thus scattered scanning rays that produce in the monitoring area when hitting an object according to individual, spaced-apart light spots. A scanning unit rotating about an axis of rotation or at least pivoting ensures that the scanning beams periodically scan the monitoring area. An evaluation unit obtains information about the objects at the respectively touched points from the received signals.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, durch Verkippen und/oder Verdrehen von Abtastmodulen angepasste Konfigurationen von Abtaststrahlen zu ermöglichen, beziehungsweise aufgrund der Bewegung um die Drehachse angepasste Konfigurationen von Abtastebenen. Dazu wird mindestens ein Abtastmodul um einen Kippwinkel verkippt und/oder um einen Drehwinkel verdreht. Diese Winkel sind bezüglich der Hauptblickrichtung des Abtastmoduls gemessen beziehungsweise definiert. Ein Abtastmodul hat zwar mehrere Abtaststrahlen, die vorzugsweise nicht alle parallel und damit in dieselbe Blickrichtung ausgerichtet sind. Das Abtastmodul als Ganzes besitzt dennoch eine einzige Hauptblickrichtung, die beispielsweise durch dessen Mittelachse, einen zentralen Abtaststrahl oder eine mittlere Richtung aller Abtaststrahlen des Abtastmoduls gegeben ist. Nun wäre die herkömmliche, weder verkippte noch verdrehte Ausrichtung eines Abtastmoduls diejenige mit Hauptblickrichtung in die zentrale Abtastebene senkrecht zur Drehachse hinein und bei aufrechter Anordnung des Abtastmoduls. Erfindungsgemäß wird die Hauptblickrichtung aus diesem Kippwinkel Null verkippt und entspricht damit nicht mehr der zentralen Abtastebene und/oder das Abtastmodul wird aus diesem Drehwinkel Null verdreht und hat damit eine nicht aufrechte Orientierung bis hin zu auf der Seite liegend. Zur Vervollständigung der Begrifflichkeiten sei noch erwähnt, dass in dieser Beschreibung der Winkel, um den sich die Abtasteinheit um die Drehachse bewegt, als Scanwinkel bezeichnet wird. Ein Winkelabstand zwischen den Abtaststrahlen dagegen wird Elevationswinkel genannt, wobei es sich genaugenommen nur um einen effektiven Elevationswinkel nach Projektion mit dem Drehwinkel handelt, wie später genauer erläutert.The invention is based on the basic idea of allowing configurations of scanning beams which are adapted by tilting and / or rotating scanning modules, or configurations of scanning planes adapted to the movement about the axis of rotation. For this purpose, at least one scanning module is tilted by a tilt angle and / or rotated by a rotation angle. These angles are measured or defined with respect to the main viewing direction of the scanning module. Although a scanning module has multiple scanning beams, which are preferably not all parallel and thus aligned in the same direction. The scanning module as a whole nevertheless has a single main viewing direction, given for example by its center axis, a central scanning beam or a middle direction of all the scanning beams of the scanning module. Now, the conventional, neither tilted nor twisted orientation of a scanning module would be the one with the main viewing direction in the central scanning plane perpendicular to the axis of rotation and in an upright position of the scanning module. According to the invention, the main viewing direction is tilted out of this tilt angle zero and thus no longer corresponds to the central scanning plane and / or the scanning module is rotated from this angle of rotation zero and thus has a non-upright orientation up to lying on the page. To complete the terminology, it should be mentioned that in this description the angle through which the scanning unit moves about the axis of rotation is referred to as scan angle. An angular distance between the scanning beams, on the other hand, is called elevation angle, which, strictly speaking, is only an effective elevation angle after projection with the angle of rotation, as explained in more detail later.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass es sehr einfach möglich wird, die Strahl- oder Ebenenkonfiguration zu verändern. Es sind zahlreiche unterschiedliche Anordnungen von Messebenen möglich, und dies weitgehend ohne Neuentwicklung und ohne den hohen Justageaufwand im Falle einzeln einstellbarer Strahlen lediglich durch Verkippen beziehungsweise Verdrehen von Abtastmodulen. Damit kann im Verlauf eines Produktlebens schnell und flexibel auf veränderte Anforderungen reagiert werden, und es können mühelos neue Endgerätevarianten erzeugt werden, bis hin zur individuellen Fertigung in Einzelstücken für spezielle Kundenwünsche.The invention has the advantage that it is very easy to change the beam or plane configuration. There are many different arrangements of measurement levels possible, and this largely without new development and without the high adjustment effort in the case of individually adjustable beams only by tilting or rotation of Abtastmodulen. Thus, in the course of a product life can be reacted quickly and flexibly to changing requirements, and it can be easily created new terminal variants, to individual production in individual pieces for special customer requirements.

Die Abtastmodule sind vorzugsweise in der Abtasteinheit untergebracht. Der Sensor weist damit einen um die Drehachse beweglichen Messkopf auf. Das ist eine Bauweise, die sich besonders gut mit verschiedenen Konfigurationen von verkippten und verdrehten Abtastmodulen kombinieren lässt. Alternativ ist auch möglich, dass die Abtastmodule nicht beweglich angeordnet sind und die Abtaststrahlen durch einen um die Drehachse beweglichen Spiegel periodisch abgelenkt werden, insbesondere einen Drehspiegel oder ein Polygonspiegelrad.The scanning modules are preferably housed in the scanning unit. The sensor thus has a movable about the axis of rotation measuring head. This is a design that combines well with different configurations of tilted and twisted scan modules. Alternatively, it is also possible that the scanning modules are not arranged to be movable and the scanning beams are deflected periodically by a mirror which is movable about the axis of rotation, in particular a rotating mirror or a polygon mirror wheel.

Der Kippwinkel und/oder der Drehwinkel ist bevorzugt statisch. Es gibt demnach keinen Verstellmechanismus, um diese Winkel auch noch im Betrieb zu verändern. Für ein bestimmtes Gerät werden vielmehr die Abtastmodule bei bestimmten Winkeln montiert. Das schließt nicht aus, dass in den Geräten Montageplätze für Abtastmodule vorgesehen sind, die eine Montage bei unterschiedlichen Winkeln zulassen, wobei man sich dann während der Montage für bestimmte Winkel entscheidet.The tilt angle and / or the angle of rotation is preferably static. There is therefore no adjustment mechanism to change these angles even during operation. For a given device, rather, the scanning modules are mounted at certain angles. This does not exclude that the devices are provided with mounting stations for scanning modules, which allow mounting at different angles, which then decides during installation for certain angles.

Der Kippwinkel liegt bevorzugt in einer Umgebung von Null, insbesondere im Bereich von ±60° oder weniger, etwa ±50°, ±40° oder ±30°. Damit ist die Hauptblickrichtung in etwa radial nach außen und weicht jedenfalls deutlich von der Richtung der Drehachse ab. Die Abtastebenen liegen dementsprechend in einer Umgebung der zentralen Abtastebene senkrecht zur Drehachse. Vorzugsweise ist für zumindest ein Abtastmodul, wenn nicht mehrere oder alle, der Kippwinkel ungleich Null. Die zentrale Abtastebene kann trotzdem erfasst werden, falls in der Konfiguration der Abtaststrahlen gewünscht, weil wiederum die Lichtstrahlen in einem verkippten Abtastmodul gegen dessen Hauptblickrichtung verkippt sind.The tilt angle is preferably in an environment of zero, in particular in the range of ± 60 ° or less, about ± 50 °, ± 40 ° or ± 30 °. Thus, the main direction of vision is approximately radially outward and differs in any case significantly from the direction of the axis of rotation. The scanning planes are accordingly in an environment of the central scanning plane perpendicular to the axis of rotation. Preferably, for at least one scan module, if not several or all, the tilt angle is nonzero. The central scanning plane can still be detected, if desired in the configuration of the scanning beams, because again the light beams in a tilted scanning module are tilted against its main viewing direction.

Der Sensor weist bevorzugt zwei bis zehn Abtastmodule auf. Typischerweise sind es zwei bis vier Abtastmodule. Bei mehr als zehn Abtastmodulen wird der Gesamtaufbau recht komplex, prinzipiell ausgeschlossen ist dieser Fall aber nicht, falls entsprechend zahlreiche Abtaststrahlen benötigt werden.The sensor preferably has two to ten scanning modules. Typically, there are two to four scanning modules. If more than ten scanning modules, the overall structure is quite complex, but this case is excluded in principle, if correspondingly numerous scanning beams are needed.

Ein Abtastmodul erzeugt bevorzugt zwei bis zehn Lichtstrahlen. Einige bevorzugte Anzahlen sind drei bis sechs und acht. Erneut sind auch größere Zahlen prinzipiell denkbar, etwa sechzehn. Mehr Flexibilität erhält man aber mit einem Abtastmodul mit nur einigen Lichtstrahlen, und eine Vielzahl von Abtaststrahlen wird dann durch Vervielfachung der Abtastmodule erreicht.A scanning module preferably generates two to ten light beams. Some preferred numbers are three to six and eight. Again, even larger numbers are conceivable in principle, about sixteen. However, more flexibility is achieved with a scanning module with only a few light beams, and a plurality of scanning beams are then achieved by multiplying the scanning modules.

Zumindest einige, vorzugsweise alle Lichtstrahlen eines Abtastmoduls weisen vorteilhafterweise einen gegenseitigen Winkelversatz auf. Somit sind zumindest nicht alle Lichtstrahlen eines Abtastmoduls zueinander parallel. Nochmals bevorzugt bilden die Lichtstrahlen eines Abtastmoduls ein gleichmäßiges Winkelraster. Das Winkelraster ist möglicherweise gleichmäßig nur im dreidimensionalen Raum, etwa ein Quadrant, die die auf eine verkippte oder verdrehte Achse der Abtastmodule projizierten planaren Winkel selbst sind gar nicht gleichmäßig. In beiden Fällen sind die Bausteine einer Abtaststrahlenkonfiguration erst einmal regelmäßig und dadurch gut handhabbar. Durch Kombination von Abtastmodulen lassen sich dennoch vielfältige, auch unregelmäßige Abtaststrahlenkonfigurationen aufbauen. Die Abtastmodule weisen bevorzugt Lichtsender beziehungsweise Lichtempfänger auf, mit denen Lichtstrahlen auch mit größeren und unregelmäßigen gegenseitigen Abständen angeordnet werden können. Die Lichtstrahlen eines Abtastmoduls sind also vorzugsweise so angeordnet, dass zwischen den davon erzeugten Abtastebenen jeweils nicht abgetastete Bereiche des Sichtfeldes liegen. Das gelingt insbesondere durch einzelne und damit einzeln ausrichtbare Lichtquellen beziehungsweise Lichtempfangselemente, also keinen Sender- oder Empfängerzeilen, die stets dicht aneinander liegende Abtastebenen erzeugen. Die Abtastmodule sind bevorzugt derart verkippt und/oder verdreht, dass Abtastebenen mit gleichmäßigem Winkelabstand entstehen. Das bezieht sich nun auf die Gesamtkonfiguration, nicht mehr einzelne Abtastmodule. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, insgesamt einen gleichmäßigen Winkelabstand zu erzielen. Die Abtastmodule können sich den gesamten Winkelbereich aufteilen und einander direkt benachbart ergänzen. Ebenso ist denkbar, dass Abtastmodule das Winkelraster von anderen Abtastmodulen verfeinern und/oder vergleichmäßigen. Präzise müsste in der Diskussion von Winkeln zwischen Abtastebenen der Begriff Elevationswinkel verwendet werden, aber dies wird hier und im Folgenden aus dem Kontext klar und vielfach sprachlich vereinfacht.At least some, preferably all light beams of a scanning module advantageously have a mutual angular offset. Thus, at least not all light rays of a scanning module are parallel to each other. Again preferably, the light beams of a scanning module form a uniform angular grid. The angle grid may be evenly spaced only in three-dimensional space, such as a quadrant, and the planar angles projected onto a tilted or rotated axis of the scan modules themselves are not even. In both cases, the components of a scanning beam configuration are firstly regular and therefore easy to handle. By combining scanning modules, it is still possible to set up a variety of even irregular scanning beam configurations. The scanning modules preferably have light transmitters or light receivers with which light beams can also be arranged with larger and irregular mutual distances. The light beams of a scanning module are therefore preferably arranged such that areas of the field of view which are not scanned are in each case located between the scanning planes produced therefrom. This is achieved in particular by individual and therefore individually alignable light sources or light-receiving elements, that is to say no transmitter or receiver lines which always generate closely spaced scanning planes. The scanning modules are preferably tilted and / or rotated in such a way that scanning planes with uniform angular spacing are formed. This now refers to the overall configuration, not individual scan modules. There are several ways to achieve a uniform angular distance. The scanning modules can divide the entire angular range and complement each other directly adjacent. It is likewise conceivable that scanning modules refine and / or equalize the angle grid of other scanning modules. The term elevation angle would have to be used precisely in the discussion of angles between scanning planes, but here and in the following this is made clear from the context and often linguistically simplified.

Die Abtastmodule sind bevorzugt derart verkippt und/oder verdreht, dass in zumindest einem Winkelbereich Abtastebenen mit dichterem Winkelabstand entstehen. In solchen Ausführungsformen wird gezielt von einem gleichmäßigen Winkelabstand abgewichen, weil bestimmte Winkelbereiche interessanter sind als andere und daraus mehr Daten gewonnen werden sollen. Eines von zahlreichen Beispielen ist ein Sensor für ein Fahrzeug, der vor allem Daten in Höhe von Verkehrsströmen und relevanten Hindernissen gewinnen soll und nur wenige Daten vom Boden beziehungsweise aus der Höhe. Der dichter abgetastete Bereich muss aber nicht zentral um einen Elevationswinkel 0° liegen, sondern kann ebenso nach oben oder unten verschoben sein, oder es sind mehrere Winkelbereiche dichter überwacht als andere. Auch muss der Winkelabstand in den dichter und weniger dicht überwachten Winkelbereichen für sich nicht konstant sein.The scanning modules are preferably tilted and / or rotated in such a way that scanning planes with a closer angular spacing arise in at least one angular range. In such embodiments, it is deliberately deviated from a uniform angular distance, because certain angular ranges are more interesting than others and from this more data is to be obtained. One of many examples is a sensor for a vehicle, which is primarily intended to gain data in the amount of traffic flows and relevant obstacles and only a few data from the ground or from the height. However, the denser scanned area does not have to be central about an elevation angle of 0 °, but may also be shifted up or down, or more angular ranges are more closely monitored than others. Also, the angular spacing in the denser and less closely monitored angular ranges need not be constant per se.

Die Abtastmodule sind bevorzugt derart verkippt und/oder verdreht, dass zumindest einige mehrfach abgetastete Abtastebenen entstehen. Dadurch werden redundante Messdaten gewonnen, um beispielsweise durch Bildung eines Mittelwertes Messwerte mit höherer Genauigkeit zu erzeugen. In der Sicherheitstechnik werden redundante Messerfassungen genutzt, um das Gerät gegen Ausfälle abzusichern.The scanning modules are preferably tilted and / or rotated in such a way that at least some scanning planes scanned in multiple form. As a result, redundant measurement data are obtained, for example, to generate measured values with higher accuracy by forming an average value. In safety engineering, redundant measuring frames are used to protect the device against failures.

Die Abtastmodule sind bevorzugt derart verkippt und/oder verdreht, dass zumindest ein Winkelbereich ohne Abtastebenen entsteht. In solchen Ausführungsformen gibt es Lücken im Elevationswinkelbereich, in denen gar nicht überwacht wird. Die Abtastmodule ergänzen einander also nicht unmittelbar benachbart, sondern lassen einen Freiraum dazwischen, in dem keine Daten erzeugt werden. An dieser Stelle sind natürlich Lücken oder Freiräume gemeint, die größer sind als der unter Berücksichtigung des Drehwinkels gegebene kleinste Abstand zwischen den diskreten Abtaststrahlen innerhalb eines Abtastmoduls.The scanning modules are preferably tilted and / or rotated in such a way that at least one angular range arises without scanning planes. In such embodiments, there are gaps in the elevation angle range where no monitoring is done. Thus, the scanning modules do not complement each other immediately adjacent to each other, but leave a free space therebetween in which no data is generated. At this point, of course, gaps or clearances are meant which are greater than the smallest distance between the discrete scanning beams within a scanning module, taking into account the angle of rotation.

Die Abtastmodule sind bevorzugt derart verkippt und/oder verdreht, dass Abtastebenen eines Abtastmoduls zwischen Abtastebenen eines anderen Abtastmoduls liegen. Somit überlappen die Winkelbereiche, die von den beteiligten Abtastmodulen erfasst werden, um dort die Dichte der erfassten Daten in Elevation zu erhöhen oder redundante Daten zu erfassen. Entsprechend dieser Ausführungsform und derjenigen des vorigen Absatzes kann es vorteilhaft sein, wenn Abtastmodule einander nicht direkt benachbart ergänzen, indem Lücken und/oder Überlappungen vorgesehen werden.The scan modules are preferably tilted and / or rotated such that scan planes of a scan module lie between scan planes of another scan module. Thus, the angular ranges detected by the scanning modules involved overlap there to increase the density of the detected data in elevation or to detect redundant data. According to this embodiment and that of the previous paragraph, it may be advantageous if scanning modules do not complement each other directly adjacent to each other by providing gaps and / or overlaps.

Die Abtasteinheit weist bevorzugt eine Vielzahl von Montageplätzen für Abtastmodule auf, die insbesondere nicht alle mit einem Abtastmodul besetzt sind. Somit ist die Abtasteinheit bereits auf die Aufnahme von Abtastmodulen vorbereitet. Dabei kann an den jeweiligen Montageplätzen bereits eine Verkippung und/oder Verdrehung für das dort montierte Abtastmodul vorgegeben sein, oder es erlaubt zumindest in gewissen Winkelbereichen noch eine Anpassung. Es besteht eine sehr einfache Möglichkeit, zusätzliche Varianten zu bilden, indem Montageplätze ungenutzt bleiben. Die Abtasteinheit bietet dann sozusagen eine Maximalkonfiguration an, wobei auch kleinere Teilkonfigurationen mit weniger Abtastebenen wählbar sind.The scanning unit preferably has a multiplicity of mounting locations for scanning modules, which in particular are not all occupied by a scanning module. Thus, the scanning unit is already prepared for receiving scanning modules. In this case, a tilting and / or rotation for the scanning module mounted there may already be predetermined at the respective assembly sites, or at least in certain angular ranges it still allows adaptation. There is a very easy way to create additional variants by unused assembly places. The scanning unit then offers, as it were, a maximum configuration, although smaller sub-configurations with fewer scanning levels are selectable.

Die Abtastmodule sind bevorzugt untereinander identisch aufgebaut. Dadurch wird eine wesentlich beschleunigte Produktentwicklung und Variantenbildung ermöglicht. In neuen Endgerätevarianten kann eine Hauptkomponente in Form des Abtastmoduls unverändert bleiben. Die Spezifikation und die Validierung dieses Abtastmoduls muss nur ein einziges Mal erfolgen. Das verringert auch über hohe Stückzahlen der immer gleichen Abtastmodule trotz unterschiedlicher Endgeräte deutlich die Herstellkosten, zumal die Abtastmodule sogar für die diversen Endgeräte an einem gemeinsamen Produktionsplatz herstellbar sind. Es wäre alternativ auch denkbar, einige wenige Typen unterschiedlicher Abtastmodule für noch mehr Varianten zu nutzen. Zwar lassen sich praktisch alle relevanten Abtastebenenkonfigurationen auch mit untereinander identischen Abtastmodulen durch Variation von Kipp- und Drehwinnkel aufbauen. Dennoch kann es vorteilhaft sein, beispielsweise je ein zwei-, vier- und achtstrahliges Abtastmodul und/oder Abtastmodule mit zwei oder drei unterschiedlichen Winkelrastern vorzusehen. Das eröffnet keine neuen Abtastebenenkonfigurationen, denn beispielsweise ein achstrahliges Abtastmodul ist durch vier zweistrahlige Abtastmodule und ein Abtastmodul mit feinerem Winkelraster durch ein entsprechend verdrehtes Abtastmodul mit groberem Winkelraster ersetzbar. Möglicherweise gibt es aber einen Vorteil, weil man insgesamt mit weniger Komponenten und/oder, gerade im Falle extremer Drehwinkel, mit weniger Bauraum auskommt.The scanning modules are preferably constructed identical to one another. This allows a much accelerated product development and variant formation. In new terminal variants, a main component in the form of the scanning module can remain unchanged. The specification and validation of this scanning module must be done only once. This significantly reduces the production costs even over a large number of always the same scanning modules despite different terminals, especially as the scanning modules can be produced even for the various terminals at a common production site. It would alternatively also be conceivable to use a few types of different scanning modules for even more variants. Although virtually all relevant scanning plane configurations can also be constructed with mutually identical scanning modules by varying the tilting and rotating angles. Nevertheless, it may be advantageous, for example, to provide one two-, four- and eight-beam scanning module and / or scanning modules with two or three different angle grids. This does not open up new scanning plane configurations because, for example, an achromatic scanning module can be replaced by four twin-beam scanning modules and a scanning module with a finer angular grid by a correspondingly rotated scanning module with a coarser angle grid. But there may be an advantage because you can use fewer components and / or, especially in the case of extreme angles of rotation, less space.

Zumindest einige Abtastmodule sind bevorzugt übereinander und/oder in Drehrichtung zueinander versetzt angeordnet. Es gibt im Grundsatz diese zwei Freiheitsgrade, um mehrere Abtastmodule physisch in der Abtasteinheit unterzubringen. Dabei spielt ein Versatz in Drehrichtung, also im Scanwinkel, für bei üblichen Drehzahlen und der dagegen quasi-statischen Szenerie keine Rolle. Ein Höhenversatz von Abtastmodulen kann sich je nach Baugröße geringfügig auf die Abtastebenen auswirken.At least some scanning modules are preferably arranged one above the other and / or offset from one another in the direction of rotation. There are basically these two degrees of freedom to physically accommodate multiple scan modules in the scan unit. In this case, an offset in the direction of rotation, ie in the scan angle, plays no role in the case of normal speeds and the quasi-static scene. A height offset of scanning modules may slightly affect the scanning planes, depending on the size.

Vorzugsweise sind in einem Abtastmodul mehrere Lichtstrahlen im Querschnitt in einem zweidimensionalen Muster angeordnet. Bei dem Muster geht es um die Anordnung der Abtaststrahlen und nicht der Lichtsender und Lichtempfänger, obwohl das übereinstimmen kann, wenn jeweils ein Lichtsender und ein Lichtempfänger einem Abtaststrahl entsprechen. Das ist möglich, muss jedoch wegen Strahlaufspaltung, Strahlvereinigung und/oder Strahlablenkung, mehreren Lichtemissionsflächen oder Lichtempfangselementen je Lichtsender oder Lichtempfänger beziehungsweise der Zuständigkeit eines Lichtsenders beziehungsweise Lichtempfängers für mehrere Abtaststrahlen nicht dasselbe sein, aber auf diesen Unterschied wird nicht im Einzelnen eingegangen. Zweidimensionale Muster haben gegebenenfalls optische oder bauliche Vorteile innerhalb des Abtastmoduls. Wegen der Bewegung der Abtasteinheit um die Drehachse wirkt sich nur der Anteil des zweidimensionalen Musters in Höhenrichtung senkrecht zu der Bewegung aus, das zweidimensionale Muster wirkt deshalb effektiv wie eine auf die Höhenrichtung projizierte Linienanordnung, die alternativ auch denkbar ist.Preferably, in a scanning module a plurality of light beams are arranged in cross-section in a two-dimensional pattern. The pattern is about the arrangement of the scanning beams and not the light emitter and the light receiver, although this may be the same if each of a light emitter and a light emitter correspond to a scanning beam. This is possible but need not be the same for beam splitting, beam combining and / or beam deflection, multiple light emitting surfaces or light receiving elements per light emitter or light receiver or the responsibility of a light emitter or light receiver for multiple scanning beams, but this difference will not be discussed in detail. Two-dimensional patterns may have optical or structural advantages within the scan module. Because of the movement of the scanning unit about the axis of rotation, only the proportion of the two-dimensional pattern in the height direction perpendicular to the movement affects, the two-dimensional pattern effectively acts as a projected on the height direction line arrangement, which is alternatively conceivable.

Mindestens zwei Abtastmodule weisen bevorzugt eine gemeinsame Leiterplatte auf. Darauf sind insbesondere die Lichtsender und/oder Lichtempfänger untergebracht. Eine solche gemeinsame Leiterplatte verringert die Komplexität weiter und ist vorzugsweise bei einer Anordnung der beteiligten Abtastmodule übereinander oder um Scanwinkel um 180° versetzt geeignet, wobei im letzteren Fall Vorder- und Rückseite genutzt werden. Durch Flexplatinen oder dergleichen sind auch andere Scanwinkel möglich.At least two scanning modules preferably have a common printed circuit board. In particular, the light emitter and / or light receiver are housed on it. Such a common printed circuit board further reduces the complexity and is preferably suitable for an arrangement of the scanning modules involved one above the other or at scan angles of 180 °, in which case the front and rear sides are used. By Flexplatinen or the like, other scan angles are possible.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, aus einer Lichtlaufzeit zwischen Aussenden der Lichtstrahlen und Empfangen der remittierten Lichtstrahlen einen Abstand des Objekts zu bestimmen. Der Sensor wird dadurch entfernungsmessend. Alternativ wird lediglich die Anwesenheit eines Objekts festgestellt und beispielsweise als Schaltsignal ausgegeben.The evaluation unit is preferably designed to determine a distance of the object from a light transit time between emission of the light beams and reception of the reflected light beams. The sensor is thereby distance-measuring. Alternatively, only the presence of an object is detected and output, for example, as a switching signal.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche Weise weitergebildet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben.The method according to the invention can be developed in a similar manner and shows similar advantages. Such advantageous features are described by way of example but not exhaustively in the subclaims following the independent claims.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:

  • 1 eine Schnittdarstellung eines als Laserscanner ausgebildeten optischen Sensors;
  • 2 eine schematische Darstellung eines einzelnen Abtastmoduls mit dessen Abtaststrahlen oder -ebenen;
  • 3a eine Schnittdarstellung eines Abtastmoduls zur Erläuterung des Kippwinkels;
  • 3b eine Draufsicht auf den Ein- und Austrittsbereich der Lichtstrahlen eines Abtastmoduls zur Erläuterung des Drehwinkels;
  • 3c eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Konfiguration von vier Abtastmodulen mit verschiedenen Kipp- und Drehwinkeln;
  • 4a eine Beispielkonfiguration mit drei Abtastmodulen, die gleichmäßig beabstandete Abtastebenen erzeugen;
  • 4b eine Beispielkonfiguration mit drei Abtastmodule, die durch Überlappung ebenfalls gleichmäßig, jedoch dichter beabstandete Abtastebenen erzeugen;
  • 5a eine Beispielkonfiguration mit drei Abtastmodulen, die redundante Abtastebenen erzeugen;
  • 5b eine Beispielkonfiguration mit zwei Abtastmodulen, die teilweise redundante Abtastebenen erzeugen;
  • 6 eine Beispielkonfiguration mit drei Abtastmodulen, die in unterschiedlichen Höhenlagen unterschiedlich dicht beabstandete Abtastebenen erzeugen;
  • 7 eine Draufsicht auf ein Abtastmodul zur Erläuterung der Verdichtung von Abtastebenen durch Variation des Drehwinkels;
  • 8a eine Beispielkonfiguration mit drei Abtastmodulen, von denen zwei einen variierten Drehwinkel aufweisen, um so einen Bereich mit äquidistant beabstandeten sowie zusätzlichen, weiter ab liegenden Abtastebenen zu erzeugen;
  • 8b eine Beispielkonfiguration ähnlich 8b, jedoch mit größerem Teilbereich, dafür weiter beabstandet äquidistant liegenden Abtastebenen;
  • 9a-c Beispielkonfigurationen mit einem Abtastmodul, das vier zu einem Quadrat angeordnete Abtaststrahlen aufweist, und Darstellungen der Auswirkung einer Variation von dessen Drehwinkel;
  • 9d-f Beispielkonfigurationen mit einem Abtastmodul, das neun zu einem Quadrat angeordnete Abtaststrahlen aufweist, und Darstellungen der Auswirkung einer Variation von dessen Drehwinkel;
  • 10a-c Darstellungen von Konfigurationen mit mehreren Abtastmodulen in unterschiedlichen Höhenlagen und/oder Scanwinkeln, die eine gemeinsame Leiterplatte nutzen;
  • 11a eine Draufsicht längs der Drehachse auf eine Beispielkonfiguration mit vier im Scanwinkel gegeneinander versetzten Abtastmodulen;
  • 11b eine Draufsicht ähnlich 11a, hier jedoch mit sechs vorgesehenen Montageplätzen für Abtastmodule, von denen nur fünf tatsächlich besetzt sind; und
  • 12 eine Beispielkonfigurationen mit zwei Abtastmodulen und einer periodischen Ablenkung durch ein bewegliches Spiegelelement anstelle eines beweglichen Abtastkopfes.
The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages by way of example with reference to embodiments and with reference to the accompanying drawings. The illustrations of the drawing show in:
  • 1 a sectional view of a designed as a laser scanner optical sensor;
  • 2 a schematic representation of a single scanning module with its scanning beams or planes;
  • 3a a sectional view of a scanning module for explaining the tilt angle;
  • 3b a plan view of the entrance and exit area of the light beams of a scanning module for explaining the rotation angle;
  • 3c a perspective view of an exemplary configuration of four scanning modules with different tilt and rotation angles;
  • 4a an example configuration with three scanning modules that generate evenly spaced scan planes;
  • 4b an example configuration with three scanning modules which, by overlapping, also produce equally spaced but more closely spaced scan planes;
  • 5a an example configuration with three scan modules that generate redundant scan planes;
  • 5b an example configuration with two scan modules that generate partially redundant scan planes;
  • 6 an example configuration with three scanning modules that produce different densely spaced scan planes at different elevations;
  • 7 a plan view of a scanning module for explaining the compression of scanning planes by varying the angle of rotation;
  • 8a an example configuration with three scanning modules, two of which have a varied angle of rotation, so as to produce a range with equidistant spaced as well as additional, more distant scanning planes;
  • 8b an example configuration similar 8b but with a larger portion, but spaced apart equidistant scanning planes;
  • 9a-c Example configurations with a scanning module having four scanning rays arranged in a square, and illustrations of the effect of a variation of its rotation angle;
  • 9d-f Example configurations with a scanning module having nine scanning rays arranged in a square, and illustrations of the effect of a variation of its rotation angle;
  • 10a-c Representations of configurations with multiple scan modules at different elevations and / or scan angles using a common circuit board;
  • 11a a plan view along the axis of rotation on an example configuration with four scanning modules offset from each other in scan angle;
  • 11b a top view similar 11a here, however, with six intended mounting locations for scanning modules, of which only five are actually occupied; and
  • 12 an example configurations with two scanning modules and a periodic deflection by a movable mirror element instead of a movable scanning head.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen optoelektronischen Sensor 10 in einer Ausführungsform als modularer Vielstrahl-Laserscanner. Der Sensor 10 umfasst in grober Aufteilung eine bewegliche Abtasteinheit 12 und eine Sockeleinheit 14. Die Abtasteinheit 12 ist der optische Messkopf, während in der Sockeleinheit 14 weitere Elemente wie eine Versorgung, Auswertungselektronik, Anschlüsse und dergleichen untergebracht sind. Im Betrieb wird mit Hilfe eines Antriebs 16 der Sockeleinheit 14 die Abtasteinheit 12 in eine Drehbewegung um eine Drehachse 18 versetzt, um so einen Überwachungsbereich 20 periodisch abzutasten. 1 shows a schematic sectional view through an optoelectronic sensor 10 in one embodiment as a modular multi-beam laser scanner. The sensor 10 comprises in rough division a movable scanning unit 12 and a socket unit 14 , The scanning unit 12 is the optical probe while in the socket unit 14 other elements such as a supply, evaluation electronics, connections and the like are housed. In operation, with the help of a drive 16 the base unit 14 the scanning unit 12 in a rotational movement about a rotation axis 18 offset so as to provide a surveillance area 20 to periodically scan.

In der Abtasteinheit 12 sind mehrere Abtastmodule 22a-b vorgesehen. Im dargestellten Beispiel sind es zwei Abtastmodule 22a-b, allgemein sind bis zu zehn und im Einzelfall auch mehr Abtastmodule denkbar. Die Abtastmodule 22a-b stehen schräg, sind also gegenüber der Drehachse 18 verkippt. Sie können alternativ oder zusätzlich gegen ihre eigene Mittelachse verdreht sein, was in der Schnittdarstellung der 1 nicht erkennbar ist. Die Kippwinkel und Drehwinkel von Abtastmodulen 22a-b werden später unter Bezugnahme auf die 2 bis 11 genauer erläutert.In the scanning unit 12 are several scanning modules 22a-b intended. In the example shown, there are two scanning modules 22a-b In general, up to ten and in some cases even more scanning modules are conceivable. The scanning modules 22a-b are inclined, so are opposite the axis of rotation 18 tilted. They can alternatively or additionally be twisted against their own central axis, which in the sectional view of 1 is not recognizable. The tilt angles and angles of rotation of scanning modules 22a-b will be later referring to the 2 to 11 explained in more detail.

Die Abtastmodule 22a-b weisen jeweils eine Lichtsendereinheit 24 auf, beispielsweise mit LEDs oder Lasern in Form von Kantenemittern oder VCSELs, die mit Hilfe einer nur als Funktionsblock dargestellten gemeinsamen Sendeoptik 26 mehrere Sendelichtstrahlen 28 mit gegenseitigem Winkelversatz erzeugen, die in den Überwachungsbereich 20 ausgesandt werden. Dafür können je nach Ausführungsform mehrere Lichtquellen mit eigenen Leiterplatten oder gemeinsamer Leiterplatte für die mehreren Sendelichtstrahlen 28 eingesetzt sein, oder das Licht einer Lichtquelle oder einiger Lichtquellen wird durch ein Strahlteilerelement oder ein diffraktives optisches Element aufgeteilt. Im dargestellten Beispiel sind es vier Sendelichtstrahlen 28, allgemein sind typischerweise zwei bis zehn Sendelichtstrahlen je Abtastmodul 22a-b vorgesehen, unter Umständen auch mehr.The scanning modules 22a-b each have a light transmitter unit 24 on, for example, with LEDs or lasers in the form of edge emitters or VCSELs, using a common transmission optics shown only as a functional block 26 several transmitted light beams 28 generate with mutual angular misalignment, which in the surveillance area 20 to be sent out. For this, depending on the embodiment, multiple light sources with their own circuit boards or common PCB for the multiple transmitted light beams 28 be used, or the light of a light source or some light sources is divided by a beam splitter element or a diffractive optical element. In the example shown, there are four transmitted light beams 28 In general, typically two to ten transmitted light beams are per scanning module 22a-b provided, possibly more.

Zur Vermeidung von Streulicht innerhalb des Sensors 10 kann der interne Lichtweg der Sendelichtstrahlen 28 von einem lichtundurchlässigen Tubus 30 abgeschirmt werden. Treffen die Sendelichtstrahlen 28 in dem Überwachungsbereich 20 auf ein Objekt, so kehren entsprechende remittierte Lichtstrahlen 32 zu dem Sensor 10 zurück. Die remittierten Lichtstrahlen 32 werden von einer Empfangsoptik 34 auf einen Lichtempfänger 36 geführt. Der Lichtempfänger 36 ist ortsauflösend und deshalb in der Lage, aus jedem der remittierten Lichtstrahlen 32 ein eigenes elektrisches Empfangssignal zu erzeugen. Dafür sind mehrere Photodioden oder APDs (Avalanche Diode) denkbar, aber auch ein Bildsensor mit entsprechend zugeordneten Einzelpixeln oder Pixelgruppen. Eine weitere denkbare Ausführungsform sieht einen SPAD-Empfänger (Single-Photon Avalanche Diode) mit einer Vielzahl von SPADs vor. Es ist auch denkbar, mehrere remittierte Lichtstrahlen 32 mittels der Empfangsoptik 34 auf dasselbe Empfangselement zu leiten. Die Unterscheidung der remittierten Lichtstrahlen 32 ist dann beispielsweise durch Multiplexing, d.h. sequentielle Aktivierung von Sendelichtstrahlen 28 möglich.To avoid stray light within the sensor 10 can the internal light path of the transmitted light beams 28 from an opaque tube 30 be shielded. Meet the transmitted light rays 28 in the surveillance area 20 on an object, so return remitted light rays 32 to the sensor 10 back. The remitted light rays 32 be from a receiving optics 34 on a light receiver 36 guided. The light receiver 36 is Spatially resolving and therefore able to recover from each of the reflected light rays 32 to generate its own electrical reception signal. For this purpose, several photodiodes or APDs (avalanche diode) are conceivable, but also an image sensor with correspondingly assigned single pixels or pixel groups. Another conceivable embodiment provides a single photon avalanche diode (SPAD) receiver with a plurality of SPADs. It is also conceivable, several remitted light beams 32 by means of the receiving optics 34 to lead to the same receiving element. The distinction of the remitted light rays 32 is then, for example, by multiplexing, ie sequential activation of transmitted light beams 28 possible.

Der Lichtempfänger 36 ist in dieser Ausführungsform auf einer Leiterkarte 38 angeordnet, die auf der Drehachse 18 liegt und mit der Welle 40 des Antriebs 16 verbunden ist. Die Empfangsoptik 34 stützt sich durch Beinchen 42 auf der Leiterkarte 38 ab und hält eine weitere Leiterkarte 44 der Lichtsendereinheit 24. Die beiden Leiterkarten 38, 44 sind untereinander verbunden und können auch als gemeinsame Flexprint-Leiterkarte ausgebildet sein.The light receiver 36 is in this embodiment on a printed circuit board 38 arranged on the axis of rotation 18 lies and with the wave 40 of the drive 16 connected is. The receiving optics 34 is supported by little legs 42 on the circuit board 38 and holds another circuit board 44 the light transmitter unit 24 , The two circuit boards 38 . 44 are interconnected and can also be designed as a common flexprint printed circuit board.

Der in 1 gezeigte optische Aufbau mit zwei übereinander geschichteten Leiterkarten 38, 44 oder Leiterkartenbereichen und einer zentral innerhalb der Empfangsoptik 34 angeordneten gemeinsamen Sendeoptik 26 ist rein beispielhaft zu verstehen. So wäre alternativ jede andere an sich beispielsweise von eindimensionalen optoelektronischen Sensoren oder Laserscannern bekannte Anordnung wie etwa eine biaxiale Anordnung oder die Verwendung eines Umlenk- oder Strahlteilerspiegels möglich. Weiterhin ist denkbar, Lichtsendereinheit 24 und Lichtempfänger 36 auf einer gemeinsamen Leiterkarte zu montieren, bei gegenüber 1 veränderter Anordnung der Optiken auch auf einer gemeinsamen Leiterkarte, die in nur einer Ebene liegt. Die dargestellten gemeinsamen Optiken 26, 34 sind besonders vorteilhaft, alternativ jedoch auch mehrere Optiken für mehrere oder sogar einzelne Lichtstrahlen 28, 32 möglich.The in 1 shown optical structure with two stacked printed circuit boards 38 . 44 or printed circuit board areas and one centrally within the receiving optics 34 arranged common transmission optics 26 is purely exemplary to understand. As an alternative, any other arrangement known per se, for example, by one-dimensional optoelectronic sensors or laser scanners, such as a biaxial arrangement or the use of a deflection or beam splitter mirror would be possible. Furthermore, it is conceivable light transmitter unit 24 and light receiver 36 to mount on a common circuit board, opposite 1 changed arrangement of the optics on a common printed circuit board, which lies in only one plane. The illustrated common optics 26 . 34 are particularly advantageous, but alternatively also multiple optics for multiple or even individual light beams 28 . 32 possible.

Auch die grundsätzliche Anordnung mit Abtastmodulen 22a-b in der drehbaren Abtasteinheit 12 ist ein Ausführungsbeispiel. Alternativ ist auch möglich, stehende Abtastmodule 22a-b zu verwenden, deren Lichtstrahlen 26, 32 dann durch ein um die Drehachse 18 bewegliches Spiegelelement abgelenkt werden. Entsprechende Ausführungsformen werden später unter Bezugnahme auf die 12 erläutert.Also the basic arrangement with scanning modules 22a-b in the rotatable scanning unit 12 is an embodiment. Alternatively, it is also possible to have stationary scanning modules 22a-b to use, their beams of light 26 . 32 then through an around the axis of rotation 18 be deflected movable mirror element. Corresponding embodiments will be described later with reference to FIGS 12 explained.

Eine berührungslose Versorgungs- und Datenschnittstelle 46 verbindet die bewegliche Abtasteinheit 12 mit der ruhenden Sockeleinheit 14. Dort befindet sich eine Steuer- und Auswertungseinheit 48, die zumindest teilweise auch auf der Leiterkarte 38 oder an anderem Ort in der Abtasteinheit 12 untergebracht sein kann. Die Steuer- und Auswertungseinheit 48 steuert die Lichtsendereinheit 24 und erhält das Empfangssignal des Lichtempfängers 36 zur weiteren Auswertung. Sie steuert außerdem den Antrieb 16 und erhält das Signal einer nicht gezeigten, von Laserscannern allgemein bekannten Winkelmesseinheit, welche die jeweilige Winkelstellung der Abtasteinheit 12 bestimmt.A non-contact supply and data interface 46 connects the movable scanning unit 12 with the dormant base unit 14 , There is a control and evaluation unit 48 that at least partially also on the circuit board 38 or elsewhere in the scanning unit 12 can be accommodated. The control and evaluation unit 48 controls the light transmitter unit 24 and receives the received signal of the light receiver 36 for further evaluation. It also controls the drive 16 and receives the signal from an angle measuring unit, not shown, which is generally known by laser scanners, which detects the respective angular position of the scanning unit 12 certainly.

Zur Auswertung wird vorzugsweise mit einem an sich bekannten Lichtlaufzeitverfahren die Distanz zu einem angetasteten Objekt gemessen. Zusammen mit der Information über die Winkelstellung von der Winkelmesseinheit stehen nach jeder Scanperiode mit Winkel und Entfernung zweidimensionale Polarkoordinaten aller Objektpunkte in einer Abtastebene zur Verfügung. Die jeweilige Abtastebene ist über die Identität des jeweiligen remittierten Lichtstrahls 32 ebenfalls bekannt, so dass insgesamt ein dreidimensionaler Raumbereich abgetastet wird.For evaluation, the distance to a touched object is preferably measured by a known light transit time method. Together with the information about the angular position of the angle measuring unit, two-dimensional polar coordinates of all object points in a scanning plane are available after each scanning period with angle and distance. The respective scanning plane is about the identity of the respective remitted light beam 32 also known, so that a total of a three-dimensional space area is scanned.

Damit sind die Objektpositionen beziehungsweise Objektkonturen bekannt und können über eine Sensorschnittstelle 50 ausgegeben werden. Die Sensorschnittstelle 50 oder ein weiterer, nicht gezeigter Anschluss dienen umgekehrt als Parametrierschnittstelle. Der Sensor 10 kann auch als Sicherheitssensor für einen Einsatz in der Sicherheitstechnik zur Überwachung einer Gefahrenquelle ausgebildet sein, wie sie beispielsweise eine gefährliche Maschine darstellt. Dabei wird ein Schutzfeld überwacht, das während des Betriebs der Maschine vom Bedienpersonal nicht betreten werden darf. Erkennt der Sensor 10 einen unzulässigen Schutzfeldeingriff, etwa ein Bein einer Bedienperson, so löst er einen Nothalt der Maschine aus. In der Sicherheitstechnik eingesetzte Sensoren 10 müssen besonders zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, beispielsweise die Norm EN13849 für Maschinensicherheit und die Gerätenorm EN61496 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS). Insbesondere kann dann die Sensorschnittstelle 50 als sichere Ausgabeschnittstelle (OSSD, Output Signal Switching Device) ausgebildet sein, um bei einem Schutzfeldeingriff durch ein Objekt ein sicherheitsgerichtetes Abschaltsignal auszugeben.Thus, the object positions or object contours are known and can via a sensor interface 50 be issued. The sensor interface 50 or another, not shown connection vice versa serve as a parameterization interface. The sensor 10 can also be designed as a safety sensor for use in safety technology for monitoring a source of danger, such as represents a dangerous machine. A protective field is monitored, which must not be entered by the operating personnel during operation of the machine. Detects the sensor 10 an inadmissible protective field intervention, such as a leg of an operator, so he triggers an emergency stop of the machine. Sensors used in safety technology 10 They have to work very reliably and therefore meet high safety requirements, for example the EN13849 standard for machine safety and the EN61496 device standard for non-contact protective devices (ESPE). In particular, then the sensor interface 50 be designed as a secure output interface (OSSD, Output Signal Switching Device) to output a safety-related shutdown signal during a protective field intervention by an object.

Der dargestellte Sensor 10 ist ein Laserscanner mit rotierendem Messkopf, nämlich der Abtasteinheit 12. Eine alternative Ausführungsform schwenkt die Abtasteinheit 12 anstelle der Drehbewegung hin und her. Auch eine Ausgestaltung als einfacher Mehrstrahltaster ohne eigene Scanbewegung ist vorstellbar, der dann praktisch nur aus der ruhenden Abtasteinheit 12 mit entsprechender Elektronik, jedoch ohne Sockeleinheit 14 besteht.The illustrated sensor 10 is a laser scanner with rotating measuring head, namely the scanning unit 12 , An alternative embodiment pivots the scanning unit 12 instead of the rotation back and forth. An embodiment as a simple multi-beam probe without its own scanning movement is conceivable, which then practically only from the stationary scanning unit 12 with appropriate electronics, but without base unit 14 consists.

Während der Rotation des Sensors 10 wird durch jeden der Sendelichtstrahlen 28 jeweils eine Fläche abgetastet. Nur bei einem Elevationswinkel von 0°, also einem in 1 nur annähernd vorhandenen horizontalen Sendelichtstrahl, wird dabei eine Ebene des Überwachungsbereichs 20 abgetastet. Die übrigen Sendelichtstrahlen tasten die Mantelfläche eines Kegels ab, der je nach Ablenkwinkel unterschiedlich spitz ausgebildet ist. Bei mehreren Sendelichtstrahlen 28, die in unterschiedlichen Winkeln nach oben und unten abgelenkt werden, entsteht insgesamt als Abtastgebilde eine Art Schachtelung von mehreren Sanduhren. Auch diese Flächen werden hier vereinfachend als Abtastebenen bezeichnet.During the rotation of the sensor 10 is through each of the transmitted beams 28 each sampled an area. Only at an elevation angle from 0 °, so one in 1 only approximately existing horizontal transmitted light beam, thereby becomes a plane of the surveillance area 20 sampled. The remaining transmitted light beams scan the lateral surface of a cone, which is designed differently pointed depending on the deflection angle. For several transmitted light beams 28 , which are deflected at different angles up and down, created as a total sampling as a kind nesting of several hourglasses. These areas are referred to simplifying as scanning planes here.

2 zeigt rein schematisch ein einzelnes Abtastmodul 22 mit dessen Sendelichtstrahlen 28. Die Sendelichtstrahlen 28 stehen auch stellvertretend für die zugehörigen remittierten Lichtstrahlen 32 und werden vielfach als Abtaststrahlen bezeichnet. Da durch die Bewegung um die Drehachse 18 Abtastebenen entstehen, wird auch die Formulierung verwendet, dass ein Abtastmodul 22 Abtastebenen und nicht lediglich Abtaststrahlen erzeugt. 2 purely schematically shows a single scanning module 22 with its transmitted light rays 28 , The transmitted light rays 28 are also representative of the associated remitted light beams 32 and are often called scanning beams. Because of the movement around the axis of rotation 18 Scanning levels arise, the formulation is also used that a scanning module 22 Scan planes and not just scan beams generated.

Das Abtastmodul 22 erzeugt Sendelichtstrahlen 28 mit gegenseitigem Winkelabstand α, der vorzugsweise, aber nicht notwendig gleichmäßig ist. Die sich daraus ergebende Konfiguration von Abtastebenen ist auf der rechten Seite der 2 durch kleine Kreise angedeutet. In diesem Beispiel resultieren vier in ihrem Elevationswinkel α gleichmäßig beabstandete Abtastebenen.The scanning module 22 generates transmitted light rays 28 with mutual angular separation α, which is preferably, but not necessarily uniform. The resulting configuration of scan planes is on the right side of the 2 indicated by small circles. In this example, four equally spaced scanning planes result in their elevation angle α.

Das Abtastmodul 22 ist in 2 bewusst ohne dessen in 1 bereits erläuterte Elemente gezeigt, um zu unterstreichen, dass es diverse Ausgestaltungsmöglichkeiten gibt und hier letztlich nur auf die erzeugten Abtaststrahlen und -ebenen ankommt. Zusätzlich zu den elektrooptischen und optischen Komponenten für die Erzeugung von Sendelichtstrahlen 28 und den Empfang von remittierten Lichtstrahlen 32 kann ein Abtastmodul 22 auch eigene Auswertungselektronik umfassen, so dass es direkt Abstandsdaten ausgibt. Alternativ werden nur rohe oder vorverarbeitete Empfangssignale an die Auswertungseinheit 48 oder auch eine Auswertungselektronik in der Abtasteinheit 12 für ein Abtastmodul 22 oder mehrere Abtastmodule 22a-b weitergegeben, oder die Auswertungsaufgaben werden verteilt.The scanning module 22 is in 2 consciously without his in 1 already explained elements shown to emphasize that there are various design options and ultimately depends only on the generated scanning beams and levels. In addition to the electro-optical and optical components for the generation of transmitted light beams 28 and the reception of remitted light rays 32 can be a scanning module 22 Include own evaluation electronics, so that it outputs distance data directly. Alternatively, only raw or preprocessed received signals are sent to the evaluation unit 48 or also an evaluation electronics in the scanning unit 12 for a scanning module 22 or several scanning modules 22a-b passed on, or the evaluation tasks are distributed.

In den anschließend beschriebenen Mehrfachanordnungen von Abtastmodulen 22 sind die einzelnen Abtastmodule 22 vorzugsweise untereinander identisch. Ebenfalls bevorzugt sind in sich symmetrische Abtastmodule 22, weil dies Vorteile für das Optikdesign mit sich bringt. Erfindungsgemäß werden Abtastmodule 22 mit unterschiedlichen Kippwinkeln und/oder Drehwinkeln kombiniert, wodurch dann insgesamt durchaus auch unregelmäßige Abtastebenenkonfigurationen entstehen.In the subsequently described multiple arrangements of scanning modules 22 are the individual scanning modules 22 preferably identical to one another. Also preferred are symmetrical scanning modules 22 because it brings benefits for optics design. According to the invention, scanning modules 22 combined with different tilt angles and / or rotation angles, which then quite a total also create irregular Abtastebenenkonfigurationen.

Anhand der 3a-b werden zunächst die Begriffe Kippwinkel und Drehwinkel genauer eingeführt. 3a ist eine weitere Schnittdarstellung eines Abtastmoduls 22 mit Kippwinkel β. Der Kippwinkel β wird gegen eine Senkrechte zu der Drehachse 18 gemessen, ist also der Winkel, um den die Hauptblickrichtung oder Mittelachse des Abtastmoduls 22 aus einer zentralen Scanebene β=0 verkippt ist. Die einzelnen Abtaststrahlen des Abtastmoduls 22 weichen von dem Kippwinkel β noch entsprechend ihrem gegenseitigen Winkelabstand α ab. Die Hauptblickrichtung liegt vorzugsweise zumindest grob radial nach außen, also senkrecht zu der Drehachse 18 und jedenfalls deutlich von der Richtung der Drehachse abweichend. Ein beispielhafter Bereich für den Kippwinkel β ist [-60°, +60°], wobei auch stärkere Beschränkungen etwa auf [-50°, +50°], [-40°, +40°] oder [-30°, +30°] denkbar sind.Based on 3a-b First, the terms tilt angle and rotation angle are introduced in more detail. 3a is another sectional view of a scanning module 22 with tilt angle β. The tilt angle β becomes against a perpendicular to the rotation axis 18 measured, so is the angle to the main view or center axis of the scan module 22 is tilted from a central scan plane β = 0. The individual scanning beams of the scanning module 22 deviate from the tilt angle β still according to their mutual angular distance α. The main viewing direction is preferably at least roughly radially outwards, ie perpendicular to the axis of rotation 18 and definitely different from the direction of the axis of rotation. An exemplary range for the tilt angle β is [-60 °, + 60 °], with more severe limitations being imposed on, for example, [-50 °, + 50 °], [-40 °, + 40 °] or [-30 °, + 30 °] are conceivable.

3b zeigt eine Draufsicht auf den Ein- und Austrittsbereich eines Abtastmoduls 22. Die Perspektive dieser Draufsicht ist in 3a durch einen Pfeil 52 angedeutet. Das Abtastmodul 22 ist hier gegen die mit gepunkteten Linien gezeigte aufrechte Orientierung um einen Drehwinkel γ verdreht. Der Drehwinkel γ misst demnach eine Verdrehung des Abtastmoduls 22 um dessen eigene Hauptblickrichtung. Mit zunehmendem Drehwinkel rücken effektiv, nämlich in Höhenrichtung, die Abtaststrahlen dichter zusammen, bis bei auf der Seite liegendem Abtastmodul 22 mit γ=90° nur noch die Abtastebene in Hauptblickrichtung abgetastet wird, dafür mehrfach. 3b shows a plan view of the entrance and exit area of a scanning module 22 , The perspective of this plan view is in 3a through an arrow 52 indicated. The scanning module 22 is here twisted against the upright orientation shown by dotted lines by a rotation angle γ. The rotation angle γ therefore measures a rotation of the scanning module 22 around its own main view direction. As the angle of rotation increases, the scanning beams move closer together, namely in the height direction, until the scanning module is located on the side 22 with γ = 90 ° only the scanning plane is scanned in the main direction, but several times.

3c zeigt in perspektivischer Darstellung ein Beispiel mit vier Abtastmodulen 22a-d bei unterschiedlichen Kippwinkeln β und Drehwinkeln γ. Um die Begrifflichkeiten zu vervollständigen, misst der Scanwinkel die Drehung der Abtasteinheit 12 um die Drehachse 18, und der Elevationswinkel bezeichnet wie üblich die Höhenlage, präziser den Winkel gegen die Ebene senkrecht zur Drehachse 18. 3c shows in perspective an example with four scanning modules 22a-d at different tilt angles β and angles of rotation γ. To complete the terminology, the scan angle measures the rotation of the scanner 12 around the axis of rotation 18 , and the elevation angle as usual denotes the altitude, more precisely the angle against the plane perpendicular to the axis of rotation 18 ,

Erfindungsgemäß werden Abtastmodule 22a-b mit unterschiedlichen Kippwinkeln β und Drehwinkeln γ kombiniert, um verschiedenste Abtastebenenkonfigurationen zu erhalten, wobei zumindest ein Kippwinkel β und/oder ein Drehwinkel γ ungleich Null ist.According to the invention, scanning modules 22a-b combined with different tilt angles β and rotation angles γ to obtain a variety of scanning plane configurations, wherein at least one tilt angle β and / or a rotation angle γ is not equal to zero.

Dazu folgen nun zahlreiche, nicht abschließende Beispiele. Ein einzelnes Abtastmodul 22 erzeugt dabei weiterhin beispielhaft vier äquidistante Abtaststrahlen und damit Abtastebenen, wobei sowohl die Anzahl vier als auch das gleichmäßige Winkelraster innerhalb eines Abtastmoduls 22 anders gewählt sein kann. In den ersten Beispielen mit Bezugnahme auf die 4a bis 6 sind die Drehwinkel der beteiligten Abtastmodule 22 jeweils gleich, insbesondere Null, der Drehwinkel kann abweichend für einzelne Abtastmodule 22 oder alle Abtastmodule gemeinsam variiert werden.These are followed by numerous, non-exhaustive examples. A single scanning module 22 In this case, it continues to generate, by way of example, four equidistant scanning beams and thus scanning planes, wherein both the number four and the uniform angle grid within one scanning module 22 can be chosen differently. In the first examples with reference to the 4a to 6 are the rotation angles of the scanning modules involved 22 in each case the same, in particular zero, the angle of rotation may deviate for individual scanning modules 22 or all scan modules are varied together.

4a zeigt eine Beispielkonfiguration mit drei Abtastmodulen 22a-c mit Kippwinkel β derart, dass die Abtastmodule 22a-c einander direkt benachbart ergänzen und so gemeinsam einen großen Elevationswinkelbereich abdecken. Dabei entspricht naturgemäß die Abtastdichte derjenigen der einzelnen Abtastmodule 22a-c, da jedes exklusiv für einen bestimmten Elevationswinkelbereich zuständig ist. Bei untereinander identischen Abtastmodulen 22a-c oder zumindest jeweils gleichen Winkelabständen innerhalb der Abtastmodule 22a-c ergibt sich so eine regelmäßige Anordnung der Abtastebenen. Auf der rechten Seite in 4a sind die Abtastebenen durch kleine Kreise angedeutet, wobei hier und im Folgenden die Schraffur dieser Kreise und des zugehörigen Abtastmoduls 22a-c gleich gewählt ist, um die Zusammengehörigkeit erkennbar zu machen. 4a shows an example configuration with three scanning modules 22a-c with tilt angle β such that the scanning modules 22a-c complement each other directly adjacent and so together cover a large elevation angle range. Naturally, the sampling density corresponds to that of the individual scanning modules 22a-c because each is exclusively responsible for a specific elevation angle range. With mutually identical sampling modules 22a-c or at least equal angular intervals within each of the scanning modules 22a-c This results in a regular arrangement of the scanning planes. On the right in 4a the scanning planes are indicated by small circles, here and below, the hatching of these circles and the associated scanning module 22a-c is chosen equal to make the togetherness recognizable.

4b zeigt eine Beispielkonfiguration, in welcher drei Abtastmodule 22a-c weniger zueinander verkippt sind, so dass eine dichtere, überlappende Abtastebenenkonfiguration entsteht. Überlappend bedeutet, dass Abtastebenen eines Abtastmoduls 22a-c zwischen Abtastebenen eines anderen Abtastmoduls 22a-c liegen. Nochmals anders ausgedrückt verfeinern Abtastmodule 22a-c das Winkelraster eines anderen Abtastmoduls 22a-c. 4b shows an example configuration in which three scanning modules 22a-c are tilted less to each other, so that a denser, overlapping scanning plane configuration is formed. Overlapping means that scanning planes of a scanning module 22a-c between scan planes of another scan module 22a-c lie. Again, in other words, scan modules refine 22a-c the angle grid of another scanning module 22a-c ,

In 4a und 4b entsteht jeweils durch direkte Nachbarschaft beziehungsweise Überlappung ein zusammenhängender, von Abtastebenen durchsetzter Elevationswinkelbereich. Abweichend kann es aber auch eine Lücke geben, indem etwa in 4a für die äußeren Abtastmodule 22a und 22c ein größerer Kippwinkel β gewählt wird. Durch Lücken oder Überlappungen entstehen also Konfigurationen, die anders als in 4a keine direkte Nachbarschaft der Abtastebenen der Abtastmodule 22a-c ergeben.In 4a and 4b arises in each case by direct proximity or overlap a contiguous, interspersed by scanning elevation angle range. Deviating, however, there may also be a gap, for example, in 4a for the outer scanning modules 22a and 22c a larger tilt angle β is selected. Gaps or overlaps create configurations that are different than in 4a no direct proximity of the scanning planes of the scanning modules 22a-c result.

5a zeigt eine weitere Beispielkonfiguration für eine redundante Erfassung, die beispielsweise im Bereich der Sicherheitstechnik vorteilhaft sein kann. In dieser Konfiguration wird dafür gesorgt, dass mehrere Abtaststrahlen dieselbe Abtastebene erfassen. Im gezeigten Beispiel erfolgt dies durch gleiche Kippwinkel β für mehrere Abtastmodule 22a-c, wobei hier durch drei gleichartig verkippte Abtastmodule 22a-c die Scanfrequenz sogar nicht nur zwei-, sondern dreifach erhöht ist. In der gezeigten Form mit β=0 fällt diese Konfiguration nur in den Schutzbereich der Ansprüche, wenn für den nicht erkennbaren Drehwinkel γ≠0 gilt, ansonsten müsste erfindungsgemäß zumindest ein Abtastmodul mit β≠0 verkippt sein. Es ist auch möglich, den Abtastmodulen 22a-c einen gegenseitigen Versatz in Richtung des Scanwinkels zu geben, etwa um jeweils 120° gegeneinander verdreht, und so die Scanfrequenz zu vervielfachen. 5a shows a further example configuration for a redundant detection, which may be advantageous for example in the field of safety technology. In this configuration, multiple scan beams are captured at the same scanplane. In the example shown, this is done by the same tilt angle β for several scanning modules 22a-c , where here by three similar tilted scanning modules 22a-c the scan frequency is even not only two but three times higher. In the form shown with β = 0, this configuration only falls within the scope of the claims if γ ≠ 0 applies to the unrecognizable angle of rotation, otherwise according to the invention at least one scanning module would have to be tilted with β ≠ 0. It is also possible to use the scanning modules 22a-c to give a mutual offset in the direction of the scan angle, for example, rotated by 120 ° from each other, and so multiply the scan frequency.

5b zeigt eine weitere Beispielkonfiguration zur Illustration, dass statt vollständiger Redundanz auch möglich ist, einige Abtastebenen mehrfach zu erfassen, andere aber nicht. Im gezeigten Beispiel wird durch entsprechende Kippwinkel β nur die unterste beziehungsweise oberste Abtastebene doppelt erfasst, aber es ist klar, dass dies analog auch für mehrere Abtastebenen möglich wäre. 5b shows another example configuration illustrating that instead of full redundancy it is also possible to capture several scan planes multiple times but not others. In the example shown, by means of corresponding tilt angles β, only the lowest or highest scanning plane is detected twice, but it is clear that this would be possible analogously for several scanning planes.

6 zeigt eine Beispielkonfiguration mit unterschiedlicher Dichte der Abtastebenen. Im oberen Winkelbereich ist nur ein verkipptes Abtastmodul 22a zuständig, während im unteren Winkelbereich zwei auch leicht gegeneinander verkippte Abtastmodule 22b-c das Winkelraster effektiv halbieren. Entsprechend lassen sich verschiedenste Winkelbereiche mit dichterer und weniger dichter Abtastung kombinieren, wobei auch Lücken möglich sind, also Winkelbereiche, in denen über den diskreten Abstand zwischen zwei Abtaststrahlen eines Abtastmoduls 22a-c hinaus gar keine Abtastebenen liegen. Dies ist auch ein Beispiel dafür, dass mit mehreren symmetrisch aufgebauten Messmodulen Gesamt-Scanner konstruiert werden können, die eine asymmetrische Anordnung der Messstrahlen aufweisen. 6 shows an example configuration with different density of the scan planes. In the upper angle range is only a tilted scanning module 22a responsible, while in the lower angle range, two also slightly tilted against each other scanning modules 22b-c effectively halve the angle grid. Correspondingly, a wide variety of angular ranges can be combined with denser and less dense scanning, whereby gaps are also possible, ie angular ranges in which over the discrete distance between two scanning beams of a scanning module 22a-c There are no scanning planes at all. This is also an example of the fact that with several symmetrically constructed measuring modules total scanners can be constructed, which have an asymmetrical arrangement of the measuring beams.

In den bisher erläuterten Beispielkonfigurationen wurde nur der Kippwinkel β variiert. 7 illustriert in einer Draufsicht aus der Hauptblickrichtung wie in 3b den Effekt einer Variation des Drehwinkels γ, die für sich, aber ausdrücklich auch zusammen mit einer Verkippung gemäß den 4 bis 6 kombiniert vorgenommen werde kann. Bei endlichem Drehwinkel γ rücken die Abtastebenen gleichsam als Projektion auf die Höhenrichtung oder die Drehachse 18 näher zusammen. Denn durch die Bewegung um die Drehachse 18 bewirkt der laterale Abstand, in 7 in horizontaler Richtung, nur einen minimalen und zudem bei Bedarf kompensierbaren Zeitversatz der Messung. Der Drehwinkel γ ist damit ein Parameter, mit dem der effektive Winkelabstand α der Abtaststrahlen eines Abtastmoduls 22a-c verringert werden kann. Dabei sind beliebige Kombinationen von Kippwinkeln β und Drehwinkeln γ für einzelne Abtastmodule 22a-c oder Gruppen von Abtastmodulen 22a-c möglich.In the example configurations explained so far, only the tilt angle β has been varied. 7 illustrated in a plan view from the main viewing direction as in 3b the effect of a variation of the angle of rotation γ, which in itself, but expressly together with a tilt according to the 4 to 6 combined can be made. At finite angle of rotation γ, the scanning planes move as a projection onto the height direction or the axis of rotation 18 closer together. Because of the movement around the axis of rotation 18 causes the lateral distance, in 7 in the horizontal direction, only a minimal and also if necessary compensated time offset of the measurement. The angle of rotation γ is thus a parameter with which the effective angular distance α of the scanning beams of a scanning module 22a-c can be reduced. In this case, any combinations of tilt angles β and rotation angles γ for individual scanning modules 22a-c or groups of scanning modules 22a-c possible.

Die 8a-b illustrieren, wie durch unterschiedliche Drehwinkel γ zusätzliche Abtastebenenkonfigurationen entstehen. In den Beispielen wird ein aufrechtes, also mit γ=0 nicht verdrehtes Abtastmodul 22a mit zwei bei γ≠0 verdrehten Abtastmodulen 22b-c kombiniert. Die beiden verdrehten Abtastmodule 22b-c sind zudem mit unterschiedlichen Kippwinkeln β leicht zueinander verkippt, damit sich ihre Winkelraster gegenseitig verfeinern. Dabei ist der Drehwinkel γ in 8a größer als in 8b. Das Ergebnis ist jeweils ein Bereich mit dichter liegenden Abtastebenen und einigen wenigen, eher vereinzelten Abtastebenen mit etwas größerem Winkelabstand. In 8a ist der dichter erfasste Winkelbereich kleiner und dafür mit vielen Abtastebenen durchsetzt, in 8b größer bei entsprechend geringerer Dichte der Abtastebenen.The 8a-b illustrate how different scanning plane configurations are created by different angles of rotation γ. In the examples, an upright, ie with γ = 0 not twisted scanning module 22a with two scanning modules rotated at γ ≠ 0 22b-c combined. The two twisted scan modules 22b-c are also slightly tilted with different tilt angles β to each other, so that their pitches refine each other. The angle of rotation γ in 8a bigger than in 8b , The The result is an area with denser scanning planes and a few, rather scattered scanning planes with a slightly larger angular distance. In 8a is the denser recorded angle range smaller and interspersed with many scanning levels, in 8b larger with correspondingly lower density of the scanning planes.

Derartige Anordnungen sind beispielsweise vorteilhaft für autonome oder teilautonome Fahrzeuge, die mit den dichter liegenden Abtaststrahlen die vorausliegende Umgebung zur Navigation und Kollisionsvermeidung detailliert überwacht und mit den etwas weiter entfernten Strahlen Luft und Boden überwachen, etwa um sich der Ausrichtung in Elevation zu versichern und Löcher oder Treppenabgänge zu erfassen.Such arrangements are advantageous, for example, for autonomous or semi-autonomous vehicles, which use the more dense scanning beams to monitor in detail the environment ahead for navigation and collision avoidance and monitor the air and ground with the farther distant beams, such as to assure alignment in elevation, and holes or Capture staircases.

Bisher wurde davon ausgegangen, dass die Abtaststrahlen innerhalb der Abtastmodule 22 in einer Ebene liegen, d.h. die Abtaststrahlen im Querschnitt eine Linienanordnung bilden. Die 9a-f illustrieren vorteilhafte Anordnungen mit einem zweidimensionalen Querschnittsmuster der Abtaststrahlen. Dabei wird ausgenutzt, dass effektiv wegen der Bewegung um die Drehachse 18 eine Projektion auf die Höhenrichtung stattfindet, so dass sich auch zweidimensionale Muster wie Linienanordnungen verhalten. Sie bieten aber konstruktiv und optisch zusätzliche Möglichkeiten und Symmetrien.So far, it has been assumed that the scanning beams within the Abtastmodule 22 lie in one plane, ie the scanning beams form a line arrangement in cross section. The 9a-f illustrate advantageous arrangements with a two-dimensional cross-sectional pattern of the scanning beams. It exploits that effectively because of the movement around the axis of rotation 18 a projection on the height direction takes place so that two-dimensional patterns behave like line arrangements. But they offer constructive and visual additional possibilities and symmetries.

In den 9a-c bilden die Abtaststrahlen ein 2x2-Quadrat. Damit können je nach Drehwinkel γ äquidistante Abtastebenen wie in 9a, teilweise redundante Abtastebenen wie in 9b oder Bereiche unterschiedlicher Dichte wie in 9c erzeugt werden.In the 9a-c the scanning beams form a 2x2 square. Thus, depending on the angle of rotation γ equidistant scanning planes as in 9a , partially redundant scan planes like in 9b or areas of different density as in 9c be generated.

In den 9d-f bilden die Abtastebenen ein 3x3-Quadrat. Damit ergibt sich über den Drehwinkel γ die Möglichkeit, drei jeweils dreifach abgetastete Abtastebenen zu bilden wie in 9d, eine Linienanordnung mit neun Abtaststrahlen zu emulieren und damit einen Winkelbereich äquidistant mit Abtastebenen abzudecken wie in 9e, unterschiedliche Redundanzen mit einer äquidistanten Abtastung zu kombinieren wie in 9f oder bei nochmals anderem Drehwinkel γ unregelmäßige Konfigurationen zu erzeugen. Die beiden Quadratanordnungen sind nur ein Beispiel eines zweidimensionalen Musters, hier bietet der zusätzliche Freiheitsgrad viele weitere Möglichkeiten.In the 9d-f The scanning planes form a 3x3 square. This results in the possibility via the rotation angle γ to form three scanning planes each scanned in three different ways, as in FIG 9d to emulate a line arrangement with nine scanning beams and thus to cover an angular range equidistant from scanning planes as in FIG 9e to combine different redundancies with an equidistant sampling as in 9f or to produce irregular configurations at yet another angle of rotation γ. The two square arrangements are only an example of a two-dimensional pattern, here the additional degree of freedom offers many more possibilities.

Es ist für die Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Abtastmodule 22 untereinander baugleich sind und so gleichartige Grundbausteine für einen Sensor 10 bilden. Es kann aber andererseits auch vorteilhaft sein, Abtastmodule 22 zumindest teilweise gemeinsam aufzubauen, insbesondere mit einer gemeinsamen Leiterplatte 54 für Lichtsendereinheit 24 und/oder Lichtempfänger 36. Dazu können Vor- und Rückseite der gemeinsamen Leiterplatte 54 bei im Scanwinkel um 180° versetzter Hauptblickrichtung wie in 10a verwendet werden. Auch bei benachbart, insbesondere übereinander angeordneten Abtastmodulen 22a-b wie in 10b ist eine gemeinsame Leiterplatte 54 möglich, die hier von derselben Seite bestückt ist. Ein Versatz in Scanwinkel und Höhenrichtung ist auch mit gemeinsamer Leiterplatte 54 kombinierbar, wie 10c zeigt. Mit Hilfe einer Flexprint-Leiterplatte oder dergleichen sind sogar ein Versatz im Scanwinkel ungleich 180° beziehungsweise unterschiedliche Kippwinkel β auf einer gemeinsamen Leiterplatte 54 denkbar.It is particularly advantageous for the invention if the scanning modules 22 are identical to each other and so similar basic building blocks for a sensor 10 form. On the other hand, it may also be advantageous to scan modules 22 at least partially build together, especially with a common circuit board 54 for light transmitter unit 24 and / or light receiver 36 , This can front and back of the common circuit board 54 with the main viewing direction offset by 180 ° in the scanning angle, as in FIG 10a be used. Also in adjacent, in particular stacked scanning modules 22a-b as in 10b is a common circuit board 54 possible, which is equipped here from the same side. An offset in scan angle and height direction is also common with PCB 54 combinable, like 10c shows. With the help of a flexprint printed circuit board or the like even an offset in the scanning angle are not equal to 180 ° or different tilt angles β on a common printed circuit board 54 conceivable.

11a zeigt noch einmal die Abtasteinheit 12 in einer Draufsicht hier mit vier um jeweils 90° im Scanwinkel gegeneinander versetzten Abtastmodulen 22a-d, die mit ihrer Hauptblickrichtung radial nach außen gerichtet sind. Es wäre auch denkbar, den Strahlengang einiger oder aller Abtastmodule 22a-d durch Umlenkelemente zu falten, es kommt für die Abtastebenenkonfiguration nicht auf die Montage der Abtastmodule 22a-d selbst, sondern den optischen Effekt an. 11a shows again the scanning unit 12 in a plan view here with four by 90 ° in scan angle offset from each other scanning modules 22a-d which are directed radially outward with their main viewing direction. It would also be conceivable to use the beam path of some or all of the scanning modules 22a-d to fold by deflecting elements, it comes for the scanning plane configuration is not on the mounting of the scanning modules 22a-d itself, but the optical effect.

11b zeigt eine alternative Anordnung mit Montageplätzen 56 für sechs Abtastmodule 22a-f. In diesem Fall sind nicht alle Montageplätze 56 besetzt, sondern nur fünf der sechs möglichen Abtastmodule 22a-f verbaut. Auf diese Weise kann es eine gemeinsame Plattform für eine Vielzahl von Sensoren 10 geben, in der die weitere Abtastebenenkonfiguration sehr einfach durch Weglassen von Abtastmodulen 22a-f gebildet werden. 11b shows an alternative arrangement with mounting positions 56 for six scanning modules 22a-f , In this case, not all assembly sites are 56 but only five of the six possible scan modules 22a-f installed. In this way, it can be a common platform for a variety of sensors 10 in which the further scan plane configuration is very simple by omitting scan modules 22a-f be formed.

12 illustriert eine weitere Familie von Ausführungsformen. Im Unterschied zu 1 ist hier keine bewegliche Abtasteinheit 12 vorgesehen, in der sich die Abtastmodule 22 mitbewegen. Vielmehr sind die Abtastmodule 22a-b selbst stehend angeordnet, wobei dies in diesem Zusammenhang nichts mit dem Drehwinkel zu tun hat, sondern eine statische oder unbewegliche Anordnung bedeutet. Die periodische Abtastung wird durch einen Spiegel 58 erzeugt, der sich um die Drehachse 18 bewegt und vorzugsweise als Drehspiegel ausgebildet ist. Auch hier kann durch Verkippen und Verdrehen von Abtastmodulen eine Vielzahl von dreidimensionalen Abtastmustern erzeugt werden. 12 zeigt nur ein Beispiel, die zahlreichen zuvor für in der Abtasteinheit 12 mitbewegte Abtastmodule 22 erläuterten Varianten sind auch mit einem Spiegel 58 möglich. Die Definition der Hauptblickrichtung kann wahlweise direkt auf das Abtastmodul 22 oder den nach dem Spiegel 58 erzeugten, durch den Spiegel 58 gefalteten Strahlengang bezogen werden. Alternativ zu einem einfachen Spiegel 58 wie in 12 kann auch ein Polygonspiegelrad eingesetzt werden, mit dem bei einer Rotation nicht 360° abgetastet werden, sondern durch mehrere Spiegelfacetten ein Scanwinkelabschnitt mehrfach. Außerdem ist grundsätzlich denkbar, eine entsprechende statische Konfiguration von Abtastmodulen 22a-b ohne Drehspiegel als nicht-scannendes mehrstrahliges Messgerät zu verwenden. 12 illustrates another family of embodiments. In contrast to 1 here is no moving scanner 12 provided in which the Abtastmodule 22 move with it. Rather, the scanning modules 22a-b arranged even standing, in which context this has nothing to do with the angle of rotation, but means a static or immovable arrangement. The periodic scan is by a mirror 58 generated around the axis of rotation 18 moved and preferably designed as a rotating mirror. Again, by tilting and twisting scan modules, a variety of three-dimensional scan patterns can be generated. 12 shows just one example, the numerous previously for in the scanning unit 12 moving scanning modules 22 Illustrated variants are also with a mirror 58 possible. The definition of the main view direction can optionally directly on the scanning module 22 or the one after the mirror 58 generated by the mirror 58 folded beam path are related. Alternatively to a simple mirror 58 as in 12 It is also possible to use a polygon mirror wheel, with which 360 ° are not scanned during a rotation, but rather through multiple mirror facets one scan angle section multiple times. In addition, it is conceivable in principle, a corresponding static configuration of Abtastmodulen 22a-b without rotating mirror as a non-scanning multi-beam measuring device to use.

Wie an zahlreichen Beispielen erläutert, erlauben die Abtastmodule 22, die insbesondere untereinander identisch sind, eine Vielzahl von Abtastebenenkonfigurationen. Der jeweilige konkrete Sensor 10 für eine bestimmte Anwendung kann mit wenig Aufwand hergestellt werden: Sollen alle Abtastebenen dicht beieinander angeordnet sein oder lieber einen großen Abstand zueinander haben, um einen großen Überwachungsbereich 20 zu ermöglichen? Sollen einige der Abtastebenen mehrfach abgetastet werden, um kürzere Ansprechzeigen oder eine Redundanz für Anwendungen der Sicherheitstechnik zu gewinnen? Sollen die Abtastebenen in einem gleichmäßigen Winkelraster angeordnet sein oder besser mehr Abtastebenen spezielle Winkelbereiche abdecken, auch wenn das zu einem ungleichmäßigen Abstand der Ebenen führen kann? All dies ist erfindungsgemäß durch Wahl der Kippwinkel β und Drehwinkel γ möglich.As explained in numerous examples, the scanning modules allow 22 which are particularly identical to each other, a variety of scanning plane configurations. The respective concrete sensor 10 for a particular application can be made with little effort: Should all scan planes be arranged close to each other or rather have a large distance from each other, to a large surveillance area 20 to enable? Should some of the scan planes be scanned multiple times to get shorter response or redundancy for security applications? Should the scanning planes be arranged in a uniform angular grid or, better, more scanning planes cover special angular ranges, even if this can lead to an uneven spacing of the planes? All this is possible according to the invention by selecting the tilt angle β and the angle of rotation γ.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19757849 B4 [0004]DE 19757849 B4 [0004]
  • US 8767190 B2 [0007, 0008]US 8767190 B2 [0007, 0008]
  • EP 2863176 A2 [0008]EP 2863176 A2 [0008]
  • DE 102004014041 A1 [0009]DE 102004014041 A1 [0009]

Claims (14)

Optoelektronischer Sensor (10), insbesondere Laserscanner, zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich (20), der eine um eine Drehachse (18) bewegliche Abtasteinheit (12, 58), mehrere Abtastmodule (22) zur periodischen Abtastung des Überwachungsbereichs (20) und zum Erzeugen von entsprechenden Empfangssignalen sowie eine Auswertungseinheit (48) zur Gewinnung von Informationen über die Objekte aus den Empfangssignalen aufweist, wobei die Abtastmodule (22) mindestens einen Lichtsender (24) zum Aussenden mehrerer voneinander separierter Lichtstrahlen (28) und mindestens einen Lichtempfänger (36) zum Erzeugen der Empfangssignale aus den von Objekten remittierten Lichtstrahlen (32) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abtastmodul (22) bezüglich seiner Hauptblickrichtung um einen Kippwinkel (β) verkippt und/oder um einem Drehwinkel (γ) verdreht angeordnet ist, wobei der Kippwinkel (β) gegen eine zentrale Abtastebene senkrecht zu der Drehachse (18) und der Drehwinkel (γ) um eine Achse entsprechend der Hauptblickrichtung gemessen ist.An optoelectronic sensor (10), in particular laser scanner, for detecting objects in a surveillance area (20) comprising a scanning unit (12, 58) movable about a rotation axis (18), a plurality of scanning modules (22) for periodically scanning the surveillance area (20) and for generating corresponding received signals and an evaluation unit (48) for obtaining information about the objects from the received signals, wherein the scanning modules (22) at least one light transmitter (24) for emitting a plurality of separated light beams (28) and at least one light receiver (36 ) for generating the received signals from the light beams (32) remitted by objects, characterized in that at least one scanning module (22) is tilted with respect to its main viewing direction by a tilt angle (β) and / or rotated by a rotation angle (γ) the tilt angle (β) against a central scanning plane perpendicular to the axis of rotation (18) and de r rotation angle (γ) is measured about an axis corresponding to the main direction of view. Sensor (10) nach Anspruch 1, wobei die Abtastmodule in der Abtasteinheit (12) untergebracht sind.Sensor (10) after Claim 1 , wherein the scanning modules are accommodated in the scanning unit (12). Sensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kippwinkel (β) und/oder der Drehwinkel (γ) statisch ist und/oder wobei der Kippwinkel (β) in einer Umgebung von Null liegt, insbesondere im Bereich von ±60°.Sensor (10) after Claim 1 or 2 , wherein the tilt angle (β) and / or the rotation angle (γ) is static and / or wherein the tilt angle (β) is in an environment of zero, in particular in the range of ± 60 °. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der zwei bis zehn Abtastmodule (22) aufweist und/oder wobei ein Abtastmodul (22) zwei bis zehn Lichtstrahlen (28, 32) erzeugtA sensor (10) according to any one of the preceding claims, comprising two to ten scanning modules (22) and / or wherein a scanning module (22) generates from two to ten light beams (28, 32) Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Lichtstrahlen (28, 32) eines Abtastmoduls (22) einen gegenseitigen Winkelversatz (α) aufweisen.Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein light beams (28, 32) of a scanning module (22) have a mutual angular offset (α). Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtastmodule (22) derart verkippt (β) und/oder verdreht (γ) sind, dass Abtastebenen mit gleichmäßigem Winkelabstand entstehen.Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the scanning modules (22) are tilted (β) and / or twisted (γ) in such a way that scanning planes with uniform angular spacing are formed. Sensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abtastmodule (22) derart verkippt (β) und/oder verdreht (γ) sind, dass in zumindest einem Winkelbereich Abtastebenen mit dichterem Winkelabstand entstehen.Sensor (10) according to one of Claims 1 to 5 in that the scanning modules (22) are tilted (β) and / or twisted (γ) in such a way that scanning planes with a closer angular spacing arise in at least one angular range. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtastmodule (22) derart verkippt (β) und/oder verdreht (γ) sind, dass zumindest einige mehrfach abgetastete Abtastebenen entstehen.Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the scanning modules (22) are tilted (β) and / or twisted (γ) in such a way that at least some scanned-multiple scanning planes arise. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtastmodule (22) derart verkippt (β) und/oder verdreht (γ) sind, dass zumindest ein Winkelbereich ohne Abtastebenen entsteht und/oder dass Abtastebenen eines Abtastmoduls (22) zwischen Abtastebenen eines anderen Abtastmoduls (22) liegen.Sensor according to one of the preceding claims, wherein the scanning modules (22) are tilted (β) and / or rotated (γ) in such a way that at least one angular range arises without scanning planes and / or that scanning planes of a scanning module (22) are interposed between scanning planes of another scanning module (22). 22) lie. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtasteinheit (12) eine Vielzahl von Montageplätzen (56) für Abtastmodule (22) aufweist, die insbesondere nicht alle mit einem Abtastmodul (22) besetzt sind.Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the scanning unit (12) has a plurality of mounting locations (56) for scanning modules (22), which in particular are not all occupied by a scanning module (22). Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtastmodule (22) untereinander identisch aufgebaut sind und/oder wobei zumindest einige Abtastmodule (22) übereinander und/oder in Drehrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the scanning modules (22) are constructed identically to one another and / or wherein at least some scanning modules (22) are arranged one above the other and / or offset from one another in the direction of rotation. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Abtastmodul (22) mehrere Lichtstrahlen (28, 32) im Querschnitts in einem zweidimensionalen Muster angeordnet sind.Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein in a scanning module (22) a plurality of light beams (28, 32) are arranged in cross-section in a two-dimensional pattern. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Abtastmodule (22) eine gemeinsame Leiterplatte (54) aufweisen.Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein at least two scanning modules (22) have a common printed circuit board (54). Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinheit (48) dafür ausgebildet ist, aus einer Lichtlaufzeit zwischen Aussenden der Lichtstrahlen (28) und Empfangen der remittierten Lichtstrahlen (329 einen Abstand des Objekts zu bestimmen.Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (48) is adapted to determine from a light transit time between emitting the light beams (28) and receiving the remitted light beams (329 a distance of the object.
DE202018100458.1U 2018-01-26 2018-01-26 Opto-electronic sensor for detecting objects Active DE202018100458U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202018100458.1U DE202018100458U1 (en) 2018-01-26 2018-01-26 Opto-electronic sensor for detecting objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202018100458.1U DE202018100458U1 (en) 2018-01-26 2018-01-26 Opto-electronic sensor for detecting objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202018100458U1 true DE202018100458U1 (en) 2019-04-29

Family

ID=66548520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202018100458.1U Active DE202018100458U1 (en) 2018-01-26 2018-01-26 Opto-electronic sensor for detecting objects

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202018100458U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19757849B4 (en) 1997-12-24 2004-12-23 Sick Ag Scanner and device for the optical detection of obstacles and their use
DE102004014041A1 (en) 2004-03-19 2005-10-13 Martin Spies Air and ground vehicle obstruction detection system has multiple channel range measurement system in rotating head with colour and contrast measurement
US8767190B2 (en) 2006-07-13 2014-07-01 Velodyne Acoustics, Inc. High definition LiDAR system
EP2863176A2 (en) 2013-10-21 2015-04-22 Sick Ag Sensor with scanning unit that can be moved around a rotating axis

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19757849B4 (en) 1997-12-24 2004-12-23 Sick Ag Scanner and device for the optical detection of obstacles and their use
DE102004014041A1 (en) 2004-03-19 2005-10-13 Martin Spies Air and ground vehicle obstruction detection system has multiple channel range measurement system in rotating head with colour and contrast measurement
US8767190B2 (en) 2006-07-13 2014-07-01 Velodyne Acoustics, Inc. High definition LiDAR system
EP2863176A2 (en) 2013-10-21 2015-04-22 Sick Ag Sensor with scanning unit that can be moved around a rotating axis

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3518000B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting objects
EP3182160B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting an object
EP3521858B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting objects in a surveillance area
EP3388865B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting an object
EP3182153B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting an object
WO2017081294A1 (en) Method and device for optically measuring distances
EP3517999B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting objects
EP0578129A2 (en) Imaging sensor unit
EP3712647B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting objects
EP3640667A1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting objects
EP3724681A1 (en) Lidar measuring system
EP3832344A1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting an object
EP3798671B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting objects
DE202018100458U1 (en) Opto-electronic sensor for detecting objects
DE202018103258U1 (en) Optical sensor for detecting objects
EP3736603B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting a monitored area
DE102017101791A1 (en) Optoelectronic sensor device for a motor vehicle and motor vehicle
EP4162289A1 (en) Lidar system with coarse angle control
DE102018113849B4 (en) Photoelectric sensor and method for detecting objects
DE102020102247A1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting objects
DE102020110052A1 (en) DEVICE FOR CAPTURING IMAGE DATA
DE102019107998A1 (en) Laser emitting device and LiDAR-based environment sensor with a laser emitting device
DE202019106769U1 (en) Photoelectric sensor for detecting an object
DE102019212600A1 (en) LiDAR system and motor vehicle
DE102017119038A1 (en) LIDAR scanner with MEMS mirror and at least two scan angle ranges

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification
R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years