DE10014125A1 - Optical system performs at least one reference measurement as transition time measurement for optical signal in two reference light conductors to determine distance measurement correction - Google Patents
Optical system performs at least one reference measurement as transition time measurement for optical signal in two reference light conductors to determine distance measurement correctionInfo
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Abstract
Description
Optische Systeme werden zur Bestimmung der Entfernung zu bewegten oder ruhenden Objekten (Zielobjekten) für unterschiedliche Beobachtungs bereiche (Entfernungsbereiche) eingesetzt. Anwendungen finden diese op tischen Systeme insbesondere in Beobachtungsbereichen mit geringer Ent fernung zwischen dem Bezugsobjekt und den Zielobjekten ("Nahbereich", bsp. je nach Anwendung bis 20 m oder 250 m Entfernung), bsp. im KFZ- Bereich zur Erfassung des ein Kraftfahrzeug umgebenden Verkehrsraums, d. h. zur Bestimmung der Entfernung (des Abstands) eines Kraftfahrzeugs als Bezugsobjekt zu vorausfahrenden, nachfolgenden oder entgegenkommen den Fahrzeugen oder sonstigen Reflexionsobjekten. Das von der Sendeein heit einer Meßeinheit in den Meßphasen eines Meßvorgangs emittierte opti sche Sendesignal (dieses wird insbesondere im IR-Spektralbereich oder im sichtbaren Spektralbereich emittiert) wird nach dem Durchlaufen einer Übertragungsstrecke und der Reflexion an den im Beobachtungsbereich befindlichen Zielobjekten von der Empfangseinheit der Meßeinheit detek tiert und dieses als Empfangssignal (Reflexionssignal) von einer Steuerein heit (Auswerteeinheit) nach der Signalverarbeitung (Weiterverarbeitung) hinsichtlich der Laufzeit ausgewertet; hieraus kann dann insbesondere die gewünschte Entfernungsinformation gewonnen werden. Bei gepulsten op tischen Systemen wird das optische Sendesignal zyklisch unterbrochen, d. h. es werden optische Sendepulse mit bestimmter Pulsdauer emittiert; in den Pulspausen zwischen zwei optischen Sendepulsen werden die Reflexions signale der vorausgehenden optischen Sendepulse als Empfangssignale de tektiert (abwechselnder Sendebetrieb und Empfangsbetrieb; bei kontinu ierlichen optischen Systemen wird das optische Sendesignal kontinuierlich emittiert ("continuous wave" cw), wobei die Sendefrequenz des optischen Sendesignals variiert wird, d. h. durch Frequenzmodulation (FM) einen be stimmten Modulationsverlauf aufweist; gleichzeitig wird das Empfangssignal detektiert.Optical systems are used to determine the distance to be moved or resting objects (target objects) for different observation areas (distance areas). These op systems especially in observation areas with low ent distance between the reference object and the target objects ("close range", E.g. depending on the application up to 20 m or 250 m distance), e.g. in the car Area for detecting the traffic space surrounding a motor vehicle, d. H. to determine the distance of a motor vehicle as Reference object to preceding, following or accommodating the vehicles or other reflection objects. That from broadcasting unit of a measuring unit emitted in the measuring phases of a measuring process cal transmission signal (this is particularly in the IR spectral range or visible spectral range) is emitted after going through a Transmission path and the reflection on the in the observation area located target objects from the receiving unit of the measuring unit detek tiert and this as a received signal (reflection signal) from a Steuerein unit (evaluation unit) after signal processing (further processing) evaluated in terms of runtime; from this in particular the desired distance information can be obtained. With pulsed op table systems, the optical transmission signal is interrupted cyclically, d. H. optical transmission pulses with a certain pulse duration are emitted; in the Pulse pauses between two optical transmission pulses become the reflections signals of the preceding optical transmit pulses as receive signals de tektiert (alternating transmission and reception mode; with continuous or optical systems, the optical transmission signal becomes continuous emits ("continuous wave" cw), the transmission frequency of the optical Broadcast signal is varied, d. H. through frequency modulation (FM) a be agreed modulation course; at the same time the received signal detected.
Zur Auswertung der Laufzeit des optischen Signals muß der Meßeinheit bzw. der Steuereinheit eine geeignete Zeitreferenz zur Verfügung stehen. Diese einen konstanten Zeittakt generierende Zeitreferenz wird in der Regel durch einen Oszillator, bsp. einen Quarzoszillator realisiert. Optische Systeme mit hohen Anforderungen an die Meßgenauigkeit (die oftmals insbesondere auch über einen großen Temperaturbereich hinweg gewährleistet werden muß), benötigen daher eine sehr exakte, insbesondere temperaturstabile, Zeitreferenz (bsp. einen sehr temperaturstabilen Quarzoszillator), die jedoch aufwendig und damit kostspielig hergestellt werden müssen.To evaluate the transit time of the optical signal, the measuring unit or a suitable time reference is available to the control unit. This A constant time reference is usually generated by an oscillator, e.g. realized a crystal oscillator. Optical systems with high demands on the accuracy of measurement (which often in particular can also be guaranteed over a wide temperature range must) therefore require a very exact, in particular temperature-stable, Time reference (e.g. a very temperature-stable crystal oscillator), however complex and therefore expensive to produce.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System anzugeben, mit dem eine Bestimmung der Entfernung zwischen einem Bezugsobjekt und Zielobjekten mit hoher Genauigkeit auf einfache Weise und mit gerin gen Kosten ermöglicht wird.The invention has for its object to provide an optical system with which a determination of the distance between a reference object and targets with high accuracy in a simple manner and with little effort against costs.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features in the license plate of claim 1 solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen des optischen Systems sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.Advantageous further developments of the optical system are part of the further claims.
Beim vorgeschlagenen optischen System werden zwei mit der Meßeinheit verbundene Referenzlichtleiter zur Verbesserung der Genauigkeit der der Laufzeit des optischen Signals und damit der Entfernungsbestimmung zu grundeliegenden Zeitreferenz herangezogen, wobei zu vorgegebenen Zeit punkten parallel (gleichzeitig) oder sequentiell (sukzessive) zur eigentlichen Entfernungsmessung als Referenzmessung die Laufzeit des optischen Signals in den beiden Referenzlichtleitern gemessen wird. Der erste Referenzlicht leiter weist vorzugsweise eine geringe Länge auf, insbesondere entspricht seine Länge der Entfernung zwischen der Meßeinheit und der Berandung des Bezugsobjekts; so daß durch Referenzmessungen im ersten Referenz lichtleiter die (immer vorhandenen) einer bestimmten Laufzeit des opti schen Signals und damit einer bestimmten Entfernung entsprechenden temperaturabhängigen systembedingten Verzögerungszeiten eliminiert werden können. Der zweite Referenzlichtleiter weist vorzugsweise eine große Länge auf, insbesondere eine Länge, die mindestens der Hälfte der maximal zu messenden Entfernung zwischen dem Bezugsobjekt und den Reflexionsobjekten entspricht. Der Längenunterschied der beiden Referenz lichtleiter sollte möglichst groß sein, damit auch der Unterschied der Lauf zeit bei den in den beiden Referenzlichtleitern vorgenommenen Referenz messungen möglichst groß ist. Anhand der Auswertung der Referenzmessungen in den beiden Referenzlichtleitern kann, insbesondere durch Inter polation zwischen den Ergebnissen der beiden Referenzmessungen (vor zugsweise durch lineare Interpolation zwischen den Ergebnissen der beiden Referenzmessungen) ein Korrekturwert für die Entfernungsmessung bzw. die Entfernungsbestimmung ermittelt werden, durch den die Relation zwi schen der gemessenen Laufzeit des optischen Signals und der Entfernung über alle meßbaren Entfernungen korrigiert werden kann; Temperaturef fekte spielen hierbei keine Rolle, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der optischen Signale in den beiden Referenzlichtleitern eine vernachlässigbare Temperaturabhängigkeit aufweist. Die Auswertung der Referenzmessungen und damit die Interpolation zwischen den Referenzmessungen und demzu folge der ermittelte Korrekturwert ist umso genauer, je größer der Längen unterschied der beiden Referenzlichtleiter und damit der Laufzeitunter schied der optischen Signale in den beiden Referenzlichtleitern ist.In the proposed optical system, two with the measuring unit connected reference light guide to improve the accuracy of the Runtime of the optical signal and thus the distance determination basic time reference used, at the specified time score in parallel (simultaneously) or sequentially (successively) to the actual one Distance measurement as a reference measurement the transit time of the optical signal is measured in the two reference light guides. The first reference light conductor preferably has a short length, in particular corresponds its length of the distance between the measuring unit and the boundary of the reference object; so that by reference measurements in the first reference light guide the (always available) a certain runtime of the opti signal and thus corresponding to a certain distance temperature-dependent system-related delay times eliminated can be. The second reference light guide preferably has one great length, especially a length at least half the length maximum distance to be measured between the reference object and the Corresponds to reflection objects. The difference in length of the two reference light guide should be as large as possible, so that the difference of the run time for the reference made in the two reference light guides measurements is as large as possible. Based on the evaluation of the reference measurements in the two reference light guides, in particular by Inter polation between the results of the two reference measurements (before preferably by linear interpolation between the results of the two Reference measurements) a correction value for the distance measurement or the determination of the distance can be determined by which the relation between the measured transit time of the optical signal and the distance can be corrected over all measurable distances; Temperaturef Effects do not play a role here, since the speed of propagation of the optical signals in the two reference light guides are negligible Has temperature dependence. The evaluation of the reference measurements and thus the interpolation between the reference measurements and so on follow the determined correction value, the more accurate the longer the lengths difference between the two reference light guides and thus the runtime difference of the optical signals in the two reference light guides.
Die Sendeeinheit der Meßeinheit kann ein Sendeelement oder mehrere Sendeelemente aufweisen, die bsp. als Sendedioden im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich oder als Halbleiterlaser ausgebildet sein können. Zur Emission des Sendesignals und der beiden Referenzsignale kann entwe der das gleiche Sendeelement der Sendeeinheit verwendet werden (insbe sondere wenn seitens des Sendeelements bzw. der Sendeelemente genü gend Streulicht für ein ausreichendes Referenzsignal vorhanden ist) oder es werden zur Emission des Sendesignals und der beiden Referenzsignale un terschiedliche Sendeelemente der Sendeeinheit verwendet.The transmitter unit of the measuring unit can have one or more transmitter elements Have transmission elements, for example. as emitting diodes in the visible or infrared spectral range or can be designed as a semiconductor laser. Either can be used to emit the transmission signal and the two reference signals who use the same transmitter element of the transmitter unit (esp in particular if sufficient on the part of the transmission element or the transmission elements scattered light for a sufficient reference signal) or it become un for the emission of the transmission signal and the two reference signals Different transmission elements of the transmission unit are used.
Die Empfangseinheit der Meßeinheit kann ein Empfangselement oder meh rere Empfangselemente aufweisen, die bsp. als Empfangsdioden im sichtba ren oder infraroten Spektralbereich oder als Fotoempfänger oder Fototran sistoren ausgebildet sein können. Zur Detektion des optischen Empfangs signals und der beiden Referenzsignale kann entweder das gleiche Emp fangselement der Empfangseinheit verwendet werden, so daß auch die De tektion des optischen Empfangssignals und der beiden Referenzsignale nacheinander (sukzessive) erfolgen muß, d. h. die Entfernungsmessung und die Referenzmessungen müssen nacheinander durchgeführt werden, oder es werden zur Detektion des optischen Empfangssignals und der beiden Referenzsignale unterschiedliche Empfangselemente der Empfangseinheit verwendet, so daß auch die Detektion des optischen Empfangssignals und der beiden Referenzsignale gleichzeitig (parallel) erfolgen kann. Da die bei den Referenzsignale in einem definierten zeitlichen Abstand stehen, erfolgt die Detektion der beiden Referenzsignale vorzugsweise mit einem (dem gleichen) Empfangselement der Empfangseinheit.The receiving unit of the measuring unit can be a receiving element or meh have more receiving elements, e.g. as receiving diodes in the visible or infrared spectral range or as a photoreceptor or phototrans sistors can be formed. For the detection of optical reception signals and the two reference signals can either be the same Emp catch element of the receiving unit can be used, so that the De tection of the optical received signal and the two reference signals one after the other (successively), d. H. the distance measurement and the reference measurements must be carried out one after the other, or it will be used to detect the optical received signal and the two Reference signals different receiving elements of the receiving unit used, so that the detection of the optical received signal and of the two reference signals can take place simultaneously (in parallel). Since the at the reference signals are at a defined time interval the detection of the two reference signals preferably with one (the same) receiving element of the receiving unit.
Anzahl und Wiederholfrequenz der Referenzmessungen können beliebig vorgegeben werden, wobei deren zeitliche Abfolge bezüglich der Entfer nungsmessungen beliebig gewählt werden kann; bsp. kann bei jeder Ent fernungsmessung eine Referenzmessung vorgenommen werden (d. h. in jeder Meßphase eines Meßvorgangs) oder es wird nach einer bestimmten Anzahl an Entfernungsmessungen eine Referenzmessung vorgenommen (bsp. in jedem Meßvorgang mit mehreren Meßphasen eine Referenzmes sung)The number and repetition frequency of the reference measurements can be any can be specified, the chronological order of which relates to the distance voltage measurements can be chosen arbitrarily; E.g. can with each Ent a reference measurement can be made (i.e. in every measuring phase of a measuring process) or it is based on a specific one Number of distance measurements a reference measurement was made (e.g. a reference measurement in each measurement process with several measurement phases solution)
Die zeitliche Ablaufsteuerung, insbesondere die zeitliche Abfolge der Meß vorgänge bzw. Meßphasen sowie die zeitliche Abfolge der Referenzmessun gen und Entfernungsmessungen, und die Auswertung der Meßergebnisse sowie die Entfernungsbestimmung erfolgt durch eine mit der Meßeinheit verbundene Steuereinheit.The temporal sequence control, in particular the chronological sequence of the measurement processes or measuring phases as well as the chronological sequence of the reference measurements conditions and distance measurements, and the evaluation of the measurement results and the distance is determined by means of a measuring unit connected control unit.
Vorzugsweise wird zur Entfernungsbestimmung zwischen dem Bezugsob jekt und den Zielobjekten ein Pulsverfahren eingesetzt, d. h. die Ermittlung der Laufzeit von optischen Pulsen als optischem Signal dient als Grundlage zur Entfernungsmessung zwischen dem Bezugsobjekt und den Zielobjekten.Preferably, for determining the distance between the reference object pulse and the target objects are used, d. H. the investigation The transit time of optical pulses as an optical signal serves as the basis for measuring the distance between the reference object and the target objects.
Da als Referenzlichtleiter handelsübliche Lichtleiter verwendet werden kön nen und diese Lichtleiter billig, einfach zu handhaben und temperaturstabil sind, kann beim vorgestellten optischen System mittels der Referenzmes sungen in den beiden Referenzlichtleitern vorteilhafterweise auf einfache Weise und mit geringen Kosten eine Entfernungsmessung mit hoher Genau igkeit gewährleistet werden. Darüber hinaus kann durch einen Vergleich über mehrere Meßvorgänge bzw. mittels Langzeitbetrachtungen die Fre quenz der Zeitreferenz (des Taktgebers) überprüft werden, und so eine Ei gendiagnose ermöglicht werden, was insbesondere bei sicherheitsrelevan ten Anwendungen des optischen Systems von Bedeutung ist.Since commercially available light guides can be used as reference light guides NEN and these light guides cheap, easy to use and temperature stable are in the presented optical system by means of the reference measurement solutions in the two reference light guides advantageously to simple A distance measurement with high accuracy guaranteed. In addition, by comparison the Fre. over several measuring processes or by means of long-term considerations sequence of the time reference (the clock) are checked, and so an egg genetic diagnosis are made possible, which is particularly relevant for safety applications of the optical system is important.
Das optische System soll anhand eines Ausführungsbeispiels, einem in einem Kraftfahrzeug implementierten optischen System zur Bestimmung der Ent fernung mittels optischer IR-Pulse, im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. The optical system should be based on an embodiment, one in one Motor vehicle implemented optical system for determining the Ent removal by means of optical IR pulses in connection with the drawing are explained in more detail.
Hierbei zeigtHere shows
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des optischen Systems, Fig. 1 is a schematic block diagram of the optical system,
Fig. 2 ein als Grundlage für die Ermittlung des Korrekturwerts für die Ent fernungsbestimmung dienendes Diagramm. Fig. 2 is used as a basis for determining the correction value for the distance determination diagram.
Von Abstandssensoren in KFZ-Abstandswarnsystemen muß die Entfernung der im Beobachtungsbereich befindlichen Zielobjekte, d. h. der Abstand zwi schen dem eigenen Kraftfahrzeug und vorausfahrenden, entgegenkom menden oder nachfolgenden Fahrzeugen, Personen und sonstigen Refle xionsobjekten, eindeutig und mit hoher Auflösung bestimmt werden; bsp. beträgt der gewünschte Entfernungseindeutigkeitsbereich 150 m und die gewünschte Entfernungsauflösung 1 cm.The distance must be from distance sensors in vehicle distance warning systems the target objects located in the observation area, d. H. the distance between own car and those driving ahead, accommodating vehicles or people, or other reflectors xionsobjects can be determined clearly and with high resolution; E.g. the desired range uniqueness range is 150 m and the desired distance resolution 1 cm.
Gemäß der Fig. 1 wird zur Entfernungsbestimmung durch ein in einem Kraftfahrzeug 1 implementiertes optisches System in mehreren Meßphasen eines Meßvorgangs von einem Sendeelement 6 der Sendeeinheit 4 einer Meßeinheit 3 ein IR-Sendesignal 13 als optisches Signal mit der Wellenlänge von bsp. 850 nm emittiert (Sendebetrieb); das durch Reflexion an den sich im durch das IR-Sendesignal 13 erfaßten Entfernungsbereich und Winkelbe reich befindlichen Zielobjekten 2 (bsp. den vorausfahrenden Fahrzeugen oder Hindernissen) erhaltene Reflexionssignal 14 wird vom Empfangsele ment 9 der Empfangseinheit 5 der Meßeinheit 3 als analoges Empfangssignal detektiert (Empfangsbetrieb). Von einer Steuereinheit 7 (die gleichzeitig als Auswerteeinheit fungiert) wird das Empfangssignal hinsichtlich der Laufzeit ausgewertet und hieraus die Entfernungsinformation gewonnen, d. h. die Entfernung dz zwischen dem Kraftfahrzeug als Bezugsobjekt 1 und dem Reflexionsobjekt als Zielobjekt 2. Bsp. werden darüber hinaus in mindestens einer Meßphase des Meßvorgangs neben der Entfernungsmessung zwei Re ferenzmessungen mittels der beiden mit der Meßeinheit 3 (mit der Sende einheit 4 und der Empfangseinheit 5) verbundenen Referenzlichtleiter 10, 11 durchgeführt.According to FIG. 1 a measuring is a measuring unit 3, an IR transmit signal 13 bsp from a transmitting element 6 of the transmitter unit 4 as an optical signal having the wavelength of for distance determination by a method implemented in a motor vehicle 1 optical system in a plurality of measurement phases. 850 nm emitted (transmission mode); extending (ex. the preceding vehicles or obstacles) by reflection at the in rich located by the IR transmit signal 13 detected distance range and Winkelbe target objects 2 obtained reflection signal 14 is from Empfangsele element 9 of the receiving unit 5 of the measuring unit 3 as an analog reception signal is detected (reception operation ). A control unit 7 (which also functions as an evaluation unit) evaluates the received signal with regard to the transit time and from this the distance information is obtained, ie the distance dz between the motor vehicle as reference object 1 and the reflection object as target object 2 . For example, in addition to the distance measurement, two reference measurements are also carried out in at least one measurement phase of the measurement process by means of the two reference light guides 10 , 11 connected to the measuring unit 3 (with the transmitting unit 4 and the receiving unit 5 ).
Die Sendeeinheit 4 der Meßeinheit 3 weist bsp. ein als gepulsten IR- Halbleiterlaser ausgebildetes Sendeelement 6 auf, wobei der IR- Halbleiterlaser ein pulsförmiges IR-Sendesignal 13 mit einer Leistung von bsp. 10 W und einer Wellenlänge von bsp. 850 nm emittiert. Die Empfangs einheit 5 der Meßeinheit 3 weist bsp. zwei als IR-Empfangsdioden ausgebildete Empfangselemente 8, 9 auf, die für die Wellenlänge des IR-Sendesignal 13 von bsp. 850 nm empfindlich sind; das Empfangselement 9 dient hierbei zur Detektion des Reflexionssignals 14, das Empfangselement 8 zur Detekti on des als Streulicht des IR-Sendesignals 13 in den ersten Referenzlichtleiter 10 mit der Länge L1 eingespeisten optischen Signals und gleichzeitig zur Detektion des als Streulicht des IR-Sendesignals 13 in den zweiten Referenz lichtleiter 11 mit der Länge L2 eingespeisten optischen Signals. Der erste Referenzlichtleiter 10 weist bsp. eine Länge L1 von 1 m auf (diese Länge L1 entspricht somit in etwa der Distanz zwischen der Sendeeinheit 4 der Meßeinheit 3 und der Vorderfront 12 des Kraftfahrzeugs 1), der zweite Refe renzlichtleiter 11 weist bsp. eine Länge L2 von 100 m auf (diese Länge L2 entspricht somit in etwa der maximal zu messenden Entfernung d2 zwi schen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Zielobjekt 2).The transmitter unit 4 of the measuring unit 3 has, for example. a transmission element 6 designed as a pulsed IR semiconductor laser, the IR semiconductor laser having a pulse-shaped IR transmission signal 13 with a power of, for example, 10 W and a wavelength of e.g. 850 nm emitted. The receiving unit 5 of the measuring unit 3 has, for example. two receiving elements 8 , 9 designed as IR receiving diodes, which for the wavelength of the IR transmitting signal 13 of ex. 850 nm are sensitive; the receiving element 9 serves for the detection of the reflection signal 14 , the receiving element 8 for the detection of the optical signal fed in as the scattered light of the IR transmission signal 13 into the first reference light guide 10 with the length L1 and at the same time for the detection of the scattered light of the IR transmission signal 13 in the second reference light guide 11 with the length L2 fed optical signal. The first reference light guide 10 has, for example. a length L1 of 1 m (this length L1 thus corresponds approximately to the distance between the transmitter unit 4 of the measuring unit 3 and the front 12 of the motor vehicle 1 ), the second reference light guide 11 has, for example. a length L2 of 100 m (this length L2 thus corresponds approximately to the maximum distance d2 to be measured between the motor vehicle 1 and the target object 2 ).
Mittels der Steuereinheit 7 (Auswerteeinheit) werden die Ergebnisse der Entfernungsmessungen (die verarbeiteten Reflexionssignale 14) und die Er gebnisse der Referenzmessungen ausgewertet; aus den Ergebnissen der Referenzmessungen werden Korrekturwerte für die Ergebnisse der Entfer nungsmessungen generiert und die aufgrund der Laufzeit der IR-Pulse er mittelten Entfernungen für die Entfernung zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und den Zielobjekten 2 entsprechend korrigiert.The results of the distance measurements (the processed reflection signals 14 ) and the results of the reference measurements are evaluated by means of the control unit 7 (evaluation unit); correction values for the results of the distance measurements are generated from the results of the reference measurements and the distances determined for the distance between the motor vehicle 1 and the target objects 2 are corrected accordingly on the basis of the duration of the IR pulses.
Während der Zeitdauer, in der das Abstandswarnsystem des Kraftfahrzeugs 1 aktiviert ist, werden zyklisch Meßvorgänge durchgeführt. Einem Meßvor gang kann eine bestimmte Anzahl an Meßphasen zugeordnet werden und so ein gemittelter Wert für die Entfernung durch Mittelwertbildung ge wonnen werden; innerhalb eines Meßvorgangs wird darüber hinaus auch mindestens eine Referenzmessung mittels der beiden Referenzlichtleiter 10, 11 vorgenommen. Bsp. wird ein Meßvorgang (Zeitdauer bsp. 5 ms) in 100 Meßphasen (Zeitdauer bsp. jeweils 50 µs) unterteilt, deren Meßergebnis se gemittelt werden; bsp. wird in jedem Meßvorgang eine Referenzmessung mittels des ersten Referenzlichtleiters 10 und eine Referenzmessung mittels des zweiten Referenzlichtleiters 11 durchgeführt.During the period in which the distance warning system of the motor vehicle 1 is activated, measurement processes are carried out cyclically. A measuring process can be assigned a certain number of measuring phases and thus an average value for the distance can be obtained by averaging; In addition, at least one reference measurement is carried out by means of the two reference light guides 10 , 11 within a measurement process. For example, a measurement process (duration, for example 5 ms) is divided into 100 measurement phases (duration, for example 50 µs each), the measurement result of which is averaged; E.g. a reference measurement by means of the first reference light guide 10 and a reference measurement by means of the second reference light guide 11 are carried out in each measurement process.
Anhand der Fig. 2 wird die anhand der Referenzmessungen erfolgende Ermittlung des Korrekturwerts für die Entfernungsbestimmung bei einem auf Laufzeitmessungen optischer Pulse basierenden optischen System erläu tert. The determination of the correction value for the distance determination in an optical system based on time-of-flight measurements of optical pulses is explained with reference to FIG. 2.
Bsp. beträgt die (fest vorgegebene) Länge L1 des ersten Referenzlichtleiters 10 L1 = 1 m, die (fest vorgegebene) Länge L2 des zweiten Referenzlichtlei ters 11 L2 = 100 m. Als Zeitreferenz für die Entfernungsmessung wird bsp. ein Quarzoszillator mit einer Taktfrequenz f von 100 MHz herangezogen (Takteinheit tq = 1/f = 10 ns). Durch geeignete Mittelwertbildung bei der Auswertung der Meßergebnisse in verschiedenen aufeinanderfolgenden Meßphasen eines Meßvorgangs kann bei der Entfernungsmessung eine Lauf zeitauflösung Δtqmin im Bereich von 0.1 Takteinheiten tq erreicht werden (Δtqmin = 0.1 . tq, Δtqmin = 1 ns).For example, the (fixedly specified) length L1 of the first reference light guide 10 is L1 = 1 m, the (fixedly specified) length L2 of the second reference light guide 11 L2 = 100 m. For example, as a time reference for the distance measurement. a quartz oscillator with a clock frequency f of 100 MHz is used (clock unit tq = 1 / f = 10 ns). By means of suitable averaging when evaluating the measurement results in different successive measurement phases of a measurement process, a runtime resolution Δtqmin in the range of 0.1 clock units tq can be achieved in the distance measurement (Δtqmin = 0.1. Tq, Δtqmin = 1 ns).
Gemäß dem Diagramm der Fig. 2 wird zur Bestimmung der Entfernung d2
zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Zielobjekt 2 ein Korrekturwert
durch lineare Interpolation zwischen den durch Referenzmessungen in den
beiden Referenzlichtleitern 10, 11 erhaltenen Meßwerten für die Relation
zwischen der Takteinheit tq bzw. der Laufzeit t (Meßwerte t10, t11) und der
Entfernung d zwischen Kraftfahrzeug 1 und Zielobjekt 2 (Entfernungswerte
d1, d2) ermittelt:
According to the diagram in FIG. 2, in order to determine the distance d2 between the motor vehicle 1 and the target object 2, a correction value is obtained by linear interpolation between the measured values obtained by reference measurements in the two reference light guides 10 , 11 for the relation between the clock unit tq and the transit time t (measured values t10, t11) and the distance d between motor vehicle 1 and target object 2 (distance values d1, d2):
-
- Bei einer mit der Sollfrequenz f des Quarzoszillators von 100 MHz
(Takteinheit tq = 10 ns) durchgeführten Messung ergeben sich folgende
Meßergebnisse für die Laufzeiten t:
Erste Referenzmessung (erster Referenzlichtleiter 10):
t10 = 5 tq = 50 ns
Zweite Referenzmessung (zweiter Referenzlichtleiter 11):
t11 = 38 tq = 380 ns
Entfernungsmessung (Zielobjekt 2):
t2 = bsp. 58 tq = 580 ns
Bestimmung der Entfernung d2 mit Hilfe des Korrekturwerts:
dz = [(L2 - L1)/(t11 - t10) * (t2 - t10) + L1]/2 = 80 m- With a measurement carried out with the set frequency f of the quartz oscillator of 100 MHz (clock unit tq = 10 ns), the following measurement results are obtained for the transit times t:
First reference measurement (first reference light guide 10 ):
t10 = 5 tq = 50 ns
Second reference measurement (second reference light guide 11 ):
t11 = 38 tq = 380 ns
Distance measurement (target object 2 ):
t2 = e.g. 58 tq = 580 ns
Determining the distance d2 using the correction value:
dz = [(L2 - L1) / (t11 - t10) * (t2 - t10) + L1] / 2 = 80 m -
- Bei einer mit einer (bsp. aufgrund von Temperatureinflüssen oder einer
Alterung des Quarzoszillators) von der Sollfrequenz f des Quarzoszillators
abweichenden Frequenz von 99 MHz (Takteinheit tq = 10.1 ns) durchge
führten Messung ergeben sich folgende Meßergebnisse für die Laufzei
ten t:
Erste Referenzmessung (erster Referenzlichtleiter 10):
t10 = 5 tq = 50.5 ns
Zweite Referenzmessung (zweiter Referenzlichtleiter 10):
t11 = 37.6 tq = 379.8 ns
Entfernungsmessung (Zielobjekt 2):
t2 = bsp. 57.4 tq = 579.8 ns
Bestimmung der Entfernung d2 mit Hilfe des Korrekturwerts:
dz = [(L2 - L1)/(t11 - t10) * (t2 - t10) + L1]/2 = 80.06 m
Ohne Berücksichtigung des aufgrund der beiden Referenzmessungen erhaltenen Korrekturwerts würde sich dagegen bei der Entfernungsbe stimmung die (fehlerhafte) Entfernung dz = 79.4 m ergeben.- If a frequency (e.g. due to temperature influences or aging of the quartz oscillator) deviates from the target frequency f of the quartz oscillator (clock unit tq = 10.1 ns), the following measurement results are obtained for the running times t:
First reference measurement (first reference light guide 10 ):
t10 = 5 tq = 50.5 ns
Second reference measurement (second reference light guide 10 ):
t11 = 37.6 tq = 379.8 ns
Distance measurement (target object 2 ):
t2 = e.g. 57.4 tq = 579.8 ns
Determining the distance d2 using the correction value:
dz = [(L2 - L1) / (t11 - t10) * (t2 - t10) + L1] / 2 = 80.06 m
Without taking into account the correction value obtained on the basis of the two reference measurements, however, the (incorrect) distance dz = 79.4 m would result in the distance determination.
Claims (11)
mit einer Meßeinheit (3), die zur Entfernungsmessung ein optisches Si gnal als Sendesignal (13) emittiert und als Reflexionssignal (14) detektiert,
und mit einer Steuereinheit (7), die aufgrund einer Laufzeitmessung des optischen Signals die Entfernung (dz) zwischen einem Bezugsobjekt (1) und sich im Beobachtungsbereich befindlichen Zielobjekten (2) be stimmt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinheit (3) mit zwei Referenzlichtleitern (10, 11) mit vorge gebener und unterschiedlicher Länge (L1, L2) verbunden ist,
und daß die Meßeinheit (3) mindestens eine Referenzmessung als Lauf zeitmessung des optischen Signals in den beiden Referenzlichtleitern (10, 11) zur Ermittlung eines bei der Bestimmung der Entfernung heran gezogenen Korrekturwerts durchführt.1. Optical system
with a measuring unit ( 3 ) which emits an optical signal for the distance measurement as a transmission signal ( 13 ) and detects it as a reflection signal ( 14 ),
and with a control unit ( 7 ) which determines the distance (dz) between a reference object ( 1 ) and target objects ( 2 ) located in the observation area based on a transit time measurement of the optical signal,
characterized by
that the measuring unit ( 3 ) is connected to two reference light guides ( 10 , 11 ) with predetermined and different lengths (L1, L2),
and that the measuring unit ( 3 ) carries out at least one reference measurement as a transit time measurement of the optical signal in the two reference light guides ( 10 , 11 ) to determine a correction value used in determining the distance.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10014125A DE10014125A1 (en) | 2000-03-22 | 2000-03-22 | Optical system performs at least one reference measurement as transition time measurement for optical signal in two reference light conductors to determine distance measurement correction |
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|---|---|
| DE10014125A1 true DE10014125A1 (en) | 2001-09-27 |
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| DE10014125A Withdrawn DE10014125A1 (en) | 2000-03-22 | 2000-03-22 | Optical system performs at least one reference measurement as transition time measurement for optical signal in two reference light conductors to determine distance measurement correction |
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|---|---|
| DE (1) | DE10014125A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10228677A1 (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-22 | Sick Ag | Laser distance measurement device couples light signal out for reference measurements before entry of light signal into measurement channel using controlled reflection at optical boundary surface |
| EP1499851A2 (en) * | 2002-04-15 | 2005-01-26 | Toolz, Ltd. | Distance measurement device |
| EP1955014A2 (en) * | 2005-11-28 | 2008-08-13 | RoboToolz Limited | Distance measurement device with short range optics |
| DE102010041390A1 (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-02 | Ifm Electronic Gmbh | Time-of-flight camera with signal monitoring |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4738529A (en) * | 1984-08-07 | 1988-04-19 | Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik | Apparatus for measuring the transit time of electromagnetic waves |
| US4770526A (en) * | 1985-11-13 | 1988-09-13 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh | Ranging method and apparatus |
-
2000
- 2000-03-22 DE DE10014125A patent/DE10014125A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4738529A (en) * | 1984-08-07 | 1988-04-19 | Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik | Apparatus for measuring the transit time of electromagnetic waves |
| US4770526A (en) * | 1985-11-13 | 1988-09-13 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh | Ranging method and apparatus |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1499851A2 (en) * | 2002-04-15 | 2005-01-26 | Toolz, Ltd. | Distance measurement device |
| EP1499851A4 (en) * | 2002-04-15 | 2008-11-19 | Toolz Ltd | Distance measurement device |
| US7499150B2 (en) | 2002-04-15 | 2009-03-03 | Robert Bosch Company Limited | Distance measurement device |
| DE10228677A1 (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-22 | Sick Ag | Laser distance measurement device couples light signal out for reference measurements before entry of light signal into measurement channel using controlled reflection at optical boundary surface |
| EP1955014A2 (en) * | 2005-11-28 | 2008-08-13 | RoboToolz Limited | Distance measurement device with short range optics |
| EP1955014A4 (en) * | 2005-11-28 | 2008-12-03 | Robotoolz Ltd | Distance measurement device with short range optics |
| DE102010041390A1 (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-02 | Ifm Electronic Gmbh | Time-of-flight camera with signal monitoring |
| US9462168B2 (en) | 2010-07-28 | 2016-10-04 | Ifm Electronic Gmbh | Light propagation time camera system having signal path monitoring |
| DE102010041390B4 (en) * | 2010-07-28 | 2017-12-07 | pmdtechnologies ag | Time of flight camera with signal path monitoring |
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