DE10162009A1

DE10162009A1 - Optisches System

Info

Publication number: DE10162009A1
Application number: DE10162009A
Authority: DE
Inventors: Joachim Massen
Original assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Current assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: DE10162009B4

Abstract

Es soll auf einfache Weise und mit geringen Kosten eine Vielzahl von Applikationen für das einen optischen Scanner und mehrere, an unterschiedlichen Positionen in oder an einem Kraftfahrzeug angeordnete Sensoreinheiten aufweisende optische System anhand der Bewertung der sich im Beobachtungsbereich befindlichen, aufgrund von Reflexionsmessungen bestimmten Reflexionsobjekte ermöglicht werden. DOLLAR A Hierzu weist der optische Scanner eine Meßeinheit zur Generierung eines optischen Sendesignals als Grundlage für die von Sendeoptiken der Sensoreinheiten emittierte optische Sendestrahlung und zur Detektion eines von Empfangsoptiken der Sensoreinheiten aus der detektierten optischen Empfangsstrahlung gewonnenen optischen Empfangssignals auf. Weiterhin ist im optischen Scanner eine Steuereinheit zur Bewertung der im Beobachtungsbereich aufgrund einer Laufzeitmessung des Reflexionssignals bestimmten Reflexionsobjekte und eine optomechanische Scaneinheit zur Ablenkung des optischen Sendesignals und des optischen Empfangssignals sowie zur Selektion einer der Sensoreinheiten vorgesehen. DOLLAR A Optisches System zur gleichzeitigen Realisierung unterschiedlicher Fahrerassistenzsysteme für Kraftfahrzeuge.

Description

Optische Systeme werden zur Erfassung des Umgebungsbereichs eines Kraftfahrzeugs, d. h. zur Erfassung des ein Kraftfahrzeug umgebenden Verkehrsraums, für unterschiedliche Anwendungszwecke in verschiedenen Entfernungsbereichen eingesetzt, insbesondere zur Bestimmung der Entfernung (des Abstands) des Kraftfahrzeugs zu sich im Umgebungsbereich befindlichen Reflexionsobjekten wie bsp. zur Bestimmung der Entfernung (des Abstands) zu vorausfahrenden, nachfolgenden oder entgegenkommenden Fahrzeugen. Von der Sendeeinheit einer Meßeinheit wird ein optisches Signal emittiert (insbesondere im infraroten Spektralbereich oder im sichtbaren Spektralbereich), das nach der Reflexion an den sich im Beobachtungsbereich als den mittels des optischen Signals erfaßbaren Teil des Umgebungsbereich befindlichen Reflexionsobjekten von der Empfangseinheit der Meßeinheit detektiert wird; dieses Empfangssignal (Reflexionssignal) wird von einer Steuereinheit (Auswerteeinheit) nach der Signalverarbeitung hinsichtlich der Laufzeit ausgewertet und hieraus dann insbesondere die gewünschte Entfernungsinformation zu bestimmten, aus den Reflexionsobjekten abgeleiteten Zielobjekten gewonnen.

Beim aus der nicht vorveröffentlichten DE 101 46 808 bekannten optischen System wird ein Teil der optischen Funktion von den übrigen Funktionen des optischen Systems dadurch getrennt, daß das optische System einerseits ein Zentralmodul und andererseits ein räumlich hiervon getrenntes Sensormodul mit mindestens zwei räumlich voneinander getrennten Sensoreinheiten (Sensorköpfen) aufweist. Das Zentralmodul weist hierbei eine Meßeinheit mit einer Sendeeinheit zur Generierung des optischen Sendesignals und mit einer Empfangseinheit zur Umwandlung des optischen Empfangssignals auf sowie eine Steuereinheit zur Ablaufsteuerung des Meßvorgangs und zur Weiterverarbeitung, Auswertung und Bewertung des Empfangssignals. Das Sensormodul ist zur Emission der an die optische Strecke übertragenen, aus dem Sendesignal gewonnenen Sendestrahlung und zur Detektion der nach Durchlaufen der optischen Strecke reflektierten, zur Generierung des Empfangssignals dienenden Empfangsstrahlung vorgesehen. Die Verbindung des Zentralmoduls, insbesondere der Sendeeinheit und der Empfangseinheit der Meßeinheit des Zentralmoduls, mit den Sensoreinheiten des Sensormoduls erfolgt auf optischem Wege über Lichtleiter, bsp. über Lichtwellenleiter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das mit guten optischen Eigenschaften auf einfache Weise und mit geringen Kosten für eine Vielzahl von Anwendungen flexibel und zuverlässig eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des optischen Systems sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.

Beim vorgestellten optischen System mit einem optischen Scanner und mehreren Sensoreinheiten ist in den optischen Scanner die Meßeinheit zur Generierung des optischen Sendesignals und zur Detektion des optischen Empfangssignals, eine als optischer Umschalter zur Ablenkung des optischen Sendesignals und des optischen Empfangssignals und damit zur Selektion einer der Sensoreinheiten fungierende optomechanische Scaneinheit sowie eine Steuereinheit zur Bewertung der im Beobachtungsbereich aufgrund einer auf der Grundlage des optischen Sendesignals und des optischen Empfangssignals basierenden Laufzeitmessung bestimmten Reflexionsobjekte integriert. Die optomechanische Scaneinheit weist eine dem Sendepfad (dem optischen Sendesignal) zugeordnete erste Umschalteinheit und eine dem Empfangspfad (dem optischen Empfangssignal) zugeordnete zweite Umschalteinheit auf, wobei zur Ablenkung des optischen Sendesignals eine erste Ablenkeinheit der ersten Umschalteinheit und zur Ablenkung des optischen Empfangssignals eine zweite Ablenkeinheit der zweiten Umschalteinheit vorgesehen ist, und wobei zur Kopplung an die zur Emission von optischer Sendestrahlung vorgesehenen Sendeoptiken der Sensoreinheiten eine mindestens ein Koppelelement aufweisende erste optische Koppeleinheit der ersten Umschalteinheit und zur Kopplung an die zur Detektion von optischer Empfangsstrahlung vorgesehenen Empfangsoptiken der Sensoreinheiten eine mindestens ein Koppelelement aufweisende zweite optische Koppeleinheit der zweiten Umschalteinheit vorgesehen ist.

Vorzugsweise ist eine der Sensoreinheiten mit der entsprechenden Sendeoptik und Empfangsoptik im optischen Scanner integriert und mit der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners über eine optische Strecke verbunden; hierbei kann diese Sensoreinheit entweder nach der optomechanischen Scaneinheit, d. h. nach den Umschalteinheiten und damit nach der Ablenkung des optischen Signals (des optischen Sendesignals bzw. des optischen Empfangssignals), oder zwischen der Meßeinheit und der optomechanischen Scaneinheit, d. h. vor den Umschalteinheiten und damit vor der Ablenkung des optischen Signals (des optischen Sendesignals bzw. des optischen Empfangssignals) angeordnet sein. Die weiteren, an unterschiedlichen Positionen im oder am Kraftfahrzeug angeordneten Sensoreinheiten sind mit der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners über jeweils mindestens einen Lichtleiter verbunden, wobei die erste optische Koppeleinheit der optomechanischen Scaneinheit mit jeder Sendeoptik der weiteren Sensoreinheiten und die zweite optische Koppeleinheit der optomechanischen Scaneinheit mit jeder Empfangsoptik der weiteren Sensoreinheiten über jeweils einen Lichtleiter verbunden ist. Zwischen der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners und der für die Emission der optischen Sendestrahlung vorgesehenen Sendeoptik einer Sensoreinheit und zwischen der für die Detektion der optischen Empfangsstrahlung vorgesehenen Empfangsoptik dieser Sensoreinheit und der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners sind somit separate Lichtleiter vorgesehen, so daß die Signalübertragung zwischen dem optischen Scanner und der jeweiligen Sensoreinheit und zwischen den Sensoreinheiten und dem optischen Scanner (d. h. die Übertragung des optischen Sendesignals und des optischen Empfangssignals) unabhängig voneinander vorgenommen wird. Im Betrieb des optischen Scanners wird das optische Signal, d. h. das optische Sendesignal und/oder das optische Empfangssignal, durch mechanische Bewegung der für das jeweilige optische Signal vorgesehenen Ablenkeinheit der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners der hierdurch selektierten Sendeoptik einer Sensoreinheit oder der hierdurch selektierten Empfangsoptik einer Sensoreinheit zugeordnet, wobei die Verbindung der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners und damit des optischen Sendesignals und des optischen Empfangssignals zu den Sensoreinheiten über die mindestens ein optisches Koppelelement aufweisenden optischen Koppeleinheiten der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners erfolgt.

Das von der Sendeeinheit der Meßeinheit des optischen Scanners generierte optische Sendesignal (die Sendeeinheit der Meßeinheit weist mindestens ein Sendeelement zur Generierung des optischen Sendesignals auf) wird in einen zu einer bestimmten Sensoreinheit hinführenden, über die optomechanische Scaneinheit des optischen Scanners ausgewählten (selektierten) Lichtleiter mit Hilfe mindestens eines optischen Koppelelements eingekoppelt; in der mit dem optischen Sendesignal beaufschlagten Sensoreinheit wird das von der Sendeeinheit generierte optische Sendesignal von der Sendeoptik dieser Sensoreinheit als optische Sendestrahlung auf die optische Strecke emittiert. Das von der Empfangseinheit der Meßeinheit generierte umgewandelte Empfangssignal (die Empfangseinheit der Meßeinheit weist mindestens ein Empfangselement zur Generierung des umgewandelten Empfangssignals auf) wird auf Basis des aus einem, von einer bestimmten (Empfangsoptik der) Sensoreinheit herführenden, über die optomechanische Scaneinheit des optischen Scanners ausgewählten (selektierten) Lichtleiter mit Hilfe mindestens eines optischen Koppelelements ausgekoppelten optischen Empfangssignals gewonnen; die zur Weiterleitung des optischen Empfangssignals vorgesehene Sensoreinheit detektiert mit ihrer Empfangsoptik die nach Durchlaufen der optischen Strecke an Reflexionsobjekten bzw. Zielobjekten reflektierte Strahlung als optische Empfangsstrahlung. Hierzu ist die erste optische Koppeleinheit der optomechanischen Scaneinheit über mindestens ein optisches Koppelelement (über mindestens eine Einkoppeloptik) an die mit den Sendeoptiken der weiteren Sensoreinheiten verbundenen Lichtleiter gekoppelt und die zweite optische Koppeleinheit über mindestens ein optisches Koppelelement (Einkoppeloptik) an die mit den Empfangsoptiken der weiteren Sensoreinheiten verbundenen Lichtleiter gekoppelt; die optischen Koppeleinheiten der optomechanischen Scaneinheit können hierbei für jeden mit der optischen Koppeleinheit verbundenen Lichtleiter ein separates optisches Koppelelement aufweisen oder für alle mit der optischen Koppeleinheit verbundenen Lichtleiter ein gemeinsames optisches Koppelelement aufweisen. Der nicht zum Scannen, d. h. zur Ablenkung des Sendepfads bzw. Empfangspfads (und damit des optischen Signals) verwendete Winkelbereich, steht den (optischen Koppelelementen der) optischen Koppeleinheiten und folglich den weiteren Sensoreinheiten des Sensormoduls für deren vorgesehene Applikation zur Verfügung. Beispielsweise kann zur Überwachung des gesamten Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs (360°-Rundumsicht) ein für die Überwachung eines bestimmten Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs herangezogener optischer Scanner (bsp. ein für die frontseitige Überwachung des Kraftfahrzeugs herangezogener optischer Scanner, bsp. ein für den Folgebetrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehener optischer Scanner) auch für die Überwachung des seitlichen und rückwärtigen Umgebungsbereichs herangezogen werden; hierzu kann außer dem auf der Vorderseite des Kraftfahrzeugs positionierten, eine Sensoreinheit aufweisenden optischen Scanner eine weitere, auf der Rückseite des Kraftfahrzeugs positionierte Sensoreinheit und jeweils mindestens eine weitere, auf den Seiten des Kraftfahrzeugs positionierte Sensoreinheit vorgesehen werden.

Jede Sendeoptik einer Sensoreinheit weist mindestens ein optisches Element zur Emission der optischen Sendestrahlung mit der gewünschten Richtcharakteristik und jede Empfangsoptik einer Sensoreinheit weist mindestens ein optisches Element zur Detektion der reflektierten Strahlung als optische Empfangsstrahlung auf. Als jeweiliges optisches Element kann hierbei die von der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners zur Sensoreinheit hinführende Endfläche des Lichtleiters und/oder mindestens ein in der Sensoreinheit angeordneter Optikkörper (insbesondere eine Linse oder ein abbildender Spiegel) dienen; falls der Lichtleiter nicht direkt in die Sensoreinheit und damit in die Sendeoptik bzw. Empfangsoptik geführt wird, kann weiterhin ein den Lichtleiter (die Endfläche des Lichtleiters) mit der Sendeoptik bzw. Empfangsoptik der Sensoreinheit verbindendes optisches Verbindungselement vorgesehen werden.

Aufgrund der beschriebenen funktionalen Unterteilung des optischen Systems wird den Sensoreinheiten nur die Emission der der optischen Strecke zugeführten optischen Sendestrahlung und die Detektion der nach Durchlaufen der optischen Strecke reflektierten optischen Empfangsstrahlung zugeordnet, während die restliche optische Funktion (Generierung des optischen Sendesignals und Umwandlung des optischen Empfangssignals) dem optischen Scanner zugeordnet wird; das mindestens eine Sendeelement der Sendeeinheit der Meßeinheit und das mindestens eine Empfangselement der Empfangseinheit der Meßeinheit sind im optischen Scanner angeordnet, während die Sensoreinheiten nur jeweils mindestens eine Sendeoptik und/oder Empfangsoptik aufweisen. In diesen Sendeoptiken und Empfangsoptiken kann bei der Auskopplung der optischen Sendestrahlung und der Einkopplung der optischen Empfangsstrahlung durch eine optische Abbildung der optischen Elemente (Endfläche des Lichtleiters und/oder Optikkörper und/oder optische Verbindungselemente zwischen der Endfläche des Lichtleiters und dem Optikkörper) eine Signalformung der Sendecharakteristik der optischen Sendestrahlung und/oder der Empfangscharakteristik der optischen Empfangsstrahlung vorgenommen werden und so eine Anpassung an die optischen Gegebenheiten des Umgebungsbereichs erreicht werden. Der Einbauort für den optischen Scanner und für die hiervon getrennten (ein geringes Einbauvolumen benötigenden) weiteren Sensoreinheiten kann anhand der vorgesehenen Anwendungen (Applikationen) des optischen Systems und der optischen Verhältnisse weitgehend unabhängig voneinander festgelegt werden, so daß für den optischen Scanner und für jede der weiteren Sensoreinheiten ein günstiger Einbauort im oder am Kraftfahrzeug gewählt werden kann.

Beim optischen System kann entweder ein auf gepulster optischer Sendestrahlung oder auf kontinuierlicher optischer Sendestrahlung basierendes Meßverfahren oder ein sog. Pseudo-Noise-Verfahren eingesetzt werden. Bei gepulsten optischen Systemen wird das optische Sendesignal zyklisch unterbrochen, so daß hierdurch als optische Sendestrahlung optische Sendepulse mit bestimmter Pulsdauer emittiert werden; in den Pulspausen zwischen zwei optischen Sendepulsen werden die Reflexionssignale der vorausgehenden optischen Sendepulse detektiert. Bei kontinuierlichen optischen Systemen wird das optische Sendesignal kontinuierlich generiert und hierdurch die optische Sendestrahlung kontinuierlich emittiert (continuous wave cw), wobei die Sendefrequenz der optischen Sendestrahlung variiert wird, d. h. durch Frequenzmodulation (FM) einen bestimmten Modulationsverlauf aufweist; gleichzeitig werden die Reflexionssignale detektiert. Bei dem Pseudo-Noise-Verfahren wird die zeitliche Verschiebung zwischen dem optischen Sendesignal und dem optischen Empfangssignal durch Bildung der Korrelationsfunktion berechnet und hieraus die Entfernung abgeleitet.

Das vorgestellte optische System vereinigt mehrere Vorteile in sich:

- Durch die teilweise Integration des optischen Systems in einen (für andere Applikationen oftmals schon vorhandenen) optischen Scanner mit weitreichender Funktionalität ist der erforderliche Platzbedarf gering, da nur ein optischer Scanner und mehrere nur wenig Bauraum benötigende weitere Sensoreinheiten vorgesehen sind; weiterhin ist hierdurch mit einer geringen Anzahl von Sensoreinheiten eine kostengünstige Realisierung eines vielfältig einsetzbaren optischen Systems möglich, insbesondere zur kostengünstigen und einfachen Realisierung einer 360°-Rundumsicht ums Kraftfahrzeug zur Erfassung des gesamten Beobachtungsbereichs und damit zur Überwachung des gesamten Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs.
- der optimale Einbauort kann für den optischen Scanner und für die weiteren Sensoreinheiten unter Beachtung des zur Verfügung stehenden Platzes unabhängig voneinander festgelegt werden. Gegebenenfalls kann auch die Sendeoptik und die Empfangsoptik einer Sensoreinheit an einer unterschiedlichen Position im oder am Kraftfahrzeug angeordnet werden, wodurch der jeweilige Sendepfad vom zugeordneten Empfangspfad teilweise oder vollständig entkoppelt wird.
- es besitzt einen großen Anwendungsbereich, d. h. es ist für viele unterschiedliche Anwendungen (Applikationen) im Nahbereich gleichzeitig einsetzbar, insbesondere durch Anpassung der Sensoreinheiten an die unterschiedlichen Gegebenheiten und Randbedingungen (bsp. an unterschiedliche Kraftfahrzeugtypen oder Spezifikationen).
- die Störempfindlichkeit ist gering, insbesondere da die Sensoreinheiten keine störempfindliche Elektronik aufweisen und die als Lichtleiter realisierten Verbindungen zwischen dem optischen Scanner und den weiteren Sensoreinheiten gut geschützt werden können.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert; hierbei wird ein in einem Kraftfahrzeug implementiertes optisches System zur Realisierung einer Vielzahl von Applikationen auf der Basis der Entfernungsbestimmung mittels optischer IR-Pulse beschrieben.

Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des optischen Systems mit einem optischen Scanner,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der optomechanischen Scaneinheit des optischen Scanners.
Im Nahbereich des Kraftfahrzeugs kann die Entfernung zu sich im Beobachtungsbereich befindlichen Reflexionsobjekten, d. h. der Abstand zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und Reflexionsobjekten bzw. den hieraus abgeleiteten Zielobjekten (bsp. vorausfahrenden, entgegenkommenden, nachfolgenden Fahrzeugen oder Personen) als Basis für Fahrerassistenzsysteme verwendet werden. Diese Entfernung muß eindeutig und mit hoher Auflösung bestimmt werden; bsp. beträgt der gewünschte Entfernungseindeutigkeitsbereich 100 m und die gewünschte Entfernungsauflösung 0.1 m.
Gemäß der Fig. 1 besteht das optische System aus einem an geeigneter Stelle im Innenraum des Kraftfahrzeugs (bsp. auf der Vorderseite des Kraftfahrzeugs im Bereich des Kühlergrills) angeordneten optischen Scanner 1 mit einer Meßeinheit 11 (Sendeeinheit 113, Empfangseinheit 115), einer Steuereinheit 12 (Signalverarbeitung und Auswertung) und einer Sensoreinheit 20 sowie aus mehreren weiteren Sensoreinheiten 2 (Sensorköpfen), die jeweils an der für die gewünschte Applikation vorteilhaften Stelle im oder am Kraftfahrzeug angeordnet sind. Zur optischen Signalübertragung zwischen dem optischen Scanner 1 und den weiteren Sensoreinheiten 2 sind Lichtleiter 31, 32 vorgesehen, insbesondere Lichtleiter 31 zur Übertragung des optischen Sendesignals 111 von der Sendeeinheit 113 der Meßeinheit 11 zu den weiteren Sensoreinheiten 2 und Lichtleiter 32 zur Übertragung des optischen Empfangssignals 112 von den weiteren Sensoreinheiten 2 zur Empfangseinheit 115 der Meßeinheit 11. In den Meßvorgängen wird von der Sendeeinheit 113 der Meßeinheit 11 das optische Sendesignal 111 bsp. im infraroten (IR) Spektralbereich mit der Wellenlänge von bsp. 850 nm generiert und von der jeweils selektierten Sensoreinheit 2, 20 als optische Sendestrahlung 23 auf die optische Strecke 4 emittiert; das durch Reflexion an den sich im Öffnungsfeld 41, d. h. im durch die optische Sendestrahlung 23 erfaßten Entfernungsbereich und Winkelbereich befindlichen Reflexionsobjekten (bsp. Fahrzeuge oder Hindernisse) nach Durchlaufen der optischen Strecke 4 erhaltene Reflexionssignal als optische Empfangsstrahlung 24 wird von mindestens einer der Sensoreinheiten 2, 20 detektiert und der Empfangseinheit 115 der Meßeinheit 11 als optisches Empfangssignal 112 zugeführt. Das von der Empfangseinheit 115 umgewandelte Empfangssignal 117 wird von der Steuereinheit 12 (die gleichzeitig als Auswerteeinheit fungiert) verarbeitet, ausgewertet und bewertet (bsp. zur Klassifizierung relevanter Zielobjekte unter den erfaßten Reflexionsobjekten). Die Sendeeinheit 113 der Meßeinheit 11 weist mindestens ein Sendeelement 114 auf, das bsp. als gepulster IR-Halbleiterlaser ausgebildet ist, der ein pulsförmiges optisches Sendesignal 111 mit einer Leistung von bsp. 10 W und einer Wellenlänge von bsp. 850 nm emittiert. Die Empfangseinheit 115 der Meßeinheit 11 weist mindestens ein Empfangselement 116 auf, das zur Umwandlung des optischen Empfangssignals 112 bsp. als für die Wellenlänge des optisches Sendesignals 111 von bsp. 850 nm empfindliche IR-Empfangsdiode ausgebildet ist. Mittels der der Meßeinheit 11 nachgeschalteten Steuereinheit 12 werden die umgewandelten Empfangssignale 117 der Reflexionsmessungen verarbeitet (insbesondere verstärkt) und hinsichtlich der Laufzeit ausgewertet; aus den bewerteten Empfangssignalen der Reflexionsmessungen wird die gewünschte Information für die Applikationen des optischen Systems gewonnen.
Die Sensoreinheiten 2, 20 weisen jeweils eine Sendeoptik 21 zur Emission der optischen Sendestrahlung 23 auf die optische Strecke 4 und eine Empfangsoptik 22 zur Detektion der nach Durchlaufen der optischen Strecke 4 empfangenen optischen Empfangsstrahlung 24 auf; bsp. enthält sowohl die Sendeoptik 21 als auch die Empfangsoptik 22 einer Sensoreinheit 2, 20 als optische Elemente eine Linse als Optikkörper zur Strahlformung der optischen Sendestrahlung 23 und der optischen Empfangsstrahlung 24; Sendeoptik 21 und Empfangsoptik 22 sind bsp. jeweils durch eine Blende voneinander separiert.
Die Verbindung zwischen dem optischen Scanner 1 und den weiteren Sensoreinheiten 2 erfolgt über Lichtwellenleiter als Lichtleiter 31, 32; für jede der weiteren Sensoreinheiten 2 sind hierbei zwei Lichtwellenleiter 31, 32 vorgesehen, wobei ein Lichtwellenleiter 31 jeweils vom optischen Scanner 1 zur jeweiligen Sendeoptik 21 der weiteren Sensoreinheiten 2 hingeführt ist und ein Lichtwellenleiter 32 jeweils von der jeweiligen Empfangsoptik 22 der weiteren Sensoreinheit 2 zum optischen Scanner 1 hergeführt ist. Die Endflächen 33 der Lichtwellenleiter 31 sind als optisches Element Bestandteil der Sendeoptik 21 der weiteren Sensoreinheiten 2 und bewirken zusammen mit der Linse der Sendeoptik 21 eine optische Abbildung des optischen Sendesignals 111; die Endflächen 34 der Lichtwellenleiter 32 sind als optisches Element Bestandteil der Empfangsoptik 22 der weiteren Sensoreinheiten 2 und bewirken zusammen mit der Linse der Empfangsoptik 22 eine optische Abbildung der optischen Empfangsstrahlung 24.
Zur Selektion einer Sensoreinheit 2, 20 ist die optomechanische Scaneinheit 13 des optischen Scanners 1 vorgesehen, die sowohl für den Sendepfad, d. h. für das optische Sendesignal 111 und die optische Sendestrahlung 23, als auch für den Empfangspfad, d. h. für das optische Empfangssignal 112 und die optische Empfangsstrahlung 24, jeweils eine Umschalteinheit 14, 17 aufweist. Jede der beiden Umschalteinheiten 14, 17 weist eine Ablenkeinheit 15, 18 und eine optische Koppeleinheit 16, 19 auf. Die erste Umschalteinheit 14 im Sendepfad ist hierbei mit den Sendeoptiken 21 der Sendeeinheiten 2, 20 verbunden, die zweite Umschalteinheit 17 im Empfangspfad mit den Empfangsoptiken 22 der Sendeeinheiten 2, 20. Die optischen Kopppeleinheiten 16, 19 der beiden Umschalteinheiten 14, 17 weisen jeweils mindestens ein optisches Koppelelement 161, 162, 191, 192 auf, wobei das mindestens eine optische Koppelelement 161, 162 der ersten Umschalteinheit 14 im Sendepfad als Einkoppeloptik zur Einkopplung des optischen Sendesignals 111 in die zu den weiteren Sensoreinheiten 2 hinführenden Lichtwellwellenleiter 31 dient, während das mindestens eine optische Koppelelement 191, 192 der zweiten Umschalteinheit 17 im Empfangspfad als Auskoppeloptik zur Auskopplung des optischen Empfangssignals 112 aus den von den weiteren Sensoreinheiten 2 herführenden Lichtwellwellenleiter 32 dient. Die im optischen Scanner 1 bsp. nach der optomechanischen Scaneinheit 13 angeordnete Sensoreinheit 20 ist über jeweils eine optische Strecke 35, 36 mit den beiden Ablenkeinheiten 15, 18 verbunden. Die Umschaltung durch die beiden Umschalteinheiten 14, 17 der optomechanischen Scaneinheit 13 erfolgt durch mechanische Bewegung der optischen Achse des optischen Scanners 1 mittels der jeweiligen Ablenkeinheit 15, 18, wodurch das optische Sendesignal 111 bzw. das optische Empfangssignal 112 auf die Koppeleinheiten 14, 17 und damit auf das dem Lichtwellenleiter 31, 32 zugeordnete mindestens eine optische Koppelelement 161, 162, 191, 192 oder auf die als Verbindung zur Sensoreinheit 20 vorgesehenen optischen Strecken 35, 36 gerichtet wird.
In der Fig. 2 und der Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau der optomechanischen Scaneinheit 13 des optischen Scanners 1 für zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele der optischen Koppeleinheit 16, 19 dargestellt. Die optischen Koppelelemente 161, 162, 191, 192 sind hierbei im Schaltbereich 43 als dem nicht vom optischen Scanner 1 erfaßten Winkelbereich (Scanbereich 42 im Öffnungsfeld 41) angeordnet. Gemäß der Fig. 2 ist für jeden der Lichtwellenleiter 31, 32 ein diesen zugeordnetes . separates optisches Koppelelement 161, 191 als Einkoppeloptik 161 bzw. Auskoppeloptik 191 vorgesehen. Gemäß der Fig. 3 ist für alle Lichtwellenleiter 31 im Sendepfad und für alle Lichtwellenleiter 32 im Empfangspfad jeweils ein gemeinsames optisches Koppelelement 162, 192 vorgesehen, bsp. eine Linse als gemeinsames optisches Koppelelement 162, 192, deren Abbildung entsprechend der Variation der optischen Achse des optischen Scanners 1 den unterschiedlichen Lichtwellenleitern 31, 32 zugeordnet wird.
Je nach Positionierung und Anzahl der Sensoreinheiten 2, 20 des optischen Systems im oder am Kraftfahrzeug und damit der Erfassung unterschiedlicher Öffnungsfelder 4 sind in Abhängigkeit der Auswertung des optischen Empfangssignals 112 bzw. des umgewandelten Empfangssignals 117 durch die Steuereinheit 12 unterschiedliche Anwendungen als Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung und Entlastung des Fahrers des Kraftfahrzeugs denkbar. Insbesondere können mit diesem optischen System bsp. folgende Anwendungen realisiert werden: ein Folgebetrieb ("Adaptive Cruise Control"), bei dem der Verkehrsraum in der gedachten Fahrlinie des Kraftfahrzeugs erfaßt und abhängig ein automatischer Folgebetrieb hinter einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug ermöglicht wird und/oder eine stop and go Funktion, bei der insbesondere zur Unterstützung des Fahrers bei häufig wechselnden Anfahrvorgängen und Haltevorgängen der Freiraum vor dem Kraftfahrzeug ausgemessen und abhängig hiervon ein Folgebetrieb bis zum Stillstand des eigenen Kraftfahrzeugs und eine Beobachtung des kompletten Fahrspurbereichs unmittelbar vor dem Kraftfahrzeug ermöglicht wird und/oder eine frühzeitige Aufprallwarnung ("precrash warning"), bei der unter Zuhilfenahme einer Plausibiltätsalgorithmik dem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitgeteilt wird, ob ein "Crash" bevorsteht und/oder eine Konditionierung der Sicherheitseinrichtungen des Kraftfahrzeugs (bsp. Bremse, Airbag, Rückhaltesystem) vorgenommen wird und/oder eine Einparkhilfe, bei der die Entfernung zu Hindernissen bestimmt und dem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitgeteilt wird bzw. an eine Fahrregeleinrichtung weitergeleitet wird und/oder eine Parklückenvermessung, bei der dem Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Hilfe für das Abschätzen von Parklücken und damit eine Erleichterung für das Einparken zur Verfügung gestellt wird und/oder eine Überwachung des toten Winkels, bei der die sich im "toten Winkelbereich" befindlichen, für den Fahrer des Kraftfahrzeugs nicht einsehbaren Reflexionsobjekte erkannt und die für die eigene Fahrt als relevant klassifizierten Zielobjekte dem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitgeteilt werden.

Claims

1. Optisches System mit einem optischen Scanner (1) und mit mehreren, an unterschiedlichen Positionen in oder an einem Kraftfahrzeug angeordneten Sensoreinheiten (2, 20), die jeweils eine Sendeoptik (21) zur Emission von optischer Sendestrahlung (23) und eine Empfangsoptik (22) zur Detektion der nach Durchlaufen einer optischen Strecke (25) als Reflexionssignal erhaltenen optischen Empfangsstrahlung (24) aufweisen, wobei der optische Scanner (1) zumindest

a) eine Meßeinheit (11) zur Generierung eines optischen Sendesignals (111) als Grundlage für die optische Sendestrahlung (23) und zur Detektion eines aus der optischen Empfangsstrahlung (24) gewonnenen optischen Empfangssignals (112),

b) eine Steuereinheit (12) zur Bewertung der im Beobachtungsbereich aufgrund einer Laufzeitmessung des Reflexionssignals bestimmten Reflexionsobjekte

c) und eine optomechanische Scaneinheit (13) zur Ablenkung des optischen Sendesignals (111) und des optischen Empfangssignals (112) sowie zur Selektion einer der Sensoreinheiten (2, 20) aufweist.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optomechanische Scaneinheit (13) eine erste Umschalteinheit (14) mit einer ersten Ablenkeinheit (15) zur Ablenkung des optischen Sendesignals (111) und mit einer mit den Sendeoptiken (21) der Sensoreinheiten (2) verbundenen ersten optischen Koppeleinheit (16) sowie eine zweite Umschalteinheit (17) mit einer zweiten Ablenkeinheit (18) zur Ablenkung des optischen Empfangssignals (112) und mit einer mit den Empfangsoptiken (22) der Sensoreinheiten (2) verbundenen zweiten optischen Koppeleinheit (19) aufweist.

3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensoreinheit (20) im optischen Scanner (1) angeordnet ist und mit der optomechanischen Scaneinheit (13) über mindestens eine optische Strecke (35, 36) verbunden ist, und daß die weiteren Sensoreinheiten (2) über jeweils mindestens einen Lichtleiter (31, 32) mit der optomechanischen Scaneinheit (13) verbunden sind.

4. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Koppeleinheit (16) über jeweils einen Lichtleiter (31) mit den Sendeoptiken (21) der weiteren Sensoreinheiten (2) verbunden ist, und daß die zweite optische Koppeleinheit (19) über jeweils einen Lichtleiter (32) mit den Empfangsoptiken (22) der weiteren Sensoreinheiten (2) verbunden ist.

5. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Koppeleinheit (16) über mindestens ein optisches Koppelelement (161, 162) an die mit den Sendeoptiken (21) der weiteren Sensoreinheiten (2) verbundenen Lichtleiter (31) gekoppelt ist, und daß die zweite optische Koppeleinheit (19) über mindestens ein optisches Koppelelement (191, 192) an die mit den Empfangsoptiken (22) der weiteren Sensoreinheiten (2) verbundenen Lichtleiter (32) gekoppelt ist.

6. Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Koppeleinheit (16) über jeweils ein, einem Lichtleiter (31) zugeordnetes optisches Koppelelement (161) an diesen mit den Sendeoptiken (21) der Sensoreinheiten (2) verbundenen Lichtleiter (31) gekoppelt ist, und daß die zweite optische Koppeleinheit (19) über jeweils ein, einem Lichtleiter (32) zugeordnetes optisches Koppelelement (191) an diesen mit den Empfangsoptiken (22) der Sensoreinheiten (2) verbundenen Lichtleiter (32) gekoppelt ist.

7. Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Koppeleinheit (16) über ein gemeinsames optisches Koppelelement (162) an die mit den Sendeoptiken (21) der weiteren Sensoreinheiten (2) verbundenen Lichtleiter (31) gekoppelt ist, und daß die zweite optische Koppeleinheit (19) über ein gemeinsames optisches Koppelelement (192) an die mit den Empfangsoptiken (22) der weiteren Sensoreinheiten (2) verbundenen Lichtleiter (32) gekoppelt ist.

8. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sendeeinheit (113) der Meßeinheit (11) mindestens ein Sendeelement (114) zur Generierung des optischen Sendesignals (111) aufweist, und daß eine Empfangseinheit (115) der Meßeinheit (11) mindestens ein Empfangselement (116) zur Detektion des aus der optischen Empfangsstrahlung (24) gewonnenen optischen Empfangssignals (112) aufweist.

9. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeoptiken (21) der Sensoreinheiten (2, 20) und die Empfangsoptiken (23) der Sensoreinheiten (2, 20) als optische Elemente zumindest jeweils eine Linse oder einen abbildenden Spiegel als Optikkörper aufweisen.

10. Optisches System nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeoptiken (21) der weiteren Sensoreinheiten (2) als optische Elemente die Endflächen (33) der Lichtleiter (31) und die Empfangsoptiken (23) der weiteren Sensoreinheiten (2) als optische Elemente die Endflächen (34) der Lichtleiter (32) aufweisen.

11. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit (113) der Meßeinheit (11) ein pulsförmiges optisches Sendesignal (111) oder eine vorgegebene Bitfolge im infraroten Spektralbereich generiert.

12. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheiten (2, 20) für mehrere unterschiedliche Anwendungszwecke vorgesehen sind.

13. Optisches System nach Ansprüch 11 zur Längsregelung des Kraftfahrzeugs und/oder zur frühzeitigen Aufprallwarnung vor dem Frontaufprall und/oder vor dem Seitenaufprall und/oder vor dem rückwärtigen Aufprall von Reflexionsobjekten auf das Kraftfahrzeug und/oder zur Erkennung von sich im toten Winkelbereich des Kraftfahrzeugs befindlichen Reflexionsobjekten und/oder als Einparkhilfe für das Kraftfahrzeug.