DE102016004334A1 - Sensor device for detecting environmental information and method for operating the same - Google Patents

Sensor device for detecting environmental information and method for operating the same Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung (1) mit einem LIDAR-Sendeempfänger zur Erfassung von Umgebungsinformationen, aufweisend eine Sendeeinheit (2) zum Senden von Laserstrahlung in einem zu erfassenden Umgebungserfassungswinkelbereich (8), mit einer Empfangseinheit (3) zum Empfangen von durch Objekte (20, 31) im Umgebungserfassungswinkelbereich (8) zurückgeworfene Laserstrahlung, sowie mit einer Steuerungs- und Auswerteeinrichtung (10) zum Auswerten der zurückgeworfenen Laserstrahlung nach einem Laufzeit- oder Phasenverschiebungsverfahren, um die Lage und den Abstand dieser Objekte (20, 31) relativ zur Empfängereinheit (3) zu ermitteln und zu signalisieren, wobei die Sendeeinheit (2) und die Empfangseinheit (3) bewegungsfest angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit (2) einen Laser (4), ein lichtbeugendes optisches Element (5) und ein lichtzerstreuendes optisches Element (6) aufweist, wobei der Umgebungserfassungswinkelbereich (8) in mehrere Winkelteilbereiche (8a–8e) unterteilt ist, wobei jedem Winkelteilbereich (8a–8e) ein gebeugter Einzelstrahl (7a–7e) zugeordnet ist, und dass die Empfangseinheit (3) ein lichtsammelndes optisches Element (14, 17, 27, 41–43) aufweist, welches die von Objekten (20, 31) in dem Umgebungserfassungswinkelbereich (8) zurückgeworfene Laserstrahlung für jeden Einzelstrahl (7a–7e) in einen eigenen Bildpunkt (16a–16e) auf jeweils einem lichtdetektierenden elektronischen Empfangselement (12a–12e) in einer Empfangsebene (15) der Empfangseinheit (3) fokussiert und/oder ablenkt.The invention relates to a sensor device (1) having a LIDAR transceiver for acquiring environmental information, comprising a transmitting unit (2) for transmitting laser radiation in an ambient detection angle range (8) to be detected, having a receiving unit (3) for receiving objects (20 31) in the ambient detection angle range (8) reflected laser radiation, as well as with a control and evaluation device (10) for evaluating the returned laser radiation according to a transit time or phase shift method to the position and the distance of these objects (20, 31) relative to the receiver unit ( 3) to determine and signal, wherein the transmitting unit (2) and the receiving unit (3) are arranged immovably. According to the invention, the transmitting unit (2) has a laser (4), a light-diffractive optical element (5) and a light-diffusing optical element (6), wherein the ambient detection angle range (8) is subdivided into a plurality of angular sub-ranges (8a-8e), wherein each angular subarea (8a-8e) is associated with a diffracted single beam (7a-7e), and in that the receiving unit (3) comprises a light-collecting optical element (14, 17, 27, 41-43) corresponding to the objects (20, 31) focused in the ambient detection angle range (8) laser radiation for each individual beam (7a-7e) in a separate pixel (16a-16e) on each of a light-detecting electronic receiving element (12a-12e) in a receiving plane (15) of the receiving unit (3) focused and / or distracts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung mit einem LIDAR-Sendeempfänger zur Erfassung von Umgebungsinformationen, aufweisend eine Sendeeinheit zum Senden von gepulster oder elektronisch modulierter Laserstrahlung in einem mittels des LIDAR-Sendeempfängers zu erfassenden Umgebungserfassungswinkelbereich, und eine Empfangseinheit zum Empfangen von zurückgestreuter Laserstrahlung, die durch die gesendete Laserstrahlung entstanden und von Objekten in einem Umgebungserfassungswinkelbereich zurückgeworfen worden ist, sowie mit einer Steuerungs- und Auswerteeinrichtung zum Auswerten der von diesen Objekten zurückgeworfenen Laserstrahlung nach einem Laufzeit- oder Phasenverschiebungsverfahren, um die Lage und den Abstand dieser Objekte relativ zu dem LIDAR-Sendeempfänger zu ermitteln und zu signalisieren, und bei der sämtliche Komponenten der Sendeeinheit sowie der Empfangseinheit zum Senden und Empfangen von Laserstrahlung bewegungsfest angeordnet sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Sensoreinrichtung.The invention relates to a sensor device with a LIDAR transceiver for detecting environmental information, comprising a transmitting unit for transmitting pulsed or electronically modulated laser radiation in a detected by the LIDAR transceiver ambient detection angle range, and a receiving unit for receiving backscattered laser radiation transmitted through the transmitted Laser radiation has arisen and has been reflected by objects in an ambient detection angle range, as well as with a control and evaluation device for evaluating the reflected back from these objects laser radiation according to a transit time or phase shift method to determine the position and distance of these objects relative to the LIDAR transceiver and to signal, and in which all the components of the transmitting unit and the receiving unit for transmitting and receiving laser radiation are arranged immovably. Moreover, the invention relates to a method for operating such a sensor device.

Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Umgebungsinformationen werden für verschiedene Funktionen ständig weiterentwickelt, beispielsweise zur Erfassung von Umgebungsinformationen im Nah- und Fernbereich von Fahrzeugen sowie Flugzeugen, zur Sammlung von Umweltdaten oder in der Sicherheitstechnik zum Überwachen von Arbeitsbereichen von Maschinen. In Fahrerunterstützungssystemen von Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen und Bussen werden sie als Hilfsmittel zur Fahrerinformation und zur Unfallvermeidung bei der Erkennung von Hindernissen oder gefährdeten Verkehrsteilnehmern im Front-, Heck- oder im Totwinkel-Bereich des Kraftfahrzeugs genutzt.Environmental information sensing devices continue to evolve for various functions, such as sensing environmental information in the near and far range of vehicles and aircraft, collecting environmental data, or in safety engineering to monitor work areas of machinery. In driver assistance systems of passenger cars, commercial vehicles and buses they are used as an aid to driver information and accident prevention in the detection of obstacles or vulnerable road users in the front, rear or blind spot area of the motor vehicle.

Derartige Sensoreinrichtungen können auf optischen Verfahren wie der LIDAR-Technik beruhen, bei der eine Sendeeinheit einen oder mehrere gepulste oder elektronisch modulierte Laserstrahlen im ultravioletten, visuellen oder infraroten Wellenlängenbereich aussendet, und eine Empfangseinheit das von einem Objekt durch Streuung, Reflexion oder Absorptions-Emission zurückgeworfene Licht zeitlich, räumlich und/oder wellenlängenselektiv detektiert. Das von einem Objekt zurückgeworfene Licht wird auf einen lichtempfindlichen Detektor, wie eine einzelne Empfangsdiode oder ein Dioden-Array gelenkt und in einer zugehörigen Elektronik in ein elektrisches Empfangssignal umgewandelt. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal kann nach einem bekannten Lichtpulslaufzeitverfahren (englisch: Time-of-Flight, TOF), bei dem die Pulssignale zeitlich und/oder räumlich aufgelöst oder gemittelt betrachtet werden, der relative Abstand und die Richtung beziehungsweise Lage des detektierten Objekts zum Sender ermittelt werden. Bei einem anderen bekannten Verfahren kann eine Phasenverschiebung zwischen den Laserstrahlen und den reflektierten Strahlen zur Objektentfernungsmessung ausgewertet werden. Bildgebende LIDAR-Verfahren und/oder zusätzliche Kameras ermöglichen zudem eine Formerkennung, um beispielsweise Fußgänger oder Radfahrer im Umfeld eines Fahrzeugs leichter zu erkennen.Such sensor devices may be based on optical methods such as the LIDAR technique in which a transmitter unit emits one or more pulsed or electronically modulated laser beams in the ultraviolet, visual or infrared wavelength range, and a receiver unit that reflects back from an object by scattering, reflection or absorption emission Detected light temporally, spatially and / or wavelength-selectively. The reflected light from an object is directed to a photosensitive detector, such as a single receiving diode or a diode array, and converted into an electrical received signal in associated electronics. From the time interval between the transmission signal and the received signal, the relative distance and the direction or position can be considered according to a known light pulse transit time method (time-of-flight, TOF) in which the pulse signals are temporally and / or spatially resolved or averaged the detected object to the transmitter are determined. In another known method, a phase shift between the laser beams and the reflected beams for object distance measurement can be evaluated. Imaging LIDAR methods and / or additional cameras also enable shape recognition to make it easier to recognize, for example, pedestrians or cyclists in the vicinity of a vehicle.

Bekannte optische Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Umgebungsinformationen weisen eine drehbare Einheit auf, in der eine Sendeeinheit oder eine der Sendeeinheit zugehörige Komponente, beispielsweise eine einzelne Laserdiode oder eine Laserzeile, und eine Empfangseinheit oder eine der Empfangseinheit zugehörige Komponente, beispielsweise ein im 45°-Winkel zur Drehachse geneigter Spiegel, koaxial auf einer Rotationsachse angeordnet und durch einen Motor gemeinsam sowie synchron antreibbar sind. Ein derartiger Laserscanner ermöglicht eine Rundumabtastung mit einer hohen Winkelauflösung. Meistens wird jedoch als Sichtfeld (englisch: Field of View, FOV) der Sensoreinrichtung ein auf die jeweilige Anwendung bezogener bestimmter kleinerer Winkelbereich, beispielsweise ein Öffnungswinkel von 180°, festgelegt.Known optical sensor devices for detecting environmental information have a rotatable unit in which a transmitting unit or a transmission unit associated component, such as a single laser diode or a laser line, and a receiving unit or the receiving unit associated component, for example, a 45 ° angle to Rotary axis inclined mirror, arranged coaxially on a rotation axis and by a motor together and synchronously driven. Such a laser scanner allows a Rundumabtastung with a high angular resolution. In most cases, however, the field of view (FOV) of the sensor device is a specific smaller angular range, for example an opening angle of 180 °, which is related to the respective application.

Eine drehbare Scanner-Einheit wird meistens bei relativ hohen Drehzahlen betrieben und unterliegt einem entsprechenden mechanischen Verschleiß, was zu einer begrenzten maximalen Gebrauchsdauer führt. Ein Motorantrieb benötigt einen relativ großen Bauraum in einem Sensorgehäuse, verbraucht elektrische Energie und ist zudem vergleichsweise teuer. Diese Nachteile können durch LIDAR-Sensoren vermieden werden, welche ohne bewegliche Komponenten auskommen.A rotatable scanner unit is usually operated at relatively high speeds and is subject to a corresponding mechanical wear, resulting in a limited maximum service life. A motor drive requires a relatively large space in a sensor housing, consumes electrical energy and is also relatively expensive. These disadvantages can be avoided by LIDAR sensors, which manage without moving components.

Die US 6,664,529 B2 zeigt eine derartige Sensoreinrichtung mit einem LIDAR-Sendeempfänger ohne bewegliche Komponenten. Der LIDAR-Sendeempfänger umfasst einen Sender zur Emission eines Entfernungsmesssignals und einen Empfänger zum Empfangen dieses Entfernungsmesssignals, wenn es von einem Objekt reflektiert wird. Der Sender weist einen oder mehrere Laser auf, welche einen oder mehrere Strahlen, Fächer oder Felder von Laserstrahlung emittieren können. Der Empfänger weist eine eindimensionale oder zweidimensionale Anordnung von einem oder mehreren LIDAR-Detektoren auf, welche die zurückkehrende Laserstrahlung detektieren. Der LIDAR-Sendeempfänger detektiert einen eindimensionalen Punkt oder ein zweidimensionales Feld von getrennten Abstandsdatensignalen zu Objekten, welche durch den LIDAR-Sendeempfänger erfasst worden sind. Gleichzeitig werden von einer digitalen Kamera passive Bilddatensignale von der Umgebung in einer eindimensionalen oder zweidimensionalen Brennebenen-Anordnung von Detektoren aufgenommen. Die Abstandsdatensignale und die Bilddatensignale werden einander elektronisch zugeordnet, um eine 3-dimensinale Darstellung der Umgebung zu erzeugen.The US 6,664,529 B2 shows such a sensor device with a LIDAR transceiver without moving components. The LIDAR transceiver includes a transmitter for emitting a range finding signal and a receiver for receiving that rangefinder signal when reflected from an object. The transmitter has one or more lasers that can emit one or more beams, fans or fields of laser radiation. The receiver has a one-dimensional or two-dimensional array of one or more LIDAR detectors which detect the returning laser radiation. The LIDAR transceiver detects a one-dimensional point or a two-dimensional array of separate distance data signals to objects detected by the LIDAR transceiver. At the same time, a digital camera transmits passive image data signals from the environment in a one-dimensional or two-dimensional focal plane array of detectors. The distance data signals and the image data signals are electronically associated with one another to produce a 3-dimensional representation of the environment.

Die US 8,072,581 B1 zeigt und beschreibt ein Laser-Entfernungsmess-System mit einer sogenannten Blitzlicht (englisch: Flash)-LIDAR-Sensoreinheit ohne bewegliche Teile. Eine Entfernungsmessung mit diesem System beruht auf der Auswertung von Einzelbildern nach der erwähnten TOF-Methode, wobei jedes Einzelbild durch einen einzelnen Laserpuls erzeugt wird, welcher das gesamte Sichtfeld des Sensors beleuchtet. Die Sensoreinheit weist einen Sender zum Senden von Laserpulsen und einen Empfänger zum Empfangen von hierdurch entstandenen Eingangslichtsignalen auf, welche von Objekten reflektiert worden sind. Der Sender besteht aus einem Laser zum Abstrahlen eines Laserstrahls, welcher durch eine Aufweitungsoptik über das Sichtfeld des Sensors aufgeweitet wird. Der Empfänger weist einen Sensor und eine Empfangsoptik zur Detektion des im Sichtfeld zurückgeworfenen Lichts auf.The US 8,072,581 B1 shows and describes a laser rangefinder system with a so-called Flash LIDAR sensor unit without moving parts. A distance measurement with this system is based on the evaluation of individual images according to the aforementioned TOF method, wherein each individual image is generated by a single laser pulse which illuminates the entire field of view of the sensor. The sensor unit has a transmitter for transmitting laser pulses and a receiver for receiving input light signals which have been reflected thereby and which have been reflected by objects. The transmitter consists of a laser for emitting a laser beam, which is widened by an expansion optics over the field of view of the sensor. The receiver has a sensor and a receiving optics for detecting the reflected light in the field of view.

Aus der DE 10 2015 101 722 A1 ist ein LIDAR-Sensor mit einem Sichtfeld von 180° für ein Fahrzeug bekannt. Der Sensor weist eine Mehrzahl von Vertikalhohlraumresonator-Oberflächenemissionslaser (englisch: Vertical Cavity Surface Emitting Laser [VCSEL])-Arrays auf, die ihrerseits jeweils aus einer Mehrzahl von VCSELs bestehen. Die VCSELs sind Dauerstrichlaser. Jeder dieser Dauerstrichlaser kann mit einer vorgebbaren Einschaltdauer angesteuert werden. An jedem der VCSEL-Arrays ist jeweils eine Linse angeordnet, die einen Laserstrahl von jedem VCSEL des jeweiligen Arrays empfängt und diese Laserstrahlen zu einem Strahlbündel fokussiert, so dass von jedem VCSEL-Array ein derart gebündelter Laserstrahl ausgeht und ein Fächer von derart gebündelten Laserstrahlen entsteht, der in einen Umgebungserfassungswinkelbereich abstrahlt. Die VCSEL-Arrays sind an einem halbkreisförmigen Gehäuse umfangsbezogen in einer Reihe montiert. Axial zu der Reihe benachbart ist eine zweite Reihe mit Empfängern angeordnet, wobei jedem Sender-Array jeweils ein Empfänger zugeordnet ist. Zur Entfernungsmessung von Objekten im Sichtfeld werden die ausgesendeten Laserstrahlen amplitudenmoduliert, um eine bestimmte Wellenform mit einer bestimmten Frequenz zu erzeugen. Die von Objekten reflektierten Wellen weisen eine Phasenverschiebung auf, die vom Empfänger detektiert wird. Aus der Phasenverschiebung kann der Abstand zu den Objekten bestimmt werden.From the DE 10 2015 101 722 A1 is a LIDAR sensor with a field of view of 180 ° for a vehicle known. The sensor comprises a plurality of Vertical Cavity Surface Emitting Lasers [VCSEL] arrays, each of which is composed of a plurality of VCSELs. The VCSELs are continuous wave lasers. Each of these continuous wave lasers can be controlled with a predefined duty cycle. At each of the VCSEL arrays, a lens is arranged in each case, which receives a laser beam from each VCSEL of the respective array and focuses these laser beams into a beam so that each bundled laser beam emanates from each VCSEL array and a fan of such bundled laser beams is formed which radiates into an ambient detection angle range. The VCSEL arrays are mounted on a semi-circular housing circumferentially in a row. Axially adjacent to the row is a second row of receivers, with each transmitter array each having a receiver associated therewith. To measure the distance of objects in the field of view, the emitted laser beams are amplitude modulated to produce a particular waveform at a particular frequency. The waves reflected by objects have a phase shift detected by the receiver. From the phase shift, the distance to the objects can be determined.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Sensoreinrichtung ohne bewegte Komponenten zur Erfassung von Umgebungsinformationen vorzustellen, die einen großen horizontalen Öffnungswinkel beziehungsweise Erfassungsbereich abdecken kann und außerdem kompakt aufgebaut sowie im Herstellungsaufwand günstig ist. Diese Sensoreinrichtung soll in einem oder durch ein Fahrerunterstützungssystem eines Fahrzeugs nutzbar sein. Außerdem soll ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung beschrieben werden.The invention has for its object to present a generic sensor device without moving components for the detection of environmental information that can cover a large horizontal opening angle or detection range and also has a compact design and low production costs. This sensor device should be usable in or by a driver support system of a vehicle. In addition, a method for operating a sensor device according to the invention is to be described.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Laserscanner zur Umgebungserfassung ohne bewegte Elemente gegenüber Laserscannern mit drehbaren Sende- und Empfangseinheiten hinsichtlich Kosten, Baugröße sowie maximaler Gebrauchsdauer und Robustheit von Vorteil sind. Eine solche Sensoreinrichtung kann mit Hilfe von Bildpunkte (Pixel) auflösenden Detektortechniken, wie sie beispielsweise in digitalen Kameras oder anderen Bilderfassungssystemen verwendet werden, in Kombination mit einem optischen Aufbau erreicht werden. Der optische Aufbau soll Idealerweise die Abstrahlung einer einzigen Laserstrahlquelle in einen gewünschten horizontalen Öffnungswinkel verteilen, so dass der Umgebungserfassungswinkelbereich im Gegensatz zu rotierenden abtastenden Scannern in Gänze vollständig ausgeleuchtet werden kann. Dabei soll eine winkelaufgelöste Entfernungsmessung von Objekten in dem ausgeleuchteten, Umgebungserfassungswinkelbereich möglich sein. Ein Aufbau mit diesen Eigenschaften kann sich die Lichtbeugung an einem Mehrfachspalt zunutze machen, um aus einer Laserquelle Einzelstrahlen zu erzeugen, welche in verschiedenen Richtungen abstrahlen. Die Einzelstrahlen können im weiteren Strahlengang des Aufbaus mittels Optiken gezielt in den Umgebungserfassungswinkelbereich abgelenkt werden. Die von Objekten zurückgeworfenen Einzelstrahlen können pixelweise mittels fotoempfindlicher Detektoren, wie einer Sensorzeile, ausgewertet werten.The invention is based on the recognition that laser scanners for environment detection without moving elements are advantageous compared to laser scanners with rotatable transmitting and receiving units in terms of cost, size and maximum service life and robustness. Such a sensor device can be achieved using pixel-resolving detector techniques, such as those used in digital cameras or other imaging systems, in combination with an optical design. Ideally, the optical assembly should distribute the radiation of a single laser beam source to a desired horizontal aperture angle so that the ambient coverage angle range, unlike rotating scanning scanners, can be fully illuminated entirely. In this case, an angle-resolved distance measurement of objects in the illuminated, ambient detection angle range should be possible. A design with these properties can exploit light diffraction at a multiple slit to create single beams from a laser source which radiate in different directions. The individual beams can be deflected in the further beam path of the structure by means of optics targeted in the ambient detection angle range. The individual beams reflected by objects can be evaluated pixel by pixel by means of photosensitive detectors, such as a sensor line.

Die Erfindung geht daher aus von einer Sensoreinrichtung mit einem LIDAR-Sendeempfänger zur Erfassung von Umgebungsinformationen, aufweisend eine Sendeeinheit zum Senden von gepulster oder elektronisch modulierter Laserstrahlung in einem mittels des LIDAR-Sendeempfängers zu erfassenden Umgebungserfassungswinkelbereich, und eine Empfangseinheit zum Empfangen von zurückgestreuter Laserstrahlung, die durch die gesendete Laserstrahlung entstanden und von Objekten in einem Umgebungserfassungswinkelbereich zurückgeworfen worden ist, sowie mit einer Steuerungs- und Auswerteeinrichtung zum Auswerten der von diesen Objekten zurückgeworfenen Laserstrahlung nach einem Laufzeit- oder Phasenverschiebungsverfahren, um die Lage und den Abstand dieser Objekte relativ zu dem LIDAR-Sendeempfänger zu ermitteln und zu signalisieren, und bei der sämtliche Komponenten der Sendeeinheit sowie der Empfangseinheit zum Senden und Empfangen von Laserstrahlung bewegungsfest angeordnet sind.The invention is therefore based on a sensor device with a LIDAR transceiver for detecting environmental information, comprising a transmitting unit for transmitting pulsed or electronically modulated laser radiation in an environment detection angle range to be detected by the LIDAR transceiver, and a receiving unit for receiving backscattered laser radiation originated by the transmitted laser radiation and has been reflected by objects in an ambient detection angle range, and with a control and evaluation device for evaluating the laser radiation reflected by these objects according to a transit time or phase shift method in order to determine the position and the distance of these objects relative to the LIDAR Transmitter to identify and signal, and in which all components of the transmitting unit and the Receiving unit for transmitting and receiving laser radiation are arranged immovably.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung bei dieser Sensoreinrichtung vor, dass die Sendeeinheit in Abstrahlrichtung hintereinander folgendes umfasst:

  • – mindestens einen Laser, der mindestens einen gepulsten oder elektronisch modulierten Laserstrahl aussenden kann,
  • – mindestens ein lichtbeugendes optisches Element, an dem der mindestens eine Laserstrahl in verschiedene Richtungen gebeugt werden kann, sowie
  • – mindestens ein lichtzerstreuendes optisches Element, welches die gebeugte Laserstrahlung so zerstreuen kann, dass der vorgegebene Umgebungserfassungswinkelbereich zeitgleich vollständig oder in Winkelschritten zeitlich nacheinander erfassbar ist, wobei der Umgebungserfassungswinkelbereich in mehrere Winkelteilbereiche unterteilt ist, und bei der jedem Winkelteilbereich ein gebeugter Einzelstrahl zugeordnet ist, welcher diesen Winkelteilbereich erfasst, und dass die Empfangseinheit in Empfangsrichtung hintereinander folgendes umfasst:
  • – mindestens ein lichtsammelndes und/oder lichtablenkendes optisches Element, welches die von Objekten in dem Umgebungserfassungswinkelbereich zurückgeworfenen Einzelstrahlen so sammelt und/oder ablenkt, dass jeder zurückgeworfene Einzelstrahl in einen gesonderten Bildpunkt auf einer Empfangsebene der Empfangseinheit fokussiert und/oder ablenkt ist,
  • – mindestens ein lichtdetektierendes elektronisches Empfangselement je Bildpunkt, welches in der Empfangsebene angeordnet ist und mittels dem die in dem Bildpunkt erfasste Laserstrahlung in ein elektrisches Objektentfernungsmesssignal umformbar ist, und mittels dem dieses Objektentfernungsmesssignal an die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung signalisierbar ist,
  • – wobei die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung elektronische Mittel aufweist, mittels denen aus den erfassten Objektentfernungsmesssignalen die Lage und den Abstand von in dem Umgebungserfassungswinkelbereich detektierten Objekten relativ zur Empfängereinheit ermittelbar sowie als Umgebungsinformation zur Verfügung stellbar sind.
To achieve the object, the invention provides in this sensor device that the transmitting unit in the emission direction comprises one after the other:
  • At least one laser capable of emitting at least one pulsed or electronically modulated laser beam,
  • - At least one light-diffractive optical element on which the at least one laser beam can be diffracted in different directions, and
  • At least one light-diffusing optical element which can diffuse the diffracted laser radiation such that the predetermined ambient detection angle range can be detected simultaneously in time or in angular increments, wherein the ambient detection angle range is subdivided into a plurality of angular subranges, and wherein each diffracted portion is associated with a diffracted single beam detects this angle subarea, and that the receiving unit in the receive direction successively comprises:
  • At least one light-collecting and / or light-deflecting optical element which collects and / or deflects the individual beams reflected by objects in the ambient detection angle range such that each reflected individual beam is focused and / or deflected into a separate pixel on a receiving plane of the receiving unit,
  • At least one light-detecting electronic receiving element per pixel, which is arranged in the receiving plane and by means of which the laser radiation detected in the pixel is convertible into an electrical object distance measuring signal, and by means of which this object distance measuring signal can be signaled to the control and evaluation device,
  • Wherein the control and evaluation device comprises electronic means by means of which the position and the distance of objects detected in the ambient detection angle range relative to the receiver unit can be determined from the detected object distance measuring signals and also provided as environmental information.

Diese Sensoreinrichtung weist demnach eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit auf, welche ohne bewegte Elemente ausgebildet sind, und die einen relativ großen Öffnungswinkel der Umgebung mit einer hohen Winkelauflösung erfassen kann. Die Sensoreinrichtung benötigt dafür relativ wenige einzelne Bauteile und ist dadurch besonderes kompakt, kostengünstig und langlebig ausgebildet.This sensor device accordingly has a transmitting unit and a receiving unit, which are formed without moving elements, and which can detect a relatively large opening angle of the surroundings with a high angular resolution. The sensor device requires relatively few individual components and is therefore designed to be particularly compact, inexpensive and durable.

Gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Sensoreinrichtung kann die Sendeeinheit genau eine Laserdiode sowie genau ein lichtbeugendes optisches Element aufweisen, wobei das lichtbeugende optische Element der einen Laserdiode im Strahlengang nachgeordnet ist. Demnach kann die Sendeeinheit aus nur einer Sendediode und einem optischen Beugungselement bestehen, um den Laserstrahl der Sendediode in viele Einzelstrahlen aufzuspalten.According to a first embodiment of this sensor device, the transmitting unit can have exactly one laser diode and exactly one light-diffractive optical element, wherein the light-diffractive optical element is arranged downstream of a laser diode in the beam path. Accordingly, the transmitting unit can consist of only one transmitting diode and one optical diffraction element in order to split the laser beam of the transmitting diode into many individual beams.

Eine dazu alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Sendeeinheit mehrere Laser aufweist, die zu einem Laser-Array, also hinsichtlich ihrer Austrittsöffnungen in einer Fläche angeordnet sind. Ein solches Laser-Array kann vorteilhaft sein, wenn eine besonders hohe Strahldichte über den gesamten Umgebungserfassungswinkelbereich gefordert wird. Andererseits können mehrere besonders kostengünstige Laser mit vergleichsweise niedriger Leistung in einem Array verwendet werden, wenn ausreichend Bauraum in einem Sensorgehäuse zur Verfügung steht.An alternative embodiment provides that the transmitting unit has a plurality of lasers, which are arranged to form a laser array, that is, with regard to their outlet openings in a surface. Such a laser array can be advantageous if a particularly high beam density is required over the entire range of the coverage of the surroundings. On the other hand, several particularly low-cost lasers with comparatively low power can be used in an array if sufficient space is available in a sensor housing.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine lichtbeugende optische Element der Sendeeinheit ein optisches Transmissionsgitter ist, welches als ein Mehrfachspalt wirksam ist. Fällt monochromatisches, kohärentes Licht auf einen Mehrfachspalt, so entstehen durch Beugung in m verschiedenen Richtungen scharfe Hauptmaxima gemäß der Formel sinαm = ±m λ / g, wobei α der Winkel zur Spaltnormalen, m die Ordnungszahl, λ die Wellenlänge und g die Gitterkonstante, also der Abstand zweier Spalte N sind. Die Schärfe der Hauptmaxima steigt mit der Anzahl der Spalte N. Demnach kann ein einziger Laserstrahl und ein diffraktives Element, insbesondere ein Beugungsgitter, verwendet werden, um die Abstrahlung des Lasers auf eine Vielzahl einzelner statischer Laserstrahlen aufzuteilen. Die so erzeugten Einzelstrahlen können über ein lichtzerstreuendes optisches Element jeweils in einen zugeordneten korridorartigen Winkelteilbereich gelenkt werden.According to a further embodiment of the invention, it can be provided that the at least one light-diffractive optical element of the transmitting unit is an optical transmission grating which is effective as a multiple slit. If monochromatic, coherent light falls on a multiple slit, diffraction in m different directions results in sharp main maxima according to the formula sin α m = ± m λ / g, where α is the angle to the normal of the gap, m is the ordinal number, λ is the wavelength and g is the lattice constant, ie the distance between two gaps N. The sharpness of the main maxima increases with the number of gaps N. Thus, a single laser beam and a diffractive element, in particular a diffraction grating, can be used to divide the radiation of the laser onto a plurality of individual static laser beams. The individual beams generated in this way can be directed via a light-scattering optical element in each case into an associated corridor-like angular section.

Das mindestens eine lichtzerstreuende optische Element der Sendeeinheit kann eine konkav-konvexe Zerstreuungslinse sein. Durch eine solche Zerstreuungslinse können die Einzelstrahlen in den Umgebungserfassungswinkelbereich der Sensoreinrichtung einfach verteilt werden.The at least one light-diffusing optical element of the transmitting unit may be a concave-convex diverging lens. By means of such a diverging lens, the individual beams can be easily distributed in the ambient detection angle range of the sensor device.

Bei einer dazu alternativen Ausführungsform kann das mindestens eine lichtzerstreuende optische Element der Sendeeinheit eine Fresnel-Linse sein. Fresnel-Linsen, wie sie beispielsweise aus Fahrzeugscheinwerfern bekannt sind, weisen eine ringförmige Stufenstruktur auf. Dadurch verringern sich Dicke, Volumen und Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Linsen. Hierdurch lässt sich die Baugröße der Sensoreinrichtung weiter verringern. Die schlechtere Abbildungsqualität der Fresnel-Linsen ist für die Entfernungsmessung der Sensoreinrichtung nachrangig.In an alternative embodiment, the at least one light-diffusing optical element of the transmitting unit may be a Fresnel lens. Fresnel lenses, as they are known for example from vehicle headlights, have an annular step structure. This will reduce Thickness, volume and weight compared to conventional lenses. As a result, the size of the sensor device can be further reduced. The poorer imaging quality of the Fresnel lenses is subordinate to the distance measurement of the sensor device.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine lichtzerstreuende optische Element der Sendeeinheit als ein Sende-Prismen-Array ausgebildet ist, welches beispielsweise eine halbkreisförmige Anordnung von Einzelprismen bildet. Bei einem solchen Sende-Prismen-Array ist jedem gebeugten Einzelstrahl ein Sende-Prisma zugeordnet, welches diesen Strahl gezielt in eine Richtung ablenkt. Dadurch kann die Sendeeinheit der Sensoreinrichtung leicht an jeden gewünschten Öffnungswinkel zur Umgebungserfassung angepasst werden.According to another embodiment of the invention it can be provided that the at least one light-diffusing optical element of the transmitting unit is formed as a transmitting prism array, which forms, for example, a semicircular arrangement of individual prisms. In such a transmission prism array each diffracted single beam is associated with a transmission prism, which deflects this beam targeted in one direction. As a result, the transmitting unit of the sensor device can be easily adapted to any desired opening angle for environmental detection.

Die Empfangseinheit ist dazu ausgebildet, um jeden von Objekten in der Umgebung zurückgeworfenen Einzelstrahl mittels jeweils eines zugeordneten Empfangselements zu detektieren. Mittels eines lichtsammelnden und/oder lichtablenkenden optischen Elements können die Einzelstrahlen gezielt und winkelaufgelöst auf eine Empfangsebene, in der die Empfangselemente angeordnet sind, gelenkt werden. Dieses lichtsammelnde und/oder lichtablenkende optische Element kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine einfache bikonvexe Sammellinse sein. Alternativ dazu kann eine bikonkave Linse vorgesehen sein.The receiving unit is designed to detect each individual beam reflected by objects in the environment by means of an associated receiving element. By means of a light-collecting and / or light-deflecting optical element, the individual beams can be directed targeted and angularly resolved to a receiving plane in which the receiving elements are arranged. This light-collecting and / or light-deflecting optical element may be a simple biconvex converging lens according to another embodiment. Alternatively, a biconcave lens may be provided.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine lichtsammelnde und/oder lichtablenkende optische Element der Empfangseinheit als ein Empfangs-Prismen-Array ausgebildet ist. Demnach können der Sender und/oder der Empfänger jeweils mit Prismen-Arrays ausgebildet sein, um mittels Einzelstrahlen einen gewünschten Öffnungswinkel der Sensoreinrichtung zu erfassen. Da die Maße der Anordnung bei dem jeweiligen Prismen-Array nicht durch eine Linsenbrennweite bestimmt sind, kann die Bauform der Sensoreinrichtung variabler an bauliche Vorgaben angepasst sein.According to another embodiment of the invention it can be provided that the at least one light-collecting and / or light-deflecting optical element of the receiving unit is designed as a receive prism array. Accordingly, the transmitter and / or the receiver can each be formed with prism arrays in order to detect a desired opening angle of the sensor device by means of individual beams. Since the dimensions of the arrangement in the respective prism array are not determined by a lens focal length, the design of the sensor device can be adapted to variable structural requirements.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Empfangselemente der Empfangseinheit einen zeilenförmigen oder flächenförmigen Sensor bilden, aus dem mit Hilfe einer nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren arbeitenden Photomisch-Kamera (PDM) oder Laufzeit-Kamera (TOF) ein Entfernungssignal zwischen dem Sensor und einem Objekt bildpunktweise direkt auslesbar ist.According to another embodiment of the invention can be provided that the receiving elements of the receiving unit form a line-shaped or planar sensor from which using a working according to the light pulse transit time photomixing camera (PDM) or runtime camera (TOF), a distance signal between the sensor and an object can be read out pixel by pixel directly.

Jedem Winkelteilbereich ist ein eigenes Empfangselement der Empfangseinheit zugeordnet. Bei der Empfangseinheit kann es sich demnach um ein Time-of-Flight basiertes Sensorarray, beispielsweise einen Zeilensensor, wie sie aus PMD-Kameras bekannt sind, handeln. Anstelle eines Zeilensensors kann ein flächenförmiger Sensor beziehungsweise eine flächige Sensor-Matrix vorgesehen sein, in der die Anzahl von Matrix-Elementen mit der Anzahl der Einzelstrahlen übereinstimmt. Aus jedem von Objekten zurückgeworfenem Einzelstrahl kann ein Entfernungssignal zu diesen Objekten ermittelt werden. Dadurch wird eine winkelaufgelöste Darstellung der Umgebung ermöglicht.Each angular section is assigned its own receiving element of the receiving unit. The receiving unit can therefore be a time-of-flight-based sensor array, for example a line sensor, as known from PMD cameras. Instead of a line sensor, a planar sensor or a planar sensor matrix may be provided, in which the number of matrix elements coincides with the number of individual beams. From each individual beam reflected by objects, a distance signal to these objects can be determined. This allows an angle-resolved representation of the environment.

Weiter kann bei einem flächenförmigen Sensor mit mehreren Sensorzeilen vorgesehen sein, dass die elektronischen Empfangselemente der jeweiligen Sensorzeile parallel oder geneigt zu einer Fahrbahn für das Fahrzeug oder zu einer gedachten planen Bodenfläche des Fahrzeugs ausgerichtet sind, derart, dass ein fahrbahnparalleler erster Umgebungserfassungswinkelbereich, und/oder ein schräg von der Fahrbahn weg gerichteter zweiter Umgebungserfassungswinkelbereich und/oder ein schräg zu der Fahrbahn hin gerichteter dritter Umgebungserfassungswinkelbereich erfasst wird.Furthermore, in the case of a planar sensor having a plurality of sensor lines, it may be provided that the electronic receiving elements of the respective sensor line are aligned parallel or inclined to a roadway for the vehicle or to an imaginary plane floor surface of the vehicle, such that a road-first parallel detection field region, and / or a second environment detection angle range directed obliquely away from the roadway and / or a third ambient detection angle range directed obliquely towards the roadway are detected.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung in einem Fahrerunterstützungssystem eines Nutzfahrzeugs oder Personenkraftwagens eingebaut oder mit dieser über wenigstens eine Steuerungsleitung und wenigstens eine Datenleitung verbunden ist.In addition, it can be provided that the sensor device is installed in a driver support system of a commercial vehicle or passenger car or connected to it via at least one control line and at least one data line.

Weiter kann eine solche Sensoreinrichtung zur Erfassung und Überwachung eines Totwinkel-Bereichs des Nutzfahrzeugs oder Personenkraftwagens ausgebildet sein, wobei der Umgebungserfassungswinkelbereich vorzugsweise 90° bis 270° beträgt, und wobei je Winkelgrad ein Winkelteilbereich durch je einen Einzelstrahl der Laserstrahlung erfassbar ist.Furthermore, such a sensor device can be designed to detect and monitor a blind spot area of the utility vehicle or passenger car, wherein the ambient coverage angle range is preferably 90 ° to 270 °, and wherein each angle degree an angular range can be detected by a single beam of laser radiation.

In einem fortschrittlichen Fahrerunterstützungssystem (ADAS: Advanced Driver Assistance System), wie beispielsweise einer zukünftigen Sensoreinrichtung zur frühzeitigen Erkennung gefährdeter Verkehrsteilnehmer (VRUD: Vulnerable Road User Detection) auf Basis eines LIDAR-Sendeempfängers zur Erfassung eines Winkelbereichs der Umgebung, kann eine erfindungsgemäß ausgebildete Sensoreinrichtung vorteilhaft eingesetzt werden und dabei positionsgenaue sowie hochaufgelöste Informationen zur zuverlässigen Erkennung von Verkehrsteilnehmern im Totwinkel-Bereich des Fahrzeugs liefern. Aus solchen Informationen kann das Auslösen von Warnsignalen abgeleitet werden sowie gegebenenfalls geeignete Steuerungsmaßnahmen, wie Bremsvorgänge oder Ausweichmanöver, eingeleitet werden, um dadurch zur Erhöhung der Verkehrssicherheit beitragen.In an advanced driver assistance system (ADAS), such as a future sensor device for early detection of vulnerable road users (VRUD: Vulnerable Road User Detection) based on a LIDAR transceiver for detecting an angular range of the environment, an inventively designed sensor device can be advantageous be used and deliver positionally accurate and high-resolution information for the reliable detection of road users in the blind spot area of the vehicle. From such information, the triggering of warning signals can be derived and, where appropriate, appropriate control measures, such as braking or evasive maneuvers, initiated, thereby contributing to increase traffic safety.

Der abzutastende Winkelbereich in einem derartigen Fahrerunterstützungssystem liegt beispielsweise zwischen 90° und 270°, vorzugsweise beträgt er jedoch 180°. Demnach ist es besonders vorteilhaft, den zu erfassenden Winkelbereich in 180 Winkelteilbereiche zu unterteilen und in der Sendeeinheit mittels der Anordnung gemäß der Erfindung 180 Einzelstrahlen zu erzeugen, wobei jedem Winkelteilbereich ein Einzelstrahl zugeordnet ist. Dadurch wird eine gleichzeitige Abtastung der Umgebung in einem Sichtfeld mit einem Öffnungswinkel von 180° mit einer Auflösung von 1° ermöglicht. The angular range to be scanned in such a driver assistance system is, for example, between 90 ° and 270 °, but is preferably 180 °. Accordingly, it is particularly advantageous to subdivide the angular range to be detected into 180 angular subregions and in the transmitting unit by means of the arrangement according to the invention 180 To produce individual beams, each angular section is assigned a single beam. This allows a simultaneous scanning of the environment in a field of view with an opening angle of 180 ° with a resolution of 1 °.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der beschriebenen Sensoreinrichtung. Dieses wird am Ende der Beschreibung dargestellt.The invention also relates to a method for operating the described sensor device. This will be shown at the end of the description.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Nutzfahrzeug oder ein Personenkraftwagen, mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen, welche gemäß zumindest einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut ist.Finally, the invention also relates to a vehicle, such as a commercial vehicle or a passenger car, with a sensor device for detecting environmental information, which is constructed according to at least one of the device claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von mehreren in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to several embodiments illustrated in the accompanying drawings. In the drawing shows

1 eine schematische vertikale Draufsicht auf eine Sendeeinheit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen mit einem ersten lichtzerstreuenden optischen Element, 1 a schematic vertical plan view of a transmitting unit of a sensor device for detecting environmental information with a first light-scattering optical element,

2 eine schematische vertikale Draufsicht auf ein lichtzerstreuendes optisches Element einer Sensoreinrichtung gemäß 1 mit einer zweiten Ausführungsform des Lichtzerstreuungselements, 2 a schematic vertical plan view of a light-scattering optical element of a sensor device according to 1 with a second embodiment of the light scattering element,

3 eine schematische vertikale Draufsicht auf eine Empfangseinheit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen mit einem lichtsammelnden optischen Element in Form einer Bikonkav-Linse, 3 4 is a schematic vertical plan view of a receiving unit of a sensor device for detecting environmental information with a light-collecting optical element in the form of a biconcave lens,

4 eine schematische vertikale Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines lichtsammelnden optischen Elements in Form einer Bikonvex-Linse sowie auf einen damit zusammenwirkenden Zeilensensor, 4 1 is a schematic vertical plan view of a second embodiment of a light-collecting optical element in the form of a biconvex lens and a cooperating line sensor, FIG.

5 eine schematische vertikale Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines lichtsammelnden optischen Elements in Form eines Empfangs-Prismen-Arrays, 5 3 is a schematic vertical plan view of a third embodiment of a light-collecting optical element in the form of a receive prism array,

6 eine schematische vertikale Draufsicht auf eine Empfangseinheit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen mit einem lichtsammelnden optischen Element in Form einer Fresnel-Linse, 6 a schematic vertical plan view of a receiving unit of a sensor device for detecting environmental information with a light-collecting optical element in the form of a Fresnel lens,

7 eine schematische Darstellung eines Zeilensensors mit aneinander gereihten Empfangselementen, 7 a schematic representation of a line sensor with lined up receiving elements,

8 eine schematische Darstellung eines flächenförmigen Sensors, bestehend aus drei nebeneinander angeordneten Zeilensensoren gemäß 7, 8th a schematic representation of a planar sensor, consisting of three juxtaposed line sensors according to 7 .

9 eine schematische vertikale Draufsicht auf einen Lastkraftwagen mit einem Umgebungserfassungswinkelbereich sowie einem nicht genutzten Winkelbereich, und 9 a schematic vertical plan view of a truck with a surrounding detection angle range and an unused angle range, and

10 zwei Personenkraftfahrzeuge in einer schematischen Seitenansicht, von denen eines eine Sensoreinrichtung mit einem flächenförmigen Sensor gemäß 8 aufweist. 10 two passenger vehicles in a schematic side view, one of which is a sensor device with a planar sensor according to 8th having.

Einige Bauelemente der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen stimmen überein, so dass sie mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.Some components of the embodiments described below are identical, so that they are designated by the same reference numerals.

Die in den 1 bis 10 dargestellte Sensoreinrichtung 1 dient zur Erfassung von Umgebungsinformationen im Bereich eines Fahrzeugs. Wie die 9 und 10 zeigen, kann ein solches Fahrzeug ein Lastkraftwagen 18 oder eine Personenkraftwagen 30 sein. Eine solche Sensoreinrichtung 1 kann mit einem Fahrerunterstützungssystem 19 im Fahrzeug mechanisch und signaltechnisch verbunden sein, oder ein Bestandteil des Fahrerunterstützungssystems 19 sein. In dem in 9 gezeigten Beispiel befindet sich eine gemäß der Erfindung ausgebildete Sensoreinrichtung 1 an der rechten Vorderseite des Lastkraftwagens 18, von wo aus sie einen fahrerfernen Umgebungswinkelbereich 8 von 180° erfasst und diesen Umgebungswinkelbereich 8 auf das Vorhandensein von Objekten 20, wie beispielsweise den in 9 dargestellten Personenkraftwagen überwacht. Dieses Objekt 20 kann sich in einem Totwinkel-Bereich 21 des Lastkraftwagens 18 befinden, so dass dieses von dem Fahrer des Lastkraftwagens 18 in seinem Rückspiegel ohne weitere Maßnahmen nicht erkennbar wäre. Der übrige, fahrerseitige Winkelbereich 22 von 180° wird von der Sensoreinrichtung 1 nicht erfasst und damit auch nicht überwacht.The in the 1 to 10 illustrated sensor device 1 is used to capture environmental information in the area of a vehicle. As the 9 and 10 show, such a vehicle can be a truck 18 or a passenger car 30 be. Such a sensor device 1 can with a driver support system 19 be mechanically and signal technically connected in the vehicle, or a component of the driver assistance system 19 be. In the in 9 shown example is a formed according to the invention sensor device 1 on the right front of the truck 18 from where they have a remote driving angle range 8th of 180 ° and this ambient angle range 8th on the presence of objects 20 , such as the in 9 monitored passenger cars monitored. This object 20 can be in a blind spot area 21 of the truck 18 so that this from the driver of the truck 18 would not be recognizable in his rearview mirror without further action. The rest, driver side angle range 22 of 180 ° is from the sensor device 1 not recorded and thus not monitored.

Wie 10 zeigt, kann ein mit einem Fahrerunterstützungssystem 19 ausgestatteter erster Personenkraftwagen 30 eine Sensoreinrichtung 1 zur Erfassung von Umgebungsinformationen aufweisen, wobei die Sensoreinrichtung 1 die Umgebung nicht nur in einer zur Fahrbahn 32 parallelen Ebene sondern auch in zwei weiteren Ebenen erfasst, welche geneigt zur Fahrbahn 32 verlaufen. Hierauf wird im Zusammenhang mit der Ausbildung der Sensoren und den 8 sowie 10 noch genauer eingegangen.As 10 One can show with a driver assistance system 19 equipped first passenger car 30 a sensor device 1 for detecting environmental information, wherein the sensor device 1 the environment not only in one to the roadway 32 parallel level but also captured in two other levels, which inclined to the roadway 32 run. This is in connection with the training of the sensors and the 8th such as 10 discussed in more detail.

Die Sensoreinrichtung 1 verfügt über ein nicht dargestelltes Gehäuse mit optischen Fenstern, in dem eine Sendeeinheit 2 und eine Empfangseinheit 3 koaxial zueinander angeordnet sind.The sensor device 1 has an unillustrated housing with optical windows, in which a transmitting unit 2 and a receiving unit 3 are arranged coaxially with each other.

Wie 1 zeigt, weist die Sendeeinheit 2 eine Laserdiode 4 als Sender auf, welche Laserpulse 7 aussendet, deren Wellenlänge beispielsweise im Infrarotbereich liegt. In Abstrahlrichtung der Laserdiode 4 ist eine Sendeoptik 9 in der Sendeeinheit 2 angeordnet, welche ein lichtbeugendes optisches Element 5 sowie ein lichtzerstreuendes optisches Element 6 umfasst. Das lichtbeugende optische Element 5 ist als ein Transmissionsgitter ausgebildet, welches das einfallende gebündelte Laserlicht 7 der Laserdiode 4 nach dem Wirkprinzip eines Mehrfachspalts beugt. Dadurch entstehen in m verschiedenen Richtungen scharfe Hauptmaxima gemäß der Formel sinαm = ±m λ / g, wobei α der Winkel zur Spaltnormalen, m die Ordnungszahl, λ die g Wellenlänge und g die Gitterkonstante, also der Abstand zweier Spalte N, sind. Beispielsweise kann für einen Umgebungserfassungswinkelbereich 8 von 180° eine der Gradzahl entsprechende gleiche Anzahl m von Hauptmaxima erzeugt werden. In 1 sind beispielhaft fünf Hauptmaxima 7a, 7b, 7c, 7d, 7e grafisch dargestellt. Jedes dieser Hauptmaxima 7a7e bildet demnach einen Einzelstrahl, der in Abstrahlrichtung auf das lichtzerstreuende optische Element 6 trifft. Das lichtzerstreuende optische Element 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine Konkav-Konvex-Linse ausgebildet, welche die Einzelstrahlen 7a7e in den Umgebungserfassungswinkelbereich 8 verteilt, so dass der gesamte zu überwachende Winkelbereich von 180° von einer Sendeeinheit 2 erfasst wird. Hierbei ist jedem Einzelstrahl 7a7e ein bestimmter Winkelteilbereich 8a8e zugeordnet. Außerdem ist eine Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 10 eines Fahrerunterstützungssystems 19 eines Nutzfahrzeugs 18 vorhanden, welche mit der Laserdiode 4 über eine Steuerungsleitung 24 elektrisch verbunden ist und die Laserdiode 4 zum Aussenden von Laserpulsen ansteuert.As 1 shows, points the transmitting unit 2 a laser diode 4 as a transmitter, which laser pulses 7 emits whose wavelength is, for example, in the infrared range. In the direction of radiation of the laser diode 4 is a transmission optics 9 in the transmitting unit 2 arranged, which is a light-diffractive optical element 5 and a light-diffusing optical element 6 includes. The light-diffractive optical element 5 is formed as a transmission grating, which the incident bundled laser light 7 the laser diode 4 bends according to the principle of a multiple gap. This results in m different directions sharp main maxima according to the formula sin α m = ± m λ / g, where α is the angle to the normal of the gap, m is the ordinal number, λ is the g wavelength and g is the lattice constant, ie the distance between two gaps N. For example, for an ambient coverage angle range 8th of 180 ° an equal number of m corresponding to the number of degrees of main maxima are generated. In 1 are exemplary five main maxima 7a . 7b . 7c . 7d . 7e shown graphically. Each of these main maxima 7a - 7e thus forms a single beam, which in the direction of radiation on the light-scattering optical element 6 meets. The light-diffusing optical element 6 is formed in this embodiment as a concave-convex lens, which the individual beams 7a - 7e in the ambient detection angle range 8th distributed, so that the entire to be monitored angular range of 180 ° from a transmitting unit 2 is detected. Here is every single beam 7a - 7e a certain angular range 8a - 8e assigned. In addition, a control and evaluation device 10 a driver assistance system 19 a commercial vehicle 18 present, which with the laser diode 4 via a control line 24 is electrically connected and the laser diode 4 to send out laser pulses.

2 zeigt für die Sendeeinheit 2 gemäß 1 ein alternativ nutzbares lichtzerstreuendes optisches Element 6', welches als ein Sende-Prismen-Array ausgebildet ist. Das Sende-Prismen-Array besteht aus einer Mehrzahl einzelner Sende-Prismen 11a, 11b, 11c, die entlang eines Kreisbogenabschnitts angeordnet sind. In 2 sind beispielhaft drei Sende-Prismen 11a, 11b, 11c grafisch dargestellt. Jedem Sende-Prisma 11a, 11b, 11c ist ein Einzelstrahl 7a', 7b', 7c' zugeordnet. Die Einzelstrahlen 7a', 7b', 7c' werden über die Sende-Prismen 11a, 11b, 11c in den Umgebungserfassungswinkelbereich 8 verteilt. 2 shows for the transmitting unit 2 according to 1 an alternatively usable light-scattering optical element 6 ' , which is formed as a transmission prism array. The transmit prism array consists of a plurality of individual transmit prisms 11a . 11b . 11c which are arranged along a circular arc section. In 2 are exemplary three transmit prisms 11a . 11b . 11c shown graphically. Each broadcast prism 11a . 11b . 11c is a single beam 7a ' . 7b ' . 7c ' assigned. The single rays 7a ' . 7b ' . 7c ' be via the broadcast prisms 11a . 11b . 11c in the ambient detection angle range 8th distributed.

Wie die 3 zeigt, weist die Empfangseinheit 3 einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Sensoreinrichtung 1 zur Erfassung von Umgebungsinformationen einen Zeilensensor 12 als Empfänger auf, welcher die aus den gesendeten Einzelstrahlen 7a7e entstandenen und von Objekten 20, 31 im Umgebungserfassungswinkelbereich 8 zurückgeworfenen Einzelstrahlen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e empfängt. Der Zeilensensor 12 steht mit der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 10 des Fahrerunterstützungssystems 19 über wenigstens eine Steuerungsleitung 24 und wenigstens eine Datenleitung 25 in Verbindung.As the 3 indicates, the receiving unit 3 a trained according to the invention sensor device 1 for detecting environmental information, a line sensor 12 as a receiver, which from the sent single beams 7a - 7e incurred and objects 20 . 31 in the ambient detection angle range 8th thrown back single rays 13a . 13b . 13c . 13d . 13e receives. The line sensor 12 stands with the control and evaluation device 10 of the driver assistance system 19 via at least one control line 24 and at least one data line 25 in connection.

Wie die 3 und 7 schematisch veranschaulichen, besteht der Zeilensensor 12 aus einzelnen, lichtdetektierenden elektronischen Empfangselementen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, die in einer Empfangsebene 15 angeordnet sind. Jedem Einzelstrahl 13a, 13b, 13c, 13d, 13e ist ein eigenes Empfangselement 12a, 12b, 12c, 12d, 12e zugeordnet. Die von Objekten 20, 31 der Umgebung zurückgeworfenen Einzelstrahlen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e erzeugen auf den zugeordneten Empfangselementen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e jeweils einen Bildpunkt 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, welche detektiert werden. Auf diese Weise kann die Umgebung in einem vorgegebenen Winkelbereich abgetastet und in der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 10 ein zweidimensionales Datenfeld für die Daten einer Bildzeile erzeugt sowie befüllt werden.As the 3 and 7 schematically illustrate, consists of the line sensor 12 from individual, light-detecting electronic receiving elements 12a . 12b . 12c . 12d . 12e that are in a reception level 15 are arranged. Every single beam 13a . 13b . 13c . 13d . 13e is a separate reception element 12a . 12b . 12c . 12d . 12e assigned. The objects 20 . 31 the area thrown back individual beams 13a . 13b . 13c . 13d . 13e generate on the assigned receiving elements 12a . 12b . 12c . 12d . 12e one pixel each 16a . 16b . 16c . 16d . 16e which are detected. In this way, the environment can be scanned in a predetermined angular range and in the control and evaluation 10 a two-dimensional data field for the data of a picture line are generated and filled.

In Empfangsrichtung des Zeilensensors 12 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 in der Empfangseinheit 3 eine Empfangsoptik 23 angeordnet, welche ein lichtsammelndes optisches Element 14 umfasst. Das lichtsammelnde optische Element 14 ist als eine Bikonkav-Linse ausgebildet, welche die in die Winkelteilbereiche 8a, 8b, 8c, 8d, 8e des Umgebungserfassungswinkelbereichs 8 von Objekten 20, 31 der Umgebung zurückgeworfenen Einzelstrahlen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e auf den Zeilensensor 12 lenkt.In the receive direction of the line sensor 12 is in the embodiment according to 3 in the receiving unit 3 a receiving optics 23 arranged, which is a light-collecting optical element 14 includes. The light-collecting optical element 14 is formed as a biconcave lens, which in the angle sections 8a . 8b . 8c . 8d . 8e of the environmental detection angle range 8th of objects 20 . 31 the area thrown back individual beams 13a . 13b . 13c . 13d . 13e on the line sensor 12 directs.

4 zeigt ein dazu alternatives lichtsammelndes optisches Element 17 der Empfangseinheit 3, welches als eine Bikonvex-Linse ausgebildet ist. Diese Bikonvex-Linse 17 fokussiert die einzelnen, von Objekten 20, 31 im Umgebungserfassungswinkelbereich 8 zurückgeworfenen Einzelstrahlen 13a', 13b', 13c' auf separate Bildpunkte 16a', 16b', 16c' der jeweiligen Empfangselemente 12a', 12b', 12c' des Zeilensensors 12. 4 shows an alternative light-collecting optical element 17 the receiving unit 3 , which is formed as a biconvex lens. This biconvex lens 17 focuses the individual, of objects 20 . 31 in the ambient detection angle range 8th thrown back single rays 13a ' . 13b ' . 13c ' on separate pixels 16a ' . 16b ' . 16c ' the respective receiving elements 12a ' . 12b ' . 12c ' of the line sensor 12 ,

Das lichtsammelnde optische Element einer mit den Merkmalen der Erfindung ausgebildeten Empfangseinheit 3 kann gemäß dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel als Empfangs-Prismen-Array 26 ausgebildet sein. Dieses besteht aus mehreren einzelnen Empfangs-Prismen 41, 42, 43, welche über den Umgebungserfassungswinkelbereich 8 in vorbestimmten Abständen zueinander angeordnet sind. Der Abstand der Empfangs-Prismen 41, 42, 43 kann beispielsweise 1°,5° oder 10° betragen. Die von einem Objekt 20, 31 reflektierten Einzelstrahlen 44, 45, 46 gelangen durch die jeweils zugeordneten Empfangs-Prismen 41, 42, 43 gebeugt zu zugeordneten Empfangselemente 12a, 12b, 12c eines Zeilensensors 12.The light-collecting optical element of a receiving unit formed with the features of the invention 3 can according to the in 5 illustrated embodiment as a receive prism array 26 be educated. This consists of several individual receive prisms 41 . 42 . 43 , which are above the ambient detection angle range 8th are arranged at predetermined distances from each other. The distance of the reception prisms 41 . 42 . 43 can be for example 1 °, 5 ° or 10 °. The of an object 20 . 31 reflected single rays 44 . 45 . 46 pass through the respectively assigned reception prisms 41 . 42 . 43 diffracted to associated receiving elements 12a . 12b . 12c a line sensor 12 ,

Die in 6 dargestellte schematische vertikale Draufsicht auf eine Empfangseinheit 3 einer Sensoreinrichtung 1 zur Erfassung von Umgebungsinformationen ist weitgehend baugleich wie die Empfangseinheit 3 gemäß 3. Im Unterschied dazu ist jedoch das lichtsammelnde optische Element 27 als Fresnel-Linse ausgebildet. Eine solche Fresnel-Linse ist bei geringer Bautiefe dazu geeignet, einen vergleichsweise großen Umgebungswinkelbereich mit ausreichend guten optischen Abbildungseigenschaften zu erfassen.In the 6 illustrated schematic vertical plan view of a receiving unit 3 a sensor device 1 to capture environmental information is largely identical to the receiving unit 3 according to 3 , In contrast, however, is the light-collecting optical element 27 designed as a Fresnel lens. Such a Fresnel lens is suitable for a small depth to capture a comparatively large ambient angle range with sufficiently good optical imaging properties.

Wie 8 zeigt, kann die Empfangseinheit 3 auch einen flächenförmigen Sensor 33 aufweisen, welcher aus mehreren Zeilen 33a, 33b, 33c aufgebaut ist, wobei diese einzelnen Zeilen 33a, 33b, 33c identisch ausgebildet sein können, beispielsweise so wie die Zeilensensoren 12 der oben beschrieben 3, 4 und 7.As 8th shows, the receiving unit 3 also a sheet-like sensor 33 which consists of several lines 33a . 33b . 33c is constructed, these individual lines 33a . 33b . 33c may be identical, for example, as the line sensors 12 the one described above 3 . 4 and 7 ,

Der Zeilensensor 12 und der flächenförmige Sensor 33 arbeiten nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren (TOF) eines sogenannten Foto-Mischdetektors (PMD). Die Empfangselemente 12a, 12b, 12c, 12d, 12e; 12a', 12b', 12c' des Zeilensensors 12 beziehungsweise des flächenförmigen Sensors 33 wandeln die detektierten Bildpunkt-Lichtpulse der zurückgeworfenen Einzelstrahlen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e; 13a', 13b', 13c'; 44, 45, 46 direkt in elektrische Laufzeitsignale um. In der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 10, welche die Laserdiode 4 synchron ansteuert und die Empfangselemente 12a, 12b, 12c, 12d, 12e; 12a', 12b', 12c' dazu synchron ausliest, werden diese Laufzeitsignale pixelweise beziehungsweise bildpunktweise mit einem elektronischen Referenzsignal verglichen. Daraus wird für jeden Bildpunkt 16a, 16b, 16c, 16d, 16e; 16a', 16b', 16c' ein Objektentfernungsmesssignal bestimmt. Aus den erfassten Objektentfernungsmesssignalen ergibt sich die erwünschte Umgebungsinformation, wobei sich die Winkelauflösung aus der Anzahl der Winkelteilbereiche 8a, 8b, 8c, 8d, 8e des Umgebungserfassungswinkelbereichs 8 und der entsprechenden Anzahl von Empfangselementen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e; 12a', 12b', 12c' ergibt.The line sensor 12 and the sheet-like sensor 33 operate according to the light pulse transit time method (TOF) of a so-called mixed photo detector (PMD). The reception elements 12a . 12b . 12c . 12d . 12e ; 12a ' . 12b ' . 12c ' of the line sensor 12 or the planar sensor 33 convert the detected pixel light pulses of the reflected single rays 13a . 13b . 13c . 13d . 13e ; 13a ' . 13b ' . 13c '; 44 . 45 . 46 directly into electrical runtime signals. In the control and evaluation device 10 which the laser diode 4 synchronously controls and the receiving elements 12a . 12b . 12c . 12d . 12e ; 12a ' . 12b ' . 12c ' read out synchronously, these runtime signals are compared pixelwise or pixel by pixel with an electronic reference signal. This will be for every pixel 16a . 16b . 16c . 16d . 16e ; 16a ' . 16b ' . 16c ' determines an object distance measurement signal. From the acquired Objektentfernungsmesssignalen results in the desired environmental information, wherein the angular resolution of the number of angular sub-ranges 8a . 8b . 8c . 8d . 8e of the environmental detection angle range 8th and the corresponding number of receiving elements 12a . 12b . 12c . 12d . 12e ; 12a ' . 12b ' . 12c ' results.

In 10 sind zwei Personenkraftwagen 30, 31 schematisch dargestellt, welche auf einer ebenen Fahrbahn 32 fahren. Der erste Personenkraftwagen 30 ist mit einer gemäß den Merkmalen der Erfindung ausgebildete Sensoreinrichtung 1 ausgestattet. Mit dieser kann auch der direkt vor dem ersten Personenkraftwagen 30 fahrende zweite Personenkraftwagen 31 erfasst werden, so dass dessen Abstandsinformationen und die daraus erzeugbaren Zusatzinformationen von einem Fahrerunterstützungssystem 19 genutzt werden können. Da die Empfangseinheit 3 der Sensoreinrichtung 1 des ersten Personenkraftwagens 30 mit einem flächenförmigen Sensor 33 gemäß 8 ausgestattet ist, kann diese die Umgebung bei entsprechend vergrößerter Anzahl von ausgesendeten Laserstrahlen nicht nur in einem parallel zur Fahrbahn 32 ausgerichteten ersten Umgebungswinkelbereich 8 erfassen, sondern auch in einem von der Fahrbahn 32 weg geneigten zweiten Umgebungserfassungswinkelbereich 8' und einen zur Fahrbahn 32 hin geneigten dritten Umgebungserfassungswinkelbereich 8''.In 10 are two passenger cars 30 . 31 shown schematically, which on a flat roadway 32 drive. The first passenger car 30 is provided with a sensor device formed according to the features of the invention 1 fitted. With this can also directly in front of the first passenger car 30 driving second passenger cars 31 be detected so that its distance information and the additional information generated therefrom by a driver support system 19 can be used. Because the receiving unit 3 the sensor device 1 of the first passenger car 30 with a sheet-like sensor 33 according to 8th is equipped, this can the environment with a correspondingly increased number of emitted laser beams not only in a parallel to the road 32 aligned first ambient angle range 8th but also in one of the lane 32 tilted second peripheral detection angle range 8th' and one to the roadway 32 inclined third ambient detection angle range 8th'' ,

Erkennbar weist der geneigte zweite Umgebungserfassungswinkelbereich 8' nach vorne und schräg nach oben, also weg von der Fahrbahn 32, und der dritte geneigte Umgebungserfassungswinkelbereich 8'' weist nach vorne und schräg zur Fahrbahn 32 hin. Die drei Umgebungserfassungswinkelbereich 8, 8', 8'' sind dabei geometrisch als halbkreisförmige Ebenen im Raum ausgebildet, welches hinsichtlich des horizontal ausgerichteten ersten Umgebungserfassungswinkelbereichs 8 gut in der vertikalen Draufsicht gemäß 9 erkennbar ist. Die drei genannten Umgebungserfassungswinkelbereiche 8, 8', 8'' decken jeweils beispielsweise einen Winkelbereich von 270° ab, insbesondere den gesamten in Vorwärtsfahrtrichtung liegenden Bereich sowie den beifahrerseitigen Bereich des Fahrzeugs 30.As can be seen, the inclined second ambient detection angle range 8th' forward and diagonally upwards, away from the road 32 , and the third inclined ambient detection angle range 8th'' points forward and diagonally to the roadway 32 out. The three ambient detection angle range 8th . 8th' . 8th'' are geometrically formed as semicircular planes in space, which in terms of the horizontally oriented first ambient detection angle range 8th well in the vertical plan view according to 9 is recognizable. The three mentioned ambient detection angle ranges 8th . 8th' . 8th'' For example, cover in each case an angular range of 270 °, in particular the entire area lying in the forward direction of travel and the passenger-side area of the vehicle 30 ,

Die beiden geneigten Umgebungserfassungswinkelbereiche 8', 8'' verlaufen mit einem Winkel β von beispielsweise 10° bis 30° geneigt zueinander, wodurch zu dem fahrbahnparallelen ersten Umgebungserfassungswinkelbereich 8 eine Neigung von jeweils 5° bis 15° vorhanden ist. Die drei Umgebungserfassungswinkelbereiche 8, 8', 8'' berücksichtigen einerseits den Wunsch nach einer vergleichsweise weit und gerade nach vorne in Fahrtrichtung gerichteten Aufklärungsfähigkeit der Sensoreinrichtung 1 mit dem ersten Umgebungserfassungswinkelbereich 8, und andererseits den Wunsch, mit dem dritten Umgebungserfassungswinkelbereich 8'' auch kleinere Objekte vor dem Fahrzeug schnell und gut erkennen zu können. Solche kleineren Objekte können beispielsweise Wildtiere sein, etwa in der Größe eines kleinen Wildschweins, eines Hasen, eines Fuchses oder eines Hundes. Mit dem zweiten, schräg nach oben gerichteten zweiten Umgebungserfassungswinkelbereich 8' können beispielsweise in Fahrtrichtung dicht vor dem Personenkraftwagen 30 vorhandene Vögel erfasst werden, welche ein Gefahr für diesen sind. Nach deren Erkennung von solchen Objekten kann durch das Fahrerunterstützersystem 19 zum Beispiel eine Notbremsung des Fahrzeugs ausgelöst werden.The two inclined ambient detection angle ranges 8th' . 8th'' extend at an angle β of, for example, 10 ° to 30 ° inclined to each other, resulting in the lane-parallel first ambient detection angle range 8th an inclination of 5 ° to 15 ° is present. The three ambient detection angle ranges 8th . 8th' . 8th'' on the one hand consider the desire for a comparatively far and straight forward in the direction of travel directed reconnaissance capability of the sensor device 1 with the first ambient detection angle range 8th and, on the other hand, the desire to be with the third ambient detection angle range 8th'' Also to be able to recognize smaller objects in front of the vehicle quickly and well. Such smaller objects may be, for example, wild animals, such as the size of a small wild boar, a hare, a fox or a dog. With the second obliquely upward second peripheral detection angle range 8th' For example, in Driving direction close to the passenger car 30 existing birds are detected, which are a danger to this. After their detection of such objects can by the driver support system 19 For example, emergency braking of the vehicle are triggered.

Zum Betreiben der vorgestellten Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung sind zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchzuführen:

  • a) Erzeugen eines gepulsten oder elektronisch modulierten Laserstrahls 7,
  • b) Beugen des Laserstrahls 7 an mindestens einem lichtbeugenden optischen Element 5 zur Erzeugung einer Mehrzahl von Einzel-Laserstrahlen 7a, 7b, 7c, 7d, 7e; 7a', 7b', 7c',
  • c) Zerstreuen der Einzel-Laserstrahlen 7a, 7b, 7c, 7d, 7e; 7a', 7b', 7c' mittels mindestens einem lichtzerstreuenden optischen Element 6, 6'; 11a, 11b, 11c derart, dass ein vorgegebener Umgebungserfassungswinkelbereich 8, 8', 8'' zeitgleich mit den Einzel-Laserstrahlen 7a, 7b, 7c, 7d, 7e; 7a', 7b', 7c' vollständig oder in Winkelschritten zeitlich nacheinander erfasst wird,
  • d) Empfangen von Einzel-Laserstrahlen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e; 13a', 13b', 13c'; 44, 45, 46, welche von Objekten 20, 31 in dem Umgebungserfassungswinkelbereich 8, 8', 8'' zurückreflektiert wurden mittels mindestens einem lichtsammelnden und/oder lichtablenkenden optischen Element 14, 17, 27, 41, 42, 43 derart, dass für jeden durch einen Einzelstrahl 7a, 7b, 7c, 7d, 7e; 7a', 7b', 7c' erfassten Winkelteilbereich 8a, 8b, 8c, 8d, 8e die in diesen jeweiligen Winkelteilbereich 8a, 8b, 8c, 8d, 8e von Objekten 20, 31 zurückgeworfene Laserstrahlung in einen gesonderten Bildpunkt 16a, 16b, 16c, 16d, 16e; 16a', 16b', 16c' auf einer Empfangsebene 15 der Empfangseinheit 3 fokussiert und/oder ablenkt ist,
  • e) Erfassen und Umwandeln der empfangenen und fokussierten und/oder abgelenkten Einzel-Laserstrahlen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e; 13a', 13b', 13c'; 44, 45, 46 mittels mindestens einem lichtdetektierenden elektronischen Empfangselement 12a, 12b, 12c, 12d, 12e; 12a', 12b', 12c' je Bildpunkt 16a, 16b, 16c, 16d, 16e; 16a', 16b', 16c', welches in der Empfangsebene 15 angeordnet ist,
  • f) Umformen der in dem jeweiligen Empfangselement 12a, 12b, 12c, 12d, 12e; 12a', 12b', 12c' erfassten Laserstrahlung in ein elektrisches Objektentfernungsmesssignal,
  • g) Weiterleiten dieses Objektentfernungsmesssignals eine Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 10,
  • h) Ermitteln von Lage und Abstand von in dem Umgebungserfassungswinkelbereich 8, 8', 8'' detektierten Objekten 20, 31 relativ zur Empfängereinheit 3 durch die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 10 aus den erfassten Objektentfernungsmesssignalen der einzelnen Winkelteilbereiche 8a, 8b, 8c, 8d, 8e.
To operate the presented sensor device according to the invention, at least the following method steps are to be carried out:
  • a) generating a pulsed or electronically modulated laser beam 7 .
  • b) bending the laser beam 7 on at least one light-diffractive optical element 5 for generating a plurality of individual laser beams 7a . 7b . 7c . 7d . 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' .
  • c) scattering of the individual laser beams 7a . 7b . 7c . 7d . 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' by means of at least one light-scattering optical element 6 . 6 '; 11a . 11b . 11c such that a predetermined ambient detection angle range 8th . 8th' . 8th'' at the same time as the single laser beams 7a . 7b . 7c . 7d . 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' is detected completely or in angular steps one after the other,
  • d) receiving single laser beams 13a . 13b . 13c . 13d . 13e ; 13a ' . 13b ' . 13c '; 44 . 45 . 46 , which of objects 20 . 31 in the ambient detection angle range 8th . 8th' . 8th'' were reflected back by means of at least one light-collecting and / or light-deflecting optical element 14 . 17 . 27 . 41 . 42 . 43 such that for each by a single beam 7a . 7b . 7c . 7d . 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' detected angle portion 8a . 8b . 8c . 8d . 8e in this particular angular section 8a . 8b . 8c . 8d . 8e of objects 20 . 31 reflected laser radiation in a separate pixel 16a . 16b . 16c . 16d . 16e ; 16a ' . 16b ' . 16c ' at a reception level 15 the receiving unit 3 focused and / or distracted,
  • e) detecting and converting the received and focused and / or deflected single laser beams 13a . 13b . 13c . 13d . 13e ; 13a ' . 13b ' . 13c '; 44 . 45 . 46 by means of at least one light-detecting electronic receiving element 12a . 12b . 12c . 12d . 12e ; 12a ' . 12b ' . 12c ' per pixel 16a . 16b . 16c . 16d . 16e ; 16a ' . 16b ' . 16c ' which is in the reception level 15 is arranged
  • f) forming the in the respective receiving element 12a . 12b . 12c . 12d . 12e ; 12a ' . 12b ' . 12c ' detected laser radiation into an electrical object distance measurement signal,
  • g) forwarding this object distance measuring signal to a control and evaluation device 10 .
  • h) determining position and distance of in the ambient detection angle range 8th . 8th' . 8th'' detected objects 20 . 31 relative to the receiver unit 3 through the control and evaluation device 10 from the acquired Objektentfernungsmesssignalen the individual angular sections 8a . 8b . 8c . 8d . 8e ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Sensoreinrichtungsensor device
22
Sendeeinheittransmission unit
33
Empfangseinheitreceiver unit
44
Laser, LaserdiodeLaser, laser diode
55
Lichtbeugendes optisches Element von Sendeeinheit 2, TransmissionsgitterLight diffractive optical element of transmitting unit 2 , Transmission grating
66
Lichtzerstreuendes optisches Element, Konkav-Konvex-LinseLight-diffusing optical element, concave-convex lens
6'6 '
Lichtzerstreuendes optisches Element, Sende-Prismen-ArrayLight-diffusing optical element, transmission prism array
77
Laserstrahl, Laserpuls, LaserlichtLaser beam, laser pulse, laser light
7a–7e7a-7e
Einzelstrahl, Beugungs-HauptmaximumSingle beam, main diffraction maximum
7a'–7c'7a'-7c '
Einzelstrahl, Beugungs-HauptmaximumSingle beam, main diffraction maximum
88th
Erster Umgebungserfassungswinkelbereich, nicht geneigtFirst ambient detection angle range, not inclined
8'8th'
Zweiter Umgebungserfassungswinkelbereich, geneigtSecond ambient detection angle range, inclined
8''8th''
Dritter Umgebungserfassungswinkelbereich, geneigtThird ambient detection angle range, inclined
8a–8e8a-8e
WinkelteilbereichAngle portion
99
Sendeoptiktransmission optics
1010
Steuerungs- und AuswerteeinrichtungControl and evaluation device
11a11a
Erstes Sende-Prisma des Sende-Prismen-Arrays 6' First transmit prism of the transmit prism array 6 '
11b11b
Zweites Sende-Prisma des Sende-Prismen-Arrays 6' Second transmit prism of the transmit prism array 6 '
11c11c
Drittes Sende-Prisma des Sende-Prismen-Arrays 6' Third transmit prism of the transmit prism array 6 '
1212
Zeilensensorline sensor
12a–12e12a-12e
Empfangselement (erste Ausführungsform)Receiving element (first embodiment)
12a'–12c'12a'-12c '
Empfangselement (zweite Ausführungsform)Receiving element (second embodiment)
13a–13e13a-13e
Zurückgeworfener Einzel-Laserstrahl (erste Ausführungsform)Rejected single laser beam (first embodiment)
13a–13c'13a-13c '
Zurückgeworfener Einzel-Laserstrahl (zweite Ausführungsform)Rejected single laser beam (second embodiment)
1414
Lichtsammelndes optisches Element, Bikonkav-LinseLight-collecting optical element, biconcave lens
1515
Empfangsebenereception plane
16a–16e16a-16e
Bildpunkte (erste Ausführungsform)Pixels (first embodiment)
16a'–16c'16a'-16c '
Bildpunkte (zweite Ausführungsform)Pixels (second embodiment)
1717
Lichtsammelndes optisches Element, Bikonvex-LinseLight-collecting optical element, biconvex lens
1818
Lastkraftwagen, NutzfahrzeugTrucks, commercial vehicles
1919
FahrerunterstützungssystemDriver support system
2020
Objekt, PersonenkraftwagenObject, passenger car
2121
Totwinkel-BereichBlind Spot area
22 22
Ungenutzter WinkelbereichUnused angle range
2323
Empfangsoptikreceiving optics
2424
Steuerungsleitungcontrol line
2525
Datenleitungdata line
2626
Lichtsammelndes optisches Element von Empfangseinheit 3, Empfangs-Prismen-ArrayLight collecting optical element of receiving unit 3 , Receive prism array
2727
Lichtsammelndes optisches Element von Empfangseinheit 3, Fresnel-LinseLight collecting optical element of receiving unit 3 , Fresnel lens
3030
Erster PersonenkraftwagenFirst passenger car
3131
Zweiter Personenkraftwagen, ObjektSecond passenger car, object
3232
Fahrbahnroadway
3333
Flächenförmiger SensorFlat-shaped sensor
33a33a
Erste Zeile des flächenförmigen Sensors 33 First line of the planar sensor 33
33b33b
Zweite Zeile des flächenförmigen Sensors 33 Second line of the planar sensor 33
33c33c
Dritte Zeile des flächenförmigen Sensors 33 Third line of the planar sensor 33
4141
Erstes Empfangs-PrismaFirst reception prism
4242
Zweites Empfangs-PrismaSecond reception prism
4343
Drittes Empfangs-PrismaThird reception prism
4444
Zurückgeworfener Einzelstrahl am ersten Empfangs-Prisma 41 Thrown back single beam at the first receiving prism 41
4545
Zurückgeworfener Einzelstrahl am zweiten Empfangs-Prisma 42 Thrown back single beam at the second receiving prism 42
4646
Zurückgeworfener Einzelstrahl am dritten Empfangs-Prisma 43 Thrown back single beam at the third receiving prism 43

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6664529 B2 [0006] US 6664529 B2 [0006]
  • US 8072581 B1 [0007] US8072581 B1 [0007]
  • DE 102015101722 A1 [0008] DE 102015101722 A1 [0008]

Claims (16)

Sensoreinrichtung (1) mit einem LIDAR-Sendeempfänger zur Erfassung von Umgebungsinformationen, aufweisend – eine Sendeeinheit (2) zum Senden von gepulster oder elektronisch modulierter Laserstrahlung in einem mittels des LIDAR-Sendeempfängers zu erfassenden Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8''), – und eine Empfangseinheit (3) zum Empfangen von zurückgestreuter Laserstrahlung, die durch die gesendete Laserstrahlung entstanden und von Objekten (20, 31) in einem Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8'') zurückgeworfen worden ist, – sowie mit einer Steuerungs- und Auswerteeinrichtung (10) zum Auswerten der von diesen Objekten (20, 31) zurückgeworfenen Laserstrahlung nach einem Laufzeit- oder Phasenverschiebungsverfahren, um die Lage und den Abstand dieser Objekte (20, 31) relativ zu dem LIDAR-Sendeempfänger zu ermitteln und zu signalisieren, und bei der sämtliche Komponenten der Sendeeinheit (2) sowie der Empfangseinheit (3) zum Senden und Empfangen von Laserstrahlung bewegungsfest angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (2) in Abstrahlrichtung hintereinander folgendes umfasst: – mindestens einen Laser (4), der mindestens einen gepulsten oder elektronisch modulierten Laserstrahl (7) aussenden kann, – mindestens ein lichtbeugendes optisches Element (5), an dem der mindestens eine Laserstrahl (7) in verschiedene Richtungen gebeugt werden kann, sowie – mindestens ein lichtzerstreuendes optisches Element (6, 6'), welches die gebeugte Laserstrahlung so zerstreuen kann, dass der vorgegebene Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8'') vollständig zeitgleich oder in Winkelschritten zeitlich nacheinander erfassbar ist, wobei der Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8'') in mehrere Winkelteilbereiche (8a, 8b, 8c, 8d, 8e) unterteilt ist, und bei der jedem Winkelteilbereich (8a, 8b, 8c, 8d, 8e) ein gebeugter Einzelstrahl (7a, 7b, 7c, 7d, 7e; 7a', 7b', 7c') zugeordnet ist, welcher diesen Winkelteilbereich (8a, 8b, 8c, 8d, 8e) erfasst, und dass die Empfangseinheit (3) in Empfangsrichtung hintereinander folgendes umfasst: – mindestens ein lichtsammelndes und/oder lichtablenkendes optisches Element (14, 17, 27; 41, 42, 43), welches die von Objekten (20, 31) in dem Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8'') zurückgeworfenen Einzelstrahlen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e; 13a', 13b', 13c'; 44, 45, 46) so sammelt und/oder ablenkt, dass jeder zurückgeworfene Einzelstrahl (13a, 13b, 13c, 13d, 13e; 13a', 13b', 13c'; 44, 45, 46) in einen gesonderten Bildpunkt (16a, 16b, 16c, 16d, 16e; 16a', 16b', 16c') auf einer Empfangsebene (15) der Empfangseinheit (3) fokussiert und/oder ablenkt ist, – mindestens ein lichtdetektierendes elektronisches Empfangselement (12a, 12b, 12c, 12d, 12e; 12a', 12b', 12c') je Bildpunkt (16a, 16b, 16c, 16d, 16e; 16a', 16b', 16c'), welches in der Empfangsebene (15) angeordnet ist und mittels dem die in dem Bildpunkt (16a, 16b, 16c, 16d, 16e; 16a', 16b', 16c') erfasste Laserstrahlung in ein elektrisches Objektentfernungsmesssignal umformbar ist, und mittels dem dieses Objektentfernungsmesssignal an die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung signalisierbar (10) ist, wobei die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung (10) elektronische Mittel aufweist, mittels denen aus den erfassten Objektentfernungsmesssignalen die Lage und den Abstand von in dem Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8'') detektierten Objekten (20, 31) relativ zur Empfängereinheit (3) ermittelbar sowie als Umgebungsinformation zur Verfügung stellbar sind.Sensor device ( 1 ) with a LIDAR transceiver for acquiring environmental information, comprising - a transmitting unit ( 2 ) for transmitting pulsed or electronically modulated laser radiation in an environmental detection angle range to be detected by means of the LIDAR transceiver (US Pat. 8th . 8th' . 8th'' ), - and a receiving unit ( 3 ) for receiving backscattered laser radiation produced by the transmitted laser radiation and from objects ( 20 . 31 ) in an ambient detection angle range ( 8th . 8th' . 8th'' ), - and with a control and evaluation device ( 10 ) for evaluating the of these objects ( 20 . 31 ) after a transit time or phase shift method, the position and the distance of these objects ( 20 . 31 ) relative to the LIDAR transceiver and to signal and in which all components of the transmitting unit ( 2 ) as well as the receiving unit ( 3 ) are arranged immovably for transmitting and receiving laser radiation, characterized in that the transmitting unit ( 2 ) in the emission direction in succession comprises: - at least one laser ( 4 ) comprising at least one pulsed or electronically modulated laser beam ( 7 ), - at least one light-diffractive optical element ( 5 ), at which the at least one laser beam ( 7 ) can be diffracted in different directions, and - at least one light-diffusing optical element ( 6 . 6 ' ), which can diffract the diffracted laser radiation so that the predetermined ambient detection angle range ( 8th . 8th' . 8th'' ) can be detected at the same time or in angular steps one after the other at the same time, wherein the ambient detection angle range ( 8th . 8th' . 8th'' ) into a plurality of angle sections ( 8a . 8b . 8c . 8d . 8e ), and at each angle subsection ( 8a . 8b . 8c . 8d . 8e ) a diffracted single beam ( 7a . 7b . 7c . 7d . 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' ), which assigns this angle subrange ( 8a . 8b . 8c . 8d . 8e ) and that the receiving unit ( 3 ) in succession in the receiving direction comprises: - at least one light-collecting and / or light-deflecting optical element ( 14 . 17 . 27 ; 41 . 42 . 43 ), that of objects ( 20 . 31 ) in the ambient detection angle range ( 8th . 8th' . 8th'' ) returned single beams ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e ; 13a ' . 13b ' . 13c '; 44 . 45 . 46 ) collects and / or distracts so that each reflected individual beam ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e ; 13a ' . 13b ' . 13c '; 44 . 45 . 46 ) into a separate pixel ( 16a . 16b . 16c . 16d . 16e ; 16a ' . 16b ' . 16c ' ) at a reception level ( 15 ) of the receiving unit ( 3 ) is focused and / or deflected, - at least one light-detecting electronic receiving element ( 12a . 12b . 12c . 12d . 12e ; 12a ' . 12b ' . 12c ' ) per pixel ( 16a . 16b . 16c . 16d . 16e ; 16a ' . 16b ' . 16c ' ), which at the receiving level ( 15 ) is arranged and by means of which in the pixel ( 16a . 16b . 16c . 16d . 16e ; 16a ' . 16b ' . 16c ' ) detected laser radiation is convertible into an electrical object distance measurement signal, and by means of which this object distance measurement signal to the control and evaluation device signaled ( 10 ), wherein the control and evaluation device ( 10 ) comprises electronic means, by means of which the position and the distance of the detected object distance measuring signals in the ambient detection angle range ( 8th . 8th' . 8th'' ) detected objects ( 20 . 31 ) relative to the receiver unit ( 3 ) can be determined and as environment information available adjustable. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (2) genau eine Laserdiode (4) sowie genau ein lichtbeugendes optisches Element (5) aufweist, wobei das optische Element (5) der einen Laserdiode (4) im Strahlengang nachgeordnet ist.Sensor device according to claim 1, characterized in that the transmitting unit ( 2 ) exactly one laser diode ( 4 ) as well as exactly one light-diffractive optical element ( 5 ), wherein the optical element ( 5 ) of a laser diode ( 4 ) is arranged downstream in the beam path. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (2) mehrere Laser aufweist, die in einem Array angeordnet sind.Sensor device according to claim 1, characterized in that the transmitting unit ( 2 ) has a plurality of lasers arranged in an array. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine lichtbeugende optische Element der Sendeeinheit (2) ein optisches Transmissionsgitter (5) ist, welches als ein Mehrfachspalt wirksam ist.Sensor device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one light-diffractive optical element of the transmitting unit ( 2 ) an optical transmission grating ( 5 ), which is effective as a multiple gap. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine lichtzerstreuende optische Element der Sendeeinheit (2) eine konkav-konvexe Zerstreuungslinse (6) ist.Sensor device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one light-diffusing optical element of the transmitting unit ( 2 ) a concave-convex diverging lens ( 6 ). Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine lichtzerstreuende optische Element (6') der Sendeeinheit (2) als ein Sende-Prismen-Array ausgebildet ist.Sensor device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one light-diffusing optical element ( 6 ' ) of the transmitting unit ( 2 ) is formed as a transmit prism array. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine lichtzerstreuende optische Element der Sendeeinheit (2) als eine Fresnel-Linse (27) ausgebildet ist. Sensor device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one light-diffusing optical element of the transmitting unit ( 2 ) as a Fresnel lens ( 27 ) is trained. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine lichtsammelnde und/oder lichtablenkende optische Element der Empfangseinheit (3) eine bikonkave Linse (14) ist.Sensor device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one light-collecting and / or light-deflecting optical element of the receiving unit ( 3 ) a biconcave lens ( 14 ). Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine lichtsammelnde und/oder lichtablenkende optische Element der Empfangseinheit (3) eine bikonvexe Sammellinse (17) ist.Sensor device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one light-collecting and / or light-deflecting optical element of the receiving unit ( 3 ) a biconvex convex lens ( 17 ). Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine lichtsammelnde und/oder lichtablenkende optische Element der Empfangseinheit (3) als ein Empfangs-Prismen-Array (26) ausgebildet ist.Sensor device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one light-collecting and / or light-deflecting optical element of the receiving unit ( 3 ) as a receive prism array ( 26 ) is trained. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangselemente (12a12e; 12a'12c') der Empfangseinheit (3) einen zeilenförmigen Sensor (12) oder einen flächenförmigen Sensor (33) bilden, aus dem nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren einer Photomisch-Kamera (PMD) oder Laufzeit-Kamera (TOF) ein Entfernungssignal zwischen dem Sensor (12, 33) und einem Objekt (20, 31) bildpunktweise direkt auslesbar ist.Sensor device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the receiving elements ( 12a - 12e ; 12a ' - 12c ' ) of the receiving unit ( 3 ) a line-shaped sensor ( 12 ) or a sheet-like sensor ( 33 ) from which, according to the light pulse transit time method of a photonic-camera (PMD) or transit-time camera (TOF), a distance signal between the sensor ( 12 . 33 ) and an object ( 20 . 31 ) pixel-wise directly readable. Sensoreinrichtung mit einem flächenförmigen Sensor (33) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Empfangselemente (12a12e; 12a', 12b', 12c') der jeweiligen Sensorzeile (12) parallel oder geneigt zu einer Fahrbahn für das Fahrzeug (30) oder zu einer gedachten planen Bodenfläche des Fahrzeugs (30) ausgerichtet sind, derart, dass ein fahrbahnparalleler erster Umgebungserfassungswinkelbereich (8), und/oder ein schräg von der Fahrbahn (32) weg gerichteter zweiter Umgebungserfassungswinkelbereich (8') und/oder ein schräg zu der Fahrbahn (32) hin gerichteter dritter Umgebungserfassungswinkelbereich (8'') erfasst wird.Sensor device with a planar sensor ( 33 ) According to claim 11, characterized in that the electronic receiving elements ( 12a - 12e ; 12a ' . 12b ' . 12c ' ) of the respective sensor line ( 12 ) parallel or inclined to a roadway for the vehicle ( 30 ) or to an imaginary plane floor surface of the vehicle ( 30 ) in such a way that a lane-parallel first environment detection angle range ( 8th ), and / or obliquely from the roadway ( 32 ) directed second ambient detection angle range ( 8th' ) and / or obliquely to the roadway ( 32 ) directed third ambient detection angle range ( 8th'' ) is detected. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Fahrerunterstützungssystem (19) eines Nutzfahrzeugs (18) oder eines Personenkraftwagens (30) eingebaut oder mit dieser über wenigstens eine Steuerungsleitung (24) und wenigstens eine Datenleitung (25) verbunden ist.Sensor device according to one of claims 1 to 12, characterized in that this in a driver support system ( 19 ) of a commercial vehicle ( 18 ) or a passenger car ( 30 ) or with this via at least one control line ( 24 ) and at least one data line ( 25 ) connected is. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Erfassung und Überwachung eines Totwinkel-Bereiches (21) des Nutzfahrzeugs (18) oder eines Personenkraftwagens (30) ausgebildet ist, wobei der Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8'') 90° bis 270° beträgt, wobei je Winkelgrad ein Winkelteilbereich (8a8e) durch je einen Einzelstrahl (7a7e; 7a', 7b', 7c') der Laserstrahlung erfassbar ist.Sensor device according to one of claims 1 to 13, characterized in that this for detecting and monitoring a blind spot area ( 21 ) of the commercial vehicle ( 18 ) or a passenger car ( 30 ), wherein the ambient detection angle range ( 8th . 8th' . 8th'' ) Is 90 ° to 270 °, wherein each angular degree is an angular range ( 8a - 8e ) by a single jet ( 7a - 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' ) of the laser radiation is detectable. Fahrzeug, wie Nutzfahrzeug (18) oder Personenkraftwagen (30), mit einer Sensoreinrichtung (1) zur Erfassung von Umgebungsinformationen, welche zumindest gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut ist.Vehicle, such as commercial vehicle ( 18 ) or passenger cars ( 30 ), with a sensor device ( 1 ) for acquiring environmental information constructed according to at least one of the device claims. Verfahren zum Betreiben einer Sensoreinrichtung (1) mit den Merkmalen von zumindest einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Erzeugen eines gepulsten oder elektronisch modulierten Laserstrahls (7), b) Beugen des Laserstrahls (7) an mindestens einem lichtbeugenden optischen Element (5) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Einzel-Laserstrahlen (7a, 7b, 7c, 7d, 7e; 7a', 7b', 7c'), c) Zerstreuen der Einzel-Laserstrahlen (7a, 7b, 7c, 7d, 7e; 7a', 7b', 7c') mittels mindestens einem lichtzerstreuenden optischen Element (6, 6'; 11a, 11b, 11c) derart, dass ein vorgegebener Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8'') mit den Einzel-Laserstrahlen (7a, 7b, 7c, 7d, 7e; 7a', 7b', 7c') zeitgleich vollständig oder in Winkelschritten zeitlich nacheinander erfasst wird, d) Empfangen von Einzel-Laserstrahlen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e; 13a', 13b', 13c'; 44, 45, 46), welche von Objekten (20, 31) in dem Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8'') zurückreflektiert wurden mittels mindestens einem lichtsammelnden und/oder lichtablenkenden optischen Element (14, 17, 27, 41, 42, 43) derart, dass für jeden durch einen Einzelstrahl (7a, 7b, 7c, 7d, 7e; 7a', 7b', 7c') erfassten Winkelteilbereich (8a, 8b, 8c, 8d, 8e) die in diesen jeweiligen Winkelteilbereich (8a, 8b, 8c, 8d, 8e) von Objekten (20, 31) zurückgeworfene Laserstrahlung in einen gesonderten Bildpunkt (16a, 16b, 16c, 16d, 16e; 16a', 16b', 16c') auf einer Empfangsebene (15) der Empfangseinheit (3) fokussiert und/oder ablenkt ist, e) Erfassen und Umwandeln der empfangenen und fokussierten und/oder abgelenkten Einzel-Laserstrahlen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e; 13a', 13b', 13c'; 44, 45, 46) mittels mindestens einem lichtdetektierenden elektronischen Empfangselement (12a, 12b, 12c, 12d, 12e; 12a', 12b', 12c') je Bildpunkt (16a, 16b, 16c, 16d, 16e; 16a', 16b', 16c'), welches in der Empfangsebene (15) angeordnet ist, f) Umformen der in dem jeweiligen Empfangselement (12a, 12b, 12c, 12d, 12e; 12a', 12b', 12c') erfassten Laserstrahlung in ein elektrisches Objektentfernungsmesssignal, g) Weiterleiten dieses Objektentfernungsmesssignals an eine Steuerungs- und Auswerteeinrichtung (10), h) Ermitteln von Lage und Abstand von in dem Umgebungserfassungswinkelbereich (8, 8', 8'') detektierten Objekten (20, 31) relativ zur Empfängereinheit (3) durch die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung (10) aus den erfassten Objektentfernungsmesssignalen der einzelnen Winkelteilbereiche (8a, 8b, 8c, 8d, 8e).Method for operating a sensor device ( 1 ) having the features of at least one of the preceding claims, characterized by the following method steps: a) generating a pulsed or electronically modulated laser beam ( 7 ), b) bending the laser beam ( 7 ) on at least one light-diffractive optical element ( 5 ) for generating a plurality of individual laser beams ( 7a . 7b . 7c . 7d . 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' ), c) scattering of the individual laser beams ( 7a . 7b . 7c . 7d . 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' ) by means of at least one light-diffusing optical element ( 6 . 6 '; 11a . 11b . 11c ) such that a predetermined ambient detection angle range ( 8th . 8th' . 8th'' ) with the individual laser beams ( 7a . 7b . 7c . 7d . 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' ) at the same time completely or in angular steps one after the other is detected, d) receiving individual laser beams ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e ; 13a ' . 13b ' . 13c '; 44 . 45 . 46 ), which of objects ( 20 . 31 ) in the ambient detection angle range ( 8th . 8th' . 8th'' ) were reflected back by means of at least one light-collecting and / or light-deflecting optical element ( 14 . 17 . 27 . 41 . 42 . 43 ) such that for each by a single jet ( 7a . 7b . 7c . 7d . 7e ; 7a ' . 7b ' . 7c ' ) detected angular range ( 8a . 8b . 8c . 8d . 8e ) which are in this respective angular range ( 8a . 8b . 8c . 8d . 8e ) of objects ( 20 . 31 ) reflected laser radiation in a separate pixel ( 16a . 16b . 16c . 16d . 16e ; 16a ' . 16b ' . 16c ' ) at a reception level ( 15 ) of the receiving unit ( 3 ) is focused and / or deflected, e) detecting and converting the received and focused and / or deflected single laser beams ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e ; 13a ' . 13b ' . 13c '; 44 . 45 . 46 ) by means of at least one light-detecting electronic receiving element ( 12a . 12b . 12c . 12d . 12e ; 12a ' . 12b ' . 12c ' ) per pixel ( 16a . 16b . 16c . 16d . 16e ; 16a ' . 16b ' . 16c ' ), which at the receiving level ( 15 f) reshaping in the respective receiving element ( 12a . 12b . 12c . 12d . 12e ; 12a ' . 12b ' . 12c ' ) detected laser radiation in an electrical object distance measuring signal, g) forwarding this object distance measuring signal to a control and evaluation device ( 10 h) determining the position and distance in the ambient detection angle range ( 8th . 8th' . 8th'' ) detected objects ( 20 . 31 ) relative to the receiver unit ( 3 ) by the control and evaluation device ( 10 ) from the acquired object distance measuring signals of the individual angular sections ( 8a . 8b . 8c . 8d . 8e ).
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