-
Die Erfindung betrifft eine Lidar-Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Emitter zum Emittieren von Infrarotstrahlung in einen Erfassungsbereich der Sensorvorrichtung wobei der Erfassungsbereich mehrere Erfassungsflächen aufweist. Sie betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Lidar-Sensorvorrichtung.
-
In Kraftfahrzeugen kommen heute für unterschiedliche Anwendungsbereiche Lidar-Systeme, also Light-Detection-and-Ranging-Systeme, zum Einsatz. Dabei kann man zwei verschiedene Arten von Lidar-Systeme unterscheiden. Einerseits sind sogenannte Blitzlicht- oder Flash-Sensorvorrichtungen bekannt, welche parallel (das heißt gleichzeitig) einen Erfassungsbereich unter der Verwendung von einem Solid-State-Lidar-(SSL)-Sensor bestrahlen (oder „beleuchten“). Derartige Sensoren beinhalten in einer Reihe angeordneten Fotodioden um ein oder mehrere Objekte in dem Erfassungsbereich zu detektieren. Der Erfassungsbereich ist in mehreren Erfassungsflächen unterteilt und, auf Basis des Anteils der Infrarotstrahlung (im Folgenden auch bezeichnet als Infrarot licht oder nur „Licht“) das man von jeder Erfassungsfläche zurück bekommt, ist es möglich für ein Objekt (oder Objekten) einen Abstand des oder der Objekte zu der Sensorvorrichtung zu ermitteln. Da die Fotodioden dabei in einer einzigen Reihe angeordnet mit einer Haupterstreckungsrichtung sind, kann eine Position des Objektes so nur eindimensional in der Haupterstreckungsrichtung der Reihe aufgelöst werden. Derartige Sensorvorrichtungen sind beispielsweise von der Firma LeddarTech bekannt.
-
Andererseits sind auch Scanner-Sensoreinrichtungen bekannt, welche einen Erfassungsbereich in zwei Dimensionen Pixel für Pixel oder Bildpunkt für Bildpunkt abtasten. Diese Scanner-Sensorvorrichtungen beleuchten den Erfassungsbereich nicht gleichzeitig sondern scannen den Erfassungsbereich seriell, typischerweise unter der Verwendung rotierender mechanischer Komponenten wie Spiegel, ab und sind entsprechend aufwendig und teuer zu produzieren.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auflösungsvermögen einer Lidar-Sensorvorrichtung mit einem möglichst einfachen Aufbau zu verbessern.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
-
Die Erfindung betrifft eine Lidar-Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, also eine Light-Detection-and-Ranging-Sensorvorrichtung, zum berührungslosen Abtasten eines Erfassungsbereiches in einer Umgebung der Sensorvorrichtung und zum Bestimmen eines Abstands zumindest eines oder mehreren sich in dem Erfassungsbereich befindlichen Objekts oder Objekten zu der Sensorvorrichtung. Die Sensorvorrichtung weist einen Emitter zum Emittieren, welches im Sinne eines Abstrahlens verstanden werden kann, eines Lichtes in den Erfassungsbereich der Sensorvorrichtung auf. Der Erfassungsbereich kann auch als Field of View (FOV) bezeichnet werden. Dabei weist der Erfassungsbereich mehrere vorgegebene oder vorgebare Erfassungsflächen auf. Der Erfassungsbereich kann somit in mehrere Erfassungsflächen unterteilt sein, das heißt von den Erfassungsflächen gebildet sein. Des Weiteren weist die Sensorvorrichtung einen Detektor zum Detektieren eines reflektierten Lichtanteils des in dem Erfassungsbereich emittierten Lichtes auf. Dabei hat der Detektor mehrere jeweils einem der Erfassungsflächen zugeordnete Detektionskanäle zum Detektieren des jeweils aus der dem Detektionskanal zugeordneten Erfassungsfläche stammenden Teils des reflektierten Lichtanteils. Zu diesem Zweck kann der Detektor eine Optik zum Lenken der entsprechenden Teile des reflektierten Lichtanteils von der Erfassungsfläche zu dem Detektionskanal aufweisen. Schließlich weist die Sensorvorrichtung auch eine Recheneinrichtung zum Ermitteln eines jeweiligen Abstands für die, also bevorzugt jeden der, Erfassungsflächen mittels einer optischen Laufzeitmessung für den in dem der jeweiligen Erfassungsfläche entsprechenden Detektionskanal detektierten Teil des reflektierten Lichtanteils auf. Durch die Recheneinrichtung kann somit separat eine Laufzeitmessung des aus der jeweiligen Erfassungsfläche stammenden Teils des reflektierten Lichtanteils durchgeführt werden und anhand der Laufzeitmessung ein Abstand eines Objekts oder mehrerer Objekte in der jeweiligen Erfassungsfläche von der Sensorvorrichtung ermittelt werden.
-
Der Emitter weist zum Emittieren des Lichtes in dem Erfassungsbereich mehrere Lichtquellen auf. Diesen Lichtquellen ist jeweils ein unterschiedlicher, in dem Erfassungsbereich liegender vorgegebener oder vorgebbarer Abstrahlbereich zugeordnet. Der Abstrahlbereich kann dabei auch als Abstrahlschicht oder Abstrahllayer bezeichnet werden. Jeder Abstrahlbereich erstreckt sich dabei über mehrere Erfassungsflächen. Jeder Abstrahlbereich umfasst somit jeweils zumindest einen Abschnitt oder Teilabschnitt von mehreren (bevorzugt allen) Erfassungsflächen, insgesamt also dann mehrere Abschnitte unterschiedlicher Erfassungsflächen. Die Abstrahlbereiche sind bevorzugt disjunkt. Der Emitter ist ausgebildet, das Licht durch ein nacheinander erfolgendes Aktivieren der Lichtquellen, ein sequentielles Aktivieren, nacheinander, also sequentiell, in die unterschiedlichen Abstrahlbereiche zu emittieren. Die unterschiedlichen Abstrahlbereiche oder Abstrahllayer werden somit bestrahlt oder beleuchtet durch den Emitter. Dieses Verfahren kann durchgeführt worden in einer gewissen Reihenfolge, zum Beispiel sequentiell von der obersten Schicht bis zur untersten Schicht oder umgekehrt das heißt von der untersten Schicht bis zur obersten Schicht, aber die Reihenfolge kann auch nach Belieben gewählt worden. Die Recheneinrichtung ist ausgebildet, anhand der in den Detektionskanälen nacheinander das heißt eine nach der anderen detektierten Teile des reflektierten Lichtanteils für jede Erfassungsfläche mehrere den jeweiligen Abstrahlbereichen zugeordnete Abstände zu ermitteln. Deckt so beispielsweise eine Erfassungsfläche einen ersten und einen zweiten Abstrahlbereich (das zum Beispiel unter dem ersten Abstrahlbereich liegt) ab, so wird zunächst ein erster Teil oder Abschnitt dieser Erfassungsfläche, welcher in dem ersten Abstrahlbereich liegt, erst durch den Emitter beleuchtet oder bestrahlt und sodann während eines zweiten Bestrahlungsverfahrens ein zweiter Teil oder Abschnitt dieser Erfassungsfläche. Das Bestrahlungsverfahren wird jedes Mal angewendet auf einer Schicht. Für die unterschiedlichen Abschnitte der Erfassungsfläche kann individuell ein Abstand oder können Abstände ermittelt und somit ein Objekt oder Objekten detektiert werden. Da sich die Erfassungsflächen über mehrere Abstrahlflächen erstreckt, wird der Erfassungsbereich so mit einer verbesserten Auslösung abgetastet.
-
Die Abstrahlbereiche werden somit seriell nacheinander mit dem Licht beleuchtet. Da in einen Abstrahlbereich mehrere Erfassungsflächen ragen, werden die Erfassungsflächen in den Abschnitten, welche in den gleichen Abstrahlbereich ragen, parallel zueinander (das heißt gleichzeitig) mit dem Licht beleuchtet. Daher kann für die in den gleichen Abstrahlbereich ragenden Abschnitte der unterschiedlichen Erfassungsflächen jeweils parallel zueinander ein jeweiliger Abstand ermittelt werden. Für die unterschiedlichen Abschnitte der jeweiligen Erfassungsflächen, welche unterschiedlichen Abstrahlbereichen zugeordnet sind und somit zu unterschiedlichen Zeitpunkten beleuchtet oder abgetastet werden, ist der jeweilige Abständen somit seriell und nacheinander oder nicht ermittelbar. Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, eine (fehlende) räumliche Auflösung des Detektors durch eine entsprechende zeitliche Auflösung des Detektors ersetzt oder zu ergänzt werden kann. Beispielsweise kann so durch zwei Abstrahlbereiche, in welchen jeweils ein Abschnitt der entsprechenden Erfassungsflächen der Sensorvorrichtung liegt, die räumliche Auflösung der Sensorvorrichtung über das nacheinander erfolgende Abtasten der ersten und zweiten Abschnitte der Erfassungsflächen verdoppelt werden.
-
Das hat den Vorteil, dass bei unverändertem Detektor das heißt ohne das Detektor zu ändern, die räumliche Auflösung des Detektors erhöht werden kann. Dabei müssen lediglich der Emitter und die Recheneinrichtung angepasst werden. Die Auflösung des Detektors kann in unterschiedlichen Dimensionen erhöht werden. Beispielsweise kann so eine eindimensionale Auflösung eines Detektors in einer Richtung, beispielsweise der Haupterstreckungsrichtung einer Reihe von Fotodioden des Detektors, erhöht oder verfeinert werden. Alternative oder zusätzlich kann eine eindimensionale Auflösung auf eine zweidimensionale Auflösung verbessert werden, beispielsweise indem die Auflösung in einer von der Haupterstreckungsrichtung der Reihe verschiedenen Richtung erhöht wird. Im Falle von einer in eine weitere Dimension verbesserte Auflösung, also beispielsweise eine zu einer bestehenden eindimensionalen horizontalen Auflösung zusätzlich über die zeitliche Auflösung eingeführte vertikale Auflösung können auch zusätzliche Funktionen von Fahrerassistenzsystemen durch eine Verwendung der Sensorvorrichtung umgesetzt werden. Mit anderen Worten die räumliche Auflösung erhöht sich und die zeitliche Auflösung (Abttastfrequenz) wird niedriger. Dabei ist der erforderliche Aufwand aufgrund der hohen Bauteilgleichheit mit den bekannten Sensorvorrichtungen sehr gering. So kann beispielsweise die Recheneinrichtung gegebenenfalls bei unveränderter Hardware lediglich über eine Software- oder Firmwareanpassung an den neuen Sensor angepasst werden. Überdies kann über die verbesserte Auflösung beispielsweise auch die Betriebssicherheit erhöht werden, indem zum Beispiel eine Augensicherheit durch einen implementierten Blendschutz erhöht wird. Auch die funktionelle Sicherheit (Functional Safety) kann besser implementiert werden, so kann beispielsweise über die erhöhte Auflösung ein fehlerhaft eingesetzter oder verschobener Sensor (Emitter oder Detektor) leichter von dem System erkannt werden. Schließlich kann die zusätzliche Auflösung gebraucht werden um Informationen zu bekommen über den Boden oder wenn das Detektor in einem Fahrzeug eingebaut ist, über der Straße worüber das Fahrzeug sich fortbewegt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abstrahlbereiche sich jeweils über alle Erfassungsflächen erstrecken und/oder die Erfassungsflächen sich in jeden Abstrahlbereich hinein erstrecken.
-
Das hat den Vorteil, dass für jeden Abstrahlbereich die Auflösung maximiert ist. Die Auflösung jeder Erfassungsfläche ist ebenfalls maximiert. Das ist auch insofern besonders vorteilhaft, da so die Abtastzeit für den gesamten Erfassungsbereich bei maximierter Auflösung minimiert wird, da zwar jeder zusätzliche Abstrahlbereich eine Abtastzeit für den gesamten Erfassungsbereich erhöht, dies aber mit einer maximierten Verbesserung der Auflösung einhergeht. Damit wird die Abtastrate oder Refresh-Rate bei maximierter Auflösung so hoch wie möglich gehalten.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Erfassungsflächen nebeneinander in einer ersten geraden oder geradlinigen Reihe angeordnet sind und die Abstrahlbereiche nebeneinander in einer zweiten geradlinigen Reihe angeordnet sind. Dabei können die erste Reihe und die zweite Reihe in unterschiedlichen Richtungen verlaufen. Insbesondere können die beiden Reihen senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen. Unter im Wesentlichen senkrecht kann hier senkrecht mit einer Abweichung von weniger als 20 Grad, insbesondere weniger als 10 Grad und bevorzugt weniger als 5 Grad verstanden werden. Die Erfassungsflächen und Abstrahlbereiche können somit in Form von Spalten und Zeilen einer Matrix zueinander angeordnet sein, wobei die in einem Abstrahlbereich befindlichen Abschnitte der Erfassungsflächen dann eine Spalte in der Matrix bilden und die einen Erfassungsfläche abdeckenden Teile der Abstrahlbereiche eine Zeile der Matrix.
-
Das hat den Vorteil, dass die Auflösung für einen rechtwinkligen Erfassungsbereich maximiert wird. Überdies wird der Erfassungsbereich so besonders effizient abgetastet. Auch können so die unterschiedlichen Erfassungsflächen jeweils eine gleiche erste Geometrie und die unterschiedlichen Abstrahlbereiche jeweils eine gleiche zweite Geometrie aufweisen, was die Verarbeitung in der Recheneinrichtung vereinfacht. Die erste und zweite Geometrie kann dabei ebenfalls identisch sein.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zahl der Erfassungsflächen größer ist als die Zahl der Abstrahlbereiche, insbesondere doppelt oder zumindest doppelt, bevorzugt viermal so groß. Es können somit beispielsweise 16 Erfassungsflächen in einer ersten Reihe (oder Abstrahlbereich) mit vier Abstrahlbereichen in der zweiten Reihe vorgesehen sein. Damit wird insgesamt eine Matrix von vier mal 16, also 64, Abschnitten realisiert. Für jede Abschnitte können jeweils einzeln Abstände ermittelt werden.
-
Das hat den Vorteil, dass bei einer gegebenen Auflösung, beispielsweise der oben genannten Auflösung von 64 Abschnitten, die Abtastgeschwindigkeit oder Abtastzeit weniger verringert ist, als bei einer anderen Aufteilung der Erfassungsflächen und Abstrahlbereiche in die abzutastenden Abschnitte. So wäre beispielsweise in dem oben genannten Beispiel die Abtastgeschwindigkeit bei einer umgekehrten Realisierung das heißt mit vier Erfassungsflächen und 16 Abstrahlbereichen viermal größer.
-
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Abstrahlbereiche zumindest drei und insbesondere höchstens fünf beträgt. Bevorzugt können vier Abstrahlbereiche vorgesehen sein. Obwohl, wie man verstehen wird, es in Prinzip kein Limit für den Zahl der Abstrahlbereiche gibt.
-
Das hat den Vorteil, dass der Zeitverlust für die zusätzlichen Abstrahlbereiche den durch die erhöhte Auflösung erzielten Vorteil nicht zunichtemacht. Zumindest drei Abstrahlbereiche haben sich hier als besonders vorteilhaft erwiesen, um den Erfassungsbereich beispielsweise in zwei seitliche und einen zentralen Abschnitt zu unterteilen. Bei mehr als fünf Abstrahlbereichen steigt der Zeitverlust bei dem Abtasten derart, dass die gewonnene Auflösung den durch den Zeitverlust entstandenen Vorteil nicht mehr aufzuwiegen vermag. Obwohl, wie man verstehen wird, dies abhängt von dem jeweiligen Einsatzzweck. Als ideal für was auf Englisch genannt werden „front sensing applications“ (zum Beispiel autonomes Bremsen im Notfall) hat sich hier die Anzahl von vier Abstrahlbereichen, bei welcher eine Abtastrate entsprechend bei um den Faktor vier verbesserter Auflösung um den Faktor vier verschlechtert wird, erwiesen.
-
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass Emitter und Detektor zueinander unbeweglich angeordnet sind. Emitter und Detektor sind somit in einem festen, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Sensorvorrichtung unveränderlichen, räumlichen Bezug zueinander angeordnet. Die Lidar-Sensorvorrichtung kann somit insbesondere ohne bewegliche mechanische Komponenten wie beispielsweise bewegliche Spiegel, insbesondere rotierende Spiegel, ausgeführt sein.
-
Das hat den Vorteil, dass für eine zweidimensionale Erfassung der Umwelt, also dem zweidimensionalen Abtasten des Erfassungsbereiches, keine beweglichen mechanischen Teile erforderlich sind. Entsprechend kann die Sensorvorrichtung ausgehend von einer Blitzlicht-Sensorvorrichtung ohne Hinzufügen von beweglichen Teilen realisiert werden. Damit ist die Sensorvorrichtung besonders langlebig und robust, und insbesondere auch gegen Erschütterungen und Situationen, wie sie gerade im Kraftfahrzeugbereich auftreten, besser geschützt. Überdies ist durch den verringerten Aufwand eine solche Sensorvorrichtung auch besonders einfach herzustellen und zu unterhalten.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Emitter ein Leuchtdiodenfeld (LED-Feld oder LED-Array) mit den Leuchtdioden des Felds als Lichtquellen aufweist. Insbesondere können die Leuchtdioden als Infrarot-Leuchtdioden ausgeführt sein. Alternativ kann der Emitter auch ein Laserdiodenfeld mit den Laserdioden als Lichtquellen aufweisen.
-
Das hat den Vorteil, dass die Lichtquellen präzise in einer vorgegebenen räumlichen Anordnung zueinander angeordnet sind und somit auch die Ausleuchtbereiche besonders genau und präzise positionierbar sind. Entsprechend sind auch die jeweils für die unterschiedlichen Abschnitte der Erfassungsflächen ermittelten Abstände örtlich genau zuordenbar, sodass eine verbesserte Auflösung der Sensorvorrichtung erreicht wird.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer Lidar-Sensorvorrichtung nach einer oder mehreren der beschriebenen Ausführungsformen.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Richtung der ersten Reihe der Erfassungsflächen einer Horizontalrichtung des Kraftfahrzeugs entspricht, also bei bestimmungsgemäßem Gebrauch parallel zu einem Boden, auf welchem das Kraftfahrzeug steht, verläuft. Alternativ oder ergänzend verläuft die Richtung der zweiten Reihe der Abstrahlbereiche in einer Vertikalrichtung oder Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs. Entsprechend wird dann durch die Erfassungsflächen die horizontale Auflösung der Sensorvorrichtung bestimmt und durch die Abstrahlbereiche die vertikale Auflösung.
-
Das hat den Vorteil, dass so bei einer noch hohen Abtastrate des Erfassungsbereiches zuverlässig Reflexionen von dem Boden als solche erkannt werden können sowie Reflexionen von beispielsweise über der Fahrbahn angeordneten Verkehrsschildern oder Brücken als solche erkannt und von anderen Objekten, beispielsweise Kraftfahrzeugen, unterschieden werden können. Hierfür reicht bereits eine relativ geringere Auflösung in der Vertikalrichtung, es haben sich drei oder vier verschiedene Abstrahlbereiche als ausreichend erwiesen. Zugleich kann hier die Anzahl der Erfassungsflächen in der Horizontalrichtung ohne zeitliche Verluste entsprechend den Eigenschaften des Detektors und der Anzahl der Detektionskanäle eingestellt oder vorgegeben werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Erfassungsbereich der Lidar-Sensorvorrichtung vor dem Kraftfahrzeug, quer zu der Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs, also vor dem Kraftfahrzeug, angeordnet ist. Aber andere Anwendungen sind ebenfalls möglich. Der Sensor kann zum Beispiel angewendet worden um eine Erfassungsfläche zu schaffen neben einem Fahrzeug oder hinter einen Fahrzeug. Der Sensor kann auch eine Teil sein von einer Hülle von Sensoren um den Fahrzeug herum in welchen Fall die Erfassungsfläche ganz um den Fahrzeug geht. Der Sensor kann in einer Außenspiegel eingebaut werden und sich woanders befinden zum Beispiel in der Stoßstange.
-
Das hat den Vorteil, dass besonders kritische Fahrerassistenzfunktionen wie beispielsweise eine automatische Notbremsfunktion von der verbesserten, vorzugsweise von einer eindimensionalen auf eine zweidimensionale Auflösung erhöhten Auflösung profitieren und somit in ihrer Zuverlässigkeit verbessert werden können, um die Sicherheit im Straßenverkehr zu erhöhen.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Lidar-Sensorvorrichtung; und
- 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Lidar- Sensorvorrichtung.
-
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 ausgerüstet mit einer Lidar-Sensorvorrichtung 2 dargestellt. Die Lidar-Sensorvorrichtung 2 ist in einem Bug 3 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet, sodass sich der Erfassungsbereich 4 der Lidar-Sensorvorrichtung 2 vor dem Kraftfahrzeug 1 befindet, das heißt quer zu der Fahrzeuglängsrichtung L des Kraftfahrzeugs 1 welche sich vor dem Kraftfahrzeug 1 erstreckt.
-
Die Sensorvorrichtung 2 weist dabei einen Emitter 5, einen Detektor 6 sowie eine Recheneinrichtung 7 auf. Der Emitter 5 dient dabei dem Emittieren von Infrarotstrahlung (im Folgenden auch bezeichnet als „Infrarot licht“ oder nur „Licht“) in den Erfassungsbereich 4. Der Detektor 6 dient dem Detektieren des von dem Emitter 5 in den Erfassungsbereich 4 emittierten und weil sie ein Objekt das sich in der Erfassungsberiech 4 befindet getroffen hat reflektierten Teils der Infrarotstrahlung. Dabei weist der Detektor 6 mehrere, vorliegend 16 Detektionskanäle 8a bis 8p (2), auf. Diese Detektionskanäle 8a bis 8p dienen dem Detektieren des jeweils aus einer zugeordneten Erfassungsfläche 9a bis 9p des Erfassungsbereichs 4 stammenden Teils des reflektierten Lichtanteils. Wie es hierunter detailliert beschrieben, wird der Detektionsbereich von den Detektionskanälen 8a bis 8p des Detektors 6 abgedeckt aber in verschiedenen Momenten, somit er dem gesamten Erfassungsbereich 4 entspricht. Vorliegend sind aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nur 16 Erfassungsflächen 9a bis 9p (2) dargestellt. Eine Anzahl von Erfassungsflächen anders als 16 fällt aber auch in den Anwendungsbereich dieses Dokumentes. Die Erfassungsflächen 9a bis 9p sind dabei vorliegend nebeneinander in einer Reihe angeordnet.
-
Der Emitter 5 weist nun mehrere, vorliegend vier, Infrarotstrahlung Quellen 10a bis 10d auf, mittels welcher jeweils einer von mehreren, vorliegend vier (dies ist wieder eine Vereinfachung), in dem Erfassungsbereich 4 liegenden Abstrahlbereichen 11a bis 11d beleuchtbar oder mit dem emittierten Licht abtastbar ist. Die Abstrahlbereiche 11a bis 11d erstrecken sich dabei über mehrere, vorliegend jeweils über alle Erfassungsflächen 9a bis 9p. Die Abstrahlbereiche sind hier nebeneinander in einer weiteren Reihe, wie ein Stapel, angeordnet. Der Emitter 5 ist dabei ausgebildet, die Abstrahlbereiche 11a bis 11d nacheinander zu beleuchten, hier indem die Infrarotstrahlung Quellen 10a bis 10d nacheinander aktiviert werden. Es wird so nacheinander Infrarotstrahlung in diese Abstrahlbereiche 11a bis 11d emittiert. Die Reihenfolge worin die Abstrahlbereiche 11a bis 11d abgetastet werden kann aber nach Belieben gewählt worden. Darüber hinaus kann das Anzahl von Malen das jeder Abstrahlbereich während eines kompletten Zyklus abgetastet wird nach Belieben gewählt worden.
-
Jede Erfassungsfläche 9a bis 9p wird somit durch die Abstrahlbereiche 11a bis 11d in vier Abschnitte 12ij unterteilt. Der Erfassungsbereich 4 unterscheidet sich somit von den aus dem Stand der Technik bekannten Erfassungsbereichen darin, dass er in mehrere, vorliegend vier, Abstrahlbereiche 11a bis 11d unterteilt ist. Entsprechend werden vorliegend jeweilige Abschnitte 12ij des Erfassungsbereiches 4, welche jeweils durch den Überlappungsbereich von der Erfassungsfläche 9i und dem Abstrahlbereich 11j gebildet werden, für ein konstantes j gleichzeitig und für ein konstantes i nacheinander beleuchtet oder abgetastet. Die Abschnitte 12ij des Erfassungsbereiches sind hier in Matrixform angeordnet, sodass der Erfassungsbereich 4 vorliegend eine rechteckige Form hat.
-
Die Recheneinrichtung 7 ist vorliegend ausgebildet, anhand der nacheinander in den Detektionskanälen 8a bis 8p detektierten Teile des reflektierten Lichtanteils für jeden Abschnitt 12ij einen Abstand zu ermitteln, das heißt für jede Erfassungsfläche 9a bis 9p mehrere, vorliegend vier, den jeweiligen Abstrahlbereichen 11a bis 11d zugeordnete Abstände dij zu ermitteln.
-
In 2 ist die beispielhafte Ausführungsform der Sensorvorrichtung 2 aus 1 mit Emitter 5 und Detektor 6 nochmals detaillierter dargestellt. So sind nun die den Detektionskanälen 8a bis 8p zugeordneten Erfassungsflächen 9a bis 9p vollständig dargestellt. Diese erstrecken sich vorliegend in der x-Richtung nebeneinander horizontal in der ersten Reihe. Die Abstrahlbereiche 11a bis 11d sind hier ebenfalls in einer Reihe nebeneinander angeordnet, allerdings in der y-Richtung, also senkrecht zu den Erfassungsflächen 9a bis 9p. Da in diesem Beispiel die Erfassungsflächen 9a bis 9p und die Abstrahlbereiche 11a bis 11d jeweils zusammen den Erfassungsbereich 4 bilden, wird der Erfassungsbereich 4 vorliegend durch die Erfassungsflächen 9a bis 9p und die Abstrahlbereiche 11a bis 11d nach Art einer Matrix mit jeweiligen Matrixkomponenten oder Abschnitten 12xyn unterteilt. Dabei bilden die Erfassungsflächen 9a bis 9p vorliegend die Spalten und die Abstrahlbereiche 11a bis 11d die Zeilen der Matrix.
-
Ein Abschnitt 12xy der Matrix ist somit durch den Bereich des Erfassungsbereiches 4 gebildet, welcher sowohl in der x-ten Spalte, also dem x-ten Erfassungsfläche 9a bis 9p sowie der y-ten Zeile, also dem y-ten Abstrahlbereich 11a bis 11d zuzuordnen ist. Diese Abstrahlbereiche 11a bis 11d, welche auch als Schichten bezeichnet werden können, werden einzeln und sequentiell bestrahlt oder abgetastet. Die Lichtquellen 10a bis 10d, welche vorliegend als Leuchtdioden eines Leuchtdiodenfeldes ausgeführt sind, strahlen somit oder emittieren Licht jeweils in einen horizontalen Abstrahlbereich 11a bis 11d. Die horizontalen Abstrahlbereiche 11a bis 11d können dabei auch als Messschicht oder Measurement Layer bezeichnet werden. Alle Erfassungsflächen 9a bis 9p werden gleichzeitig bestrahlt.
-
Der Detektor 6 detektiert nun in den den Erfassungsflächen 9a bis 9p entsprechenden Detektionskanälen 8a bis 8p einen jeweils der zugeordneten Erfassungsfläche 9a bis 9p entstammenden Teil des reflektierten Lichtanteils der von einem Objekt reflektiert wird das sich in dieser Fläche befindet. Die Recheneinrichtung 7 (1) ermittelt nun jeweilige Abstände dxy für die jeweiligen Abschnitte 12xy eines zu einem Zeitpunkt beleuchteten Abstrahlbereichs 11a bis 11d. Dies erfolgt anhand der üblichen optischen Laufzeitmessung für die unterschiedlichen Erfassungsflächen 9a bis 9p, die zu einem Zeitpunkt durch den Emitter 5 bestrahlt werden. Somit können die unterschiedlichen Abstände dxy den jeweiligen Abschnitten 12xy zugeordnet werden. Dadurch kann die Sensorvorrichtung 2 Objekte im Erfassungsbereich ortsaufgelöst in horizontaler und vertikaler Richtung detektieren. Die Erweiterung zu einer Sensorvorrichtung 2 mit einem zweidimensionalen aufgelösten Erfassungsbereich 4 erfordert hier keine Anpassung am Detektor 6.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge in der die Abstrahlbereiche (11a-11d) abgetastet werden nach Wunsch gewählt worden kann, das heißt, es ist möglich in der Reihenfolge Abstrahlbereiche 11a, 11b, 11c, 11d abzutasten aber auch in jeder Permutation dieser Reihenfolge.
-
Außerdem ist es möglich während eines gewissen Zeitraums einige Abstrahlbereiche öfter abzutasten als andere, zum Beispiel Abstrahlbereiche 11b und 11c doppelt so viel wie Abstrahlbereich 11d.
-
Darüber hinaus sind die Grundsätze die im vorliegenden Dokument offenbart sind nicht auf vier Abstrahlbereiche 11a zu 11d beschränkt. Jede Anzahl von Abstrahlbereiche 11a bis 11d kann verwendet worden.
-
Es wird weiter darauf hingewiesen, dass der Begriff „Infrarotstrahlung“ wie im vorliegenden Dokument verwendet jede Art von elektromagnetischer Strahlung abdeckt einschließlich aber nicht beschränkend nur auf sichtbares Licht.
