DE102017220397A1

DE102017220397A1 - Abstandsmesseinheit

Info

Publication number: DE102017220397A1
Application number: DE102017220397.8A
Authority: DE
Inventors: Andre Nauen
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2019-05-16
Also published as: WO2019096584A1; US20200386861A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmesseinheit (1) zur signallaufzeitbasierten Messung eines Abstands zu einem in einem Erfassungsfeld (4) befindlichen Objekt (3), mit einer Emittereinheit (20) mit einer Mehrzahl Emittern (21) zur Emission von Pulsen (6) und einer Empfängereinheit (30) zum Empfangen von Echopulsen (7), wobei die Abstandsmesseinheit (1) für ein Messen derart eingerichtet ist, dass die Echopulse (7) den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten (5) zugeordnet werden, und wobei in zumindest einige der Raumwinkelsegmente (5) jeweils mindestens zwei der Emitter (21) emittieren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmesseinheit zur signallaufzeitbasierten Abstandsmessung.
Stand der Technik
Die in Rede stehende Abstandsmessung beruht auf einer Laufzeitmessung ausgesandter elektromagnetischer Pulse. Treffen diese auf ein Objekt, so wird an dessen Oberfläche der Puls anteilig zurück zu der Abstandsmesseinheit reflektiert und kann als Echopuls mit einem geeigneten Sensor aufgezeichnet werden. Erfolgt die Aussendung des Pulses zu einem Zeitpunkt t₀ und wird das Echopuls zu einem späteren Zeitpunkt t₁ erfasst, kann der Abstand d zu der reflektierenden Oberfläche des Objekts über die Laufzeit Δt_A = t₁ - t₀ nach $d = Δ t_{A} c / 2$
bestimmt werden. Da es sich um elektromagnetische Pulse handelt, ist c der Wert der Lichtgeschwindigkeit.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Abstandsmesseinheit anzugeben.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Abstandsmesseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Gegenstand ist eine Abstandsmesseinheit, deren Erfassungsfeld in eine Mehrzahl Raumwinkelsegmente segmentiert, also unterteilt ist. Dabei erlaubt die Abstandsmesseinheit eine Zuordnung der empfangenen Echopulse zu einem Raumwinkelsegment, es kann bspw. die Empfängereinheit raumwinkelauflösend sein (die Raumwinkelauflösung kann sich aber auch emitterseitig ergeben, siehe unten im Detail). Bei der erfindungsgemäßen Abstandsmesseinheit ist die Emittereinheit mit mehreren Emittern zur Emission der Pulse ausgestattet, wobei in zumindest einige der Raumwinkelsegmente jeweils mindestens zwei der Emitter emittieren.
Mit der Unterteilung der Raumwinkelsegmente ist eine gewisse Auflösung bzw. Pixelierung empfängerseitig vorgegeben, jedes Raumwinkelsegment kann als ein „Empfängerpixel“ betrachtet werden. Die Emitter der Emittereinheit sind nun derart vorgesehen, dass den bzw. zumindest einigen Empfängerpixeln jeweils mehr als ein Emitter zugeordnet ist. Jedenfalls im Zeitverlauf (bevorzugt ist ein sequenzielles Pulsen, siehe unten) emittiert also in ein jeweiliges Raumwinkelsegment nicht nur ein Emitter, sondern mindestens ein weiterer Emitter. In bzw. aus dem fraglichen Raumwinkelsegment werden somit Echopulse empfangen, die auf unterschiedliche Emitter zurückgehen, was das Signal/Rauschverhältnis (Signal to Noise Ratio, SNR), auch „Störabstand“ genannt, verbessern helfen kann. Dazu können bspw. nacheinander empfangene Echopulse im Zuge einer Signalmittelung zusammengeführt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen der Abstandsmesseinheit und entsprechender Betriebsverfahren bzw. Verwendungen unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
Im Kontext der abhängigen Ansprüche werden die Varianten „raumwinkelauflösende Empfängereinheit“ und „raumwinkelselektiver Betrieb“ noch im Einzelnen diskutiert. Vorab, zur Einordnung: Eine raumwinkelauflösende Empfängereinheit kann Echopulse zuordnen, die im selben Zeitpunkt aus unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten eintreffen. Dies kann bspw. durch Kombination eines ortsauflösenden Flächensensors (z. B. einem CCD-Array) mit einer vorgelagerten Optik erreicht werden, die aus den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten einfallende Strahlung auf unterschiedliche Bereiche der ortsauflösenden Sensorfläche führt.
Bei dem „raumwinkelselektiven Betrieb“ ist hingegen die Emittereinheit raumwinkelselektiv, erlaubt sie also ein selektives Pulsen in die einzelnen Raumwinkelsegmente. In einem sequenziellen Betrieb kann bspw. nacheinander in jedes der Raumwinkelsegmente ein Puls emittiert werden, wobei es zwischen den einzelnen Segmenten immer eine gewisse Pausendauer gibt, in welcher die Empfängereinheit bildlich gesprochen „lauscht“. Bei dieser Variante kann auch eine integral, ohne Ortsauflösung messende Empfängereinheit vorgesehen sein, etwa eine einfache Fotodiode. Die beiden Varianten können auch kombiniert werden, sodass bspw. das Erfassungsfeld in einer Richtung über eine raumwinkelauflösende Empfängereinheit segmentiert ist und in einer anderen Richtung (typischerweise senkrecht dazu) durch ein entsprechendes Abrastern (sequenzielles Pulsen). Der Erfindungsgedanke lässt sich mit beiden Varianten umsetzen (alternativ zueinander oder auch in Kombination) .
Das Erfassungsfeld, auch als „Sichtbereich“ (Field of View, FoV) bezeichnet, ist in die Raumwinkelsegmente untergliedert, diese füllen also miteinander das gesamte Sichtfeld aus. Zueinander sind die Raumwinkelsegmente jedenfalls weitgehend disjunkt; nächstbenachbarte Raumwinkelsegmente können einen Überlapp haben, der sich dann bspw. auf nicht mehr als die halbe Weite der jeweiligen Raumwinkelsegmente bemessen kann (nicht mehr als ein halbes „Pixel“ ausmacht). Bevorzugt sind sämtliche Raumwinkelsegmente zueinander disjunkt, wobei es dazwischen Zwischenräume geben kann oder die Raumwinkelsegmente auch direkt aneinander grenzen können. Im Falle der bevorzugten Automobilanwendungen kann sich das Erfassungsfeld in horizontaler Richtung beispielweise über einen größeren Winkelbereich erstrecken und/oder kann es feiner unterteilt sein als in vertikaler Richtung, was aber im Allgemeinen nicht zwingend ist. Das Erfassungsfeld kann bspw. durch einen horizontalen und einen vertikalen Vollwinkel beschrieben werden (vgl. das Ausführungsbeispiel zur Illustration), wobei dann mit der Segmentierung in der Regel zumindest der horizontale, bevorzugt auch der vertikale Winkel entsprechend untergliedert ist.
Jeder der Emitter ist zur gepulsten Emission von elektromagnetischer Strahlung ausgelegt. Bevorzugt ist Strahlung im Infrarotbereich, also Wellenlängen von bspw. mindestens 600 nm, 650 nm, 700 nm, 750 nm, 800 nm bzw. 850 nm (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Besonders bevorzugt können bspw. rund 905 nm sein, wobei insofern vorteilhafte Obergrenzen bei höchstens 1100 nm, 1050 nm, 1000 nm bzw. 950 nm liegen können (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Ein weiterer bevorzugter Wert kann bspw. bei rund 1064 nm liegen, was vorteilhafte Untergrenzen von mindestens 850 nm, 900 nm, 950 nm bzw. 1000 nm ergibt und (davon unabhängige) vorteilhafte Obergrenzen von höchstens 1600 nm, 1500 nm, 1400 nm, 1300 nm, 1200 nm bzw. 1150 nm (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Bevorzugte Werte können auch bei rund 1548 nm bzw. 1550 nm liegen, was vorteilhafte Untergrenzen von mindestens 1350 nm, 1400 nm, 1450 nm bzw. 1500 nm ergibt und (davon unabhängige) vorteilhafte Obergrenzen von höchstens 2000 nm, 1900 nm, 1800 nm, 1700 nm, 1650 nm bzw. 1600 nm (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Im Allgemeinen sind aber bspw. auch Wellenlänge im Fernen IR denkbar, bspw. bei 5600 nm bzw. 8100 nm.
Soweit ein bestimmter Betrieb beschrieben wird, meint dies bezogen auf die Abstandsmesseinheit an sich, dass deren Steuereinheit entsprechend eingerichtet ist. Wenngleich im Allgemeinen auch eine analoge Umsetzung denkbar scheint, wird die Steuereinheit in der Regel eine entsprechend programmierte Digitaleinheit aufweisen. Diese kann dann Treiber zum Betreiben der Strahlungsquellen ansteuern. Die Steuereinheit kann optional auch weitergehend integriert sein, also auch eine Auswerteeinheit umfassen, welche die mit der Sensoreinheit erfassten Echopulse auswertet (dies ist aber nicht zwingend, die Auswertung kann bspw. auch mit einer gesonderten Rechnereinheit erfolgen, etwa dem Bordcomputer im Falle des Kraftfahrzeugs, oder über eine Cloud-Anbindung).
Ein Puls ist eine zeitlich begrenzte Größe, die emittiert wird, um dann im Falle einer Reflexion an dem Objekt von einem Sensor der Abstandsmesseinheit zeitlich versetzt erfasst zu werden. Eine nach der Halbwertsbreite (FWHM) genommene Pulsbreite kann bspw. bei höchstens 1 ms liegen, bevorzugt noch deutlich kleiner sein, nämlich bei in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 800 µs, 600 µs, 400 µs bzw. 200 µs liegen, oder auch noch kleiner sein, nämlich bei höchstens 1000 ns, 900 ns, 800 ns, 700 ns, 600 ns, 500 ns, 400 ns, 300 ns, 200 ns, 100 ns, 80 ns, 60 ns, 40 ns, 30 ns, 25 ns, 20 ns, 15 ns, 10 ns, 5 ns bzw. 2 ns liegen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Im Prinzip kann ein möglichst kurzer Puls bevorzugt sein, technisch bedingt können Untergrenzen bspw. bei mindestens 0,001 ns, 0,01 ns bzw. 0,1 ns liegen.
Die Emittereinheit weist eine Mehrzahl Emitter auf, also mindestens zwei, in der Regel aber deutlich mehr, bspw. mindestens 6, 9, 16, 20, 25, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 bzw. 500 Emitter. Mögliche Obergrenzen können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 10000, 8000, 6000, 5000, 4000, 3000, 2000 bzw. 1000 Emittern liegen. Die Emitter haben jeweils eine eigene Emissionsfläche zur Strahlungsemission. Sie sind jedenfalls von ihrem Aufbau her prinzipiell unabhängig voneinander betreibbar, in der Emittereinheit können sie aber bspw. auch bereits zu (vordefinierten) Gruppen verschaltet sein.
Die Emitter sind bevorzugt Laserquellen. Sind die Emitter bereits chipseitig integriert, etwa als sogenanntes VCSEL-Array ausgeführt (siehe unten im Detail), können die Emitter bspw. auch bereits durch eine entsprechende Verdrahtung auf dem Chip (gruppenweise) zusammengefasst sein. Bevorzugt ist indes eine Emittereinheit, deren Emitter gänzlich unabhängig voneinander betreibbar sind, wobei ein etwaiges Zusammenfassen im Betrieb über eine entsprechende Ansteuerung erreicht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Empfängereinheit raumwinkelauflösend. Im Unterschied zu einer integralen Messung (winkelselektiver Betrieb), bei welcher sich die Zuordnung der Echopulse aus dem Abrastern ergibt, kann die raumwinkelauflösende Empfängereinheit auch im selben Zeitpunkt (zeitgleich) aus unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten einfallende Echopulse zuordnen. Im Allgemeinen ließe sich dies bspw. auch mit mehreren, separaten Empfängern realisieren, die relativ zueinander verkippt in jeweils eines der Raumwinkelsegmente gerichtet sein können. Es könnte bspw. je Raumwinkelsegment eine eigene Fotodiode vorgesehen sein, etwa in Verbindung mit einer jeweiligen Sammellinse, die eine eindeutige Zuordnung zum jeweiligen Raumwinkelsegment schafft (die Sammellinse kann die Sensorfläche der Fotodiode ins Unendliche abbilden, führt dann also umgekehrt die Strahlung in dem Raumwinkelsegment auf die Sensorfläche).
In bevorzugter Ausgestaltung weist die raumwinkelauflösende Empfängereinheit einen Flächensensor auf, bevorzugt ein CCD-Array oder CMOS-Array. Fällt auf die sensitive Sensorfläche des Flächensensors Strahlung, kann diese ortsaufgelöst gemessen werden. Es können also Bereiche der Sensorfläche mit Strahlungseinfall von Bereichen ohne Strahlungseinfall unterschieden werden, in der Regel lassen sich auch Intensitätsunterschiede auflösen („Graustufen“). Unabhängig von der sensorseitigen Ausgestaltung im Einzelnen ist dann ferner eine Optik vorgesehen, die jedes der Raumwinkelsegmente mit jeweils einem eigenen Bereich der Sensorfläche verknüpft. Die Optik setzt eine Raumwinkelverteilung (der Raumwinkelsegmente) in eine Ortsverteilung auf der Sensorfläche um, was abstrakt betrachtet einer Fourier-Transformation entspricht. Als Optik ist bevorzugt eine Sammellinse vorgesehen, die bspw. auch aus mehreren Einzellinsen aufgebaut sein kann (die nacheinander durchstrahlt werden). Bevorzugt ist eine Anordnung derart, dass die Sammellinse die Sensorfläche ins Unendliche abbildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform emittiert zumindest ein Emitter in das gesamte Erfassungsfeld, und zwar in sämtliche Raumwinkelsegmente gleichzeitig. Der Emitter wird also bspw. nicht hin- und herbewegt, um dann das gesamte Erfassungsfeld erst im zeitlichen Integral abzudecken; stattdessen ist die Emission so breitwinklig, dass der eine Puls gleichzeitig sämtliche Raumwinkelsegmente abdeckt. Die Raumwinkelauflösung bzw. Segmentzuordnung ergibt sich dann mit der raumwinkelauflösenden Empfängereinheit. Zur Illustration, findet sich bspw. in der linken Hälfte des Erfassungsfelds ein Objekt und in der rechten Hälfte ein weiteres Objekt in gleichem Abstand, treffen die entsprechenden Echopulse gleichzeitig ein, erlaubt aber die raumwinkelauflösende Empfängereinheit dennoch eine Zuordnung zu den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform emittiert zumindest einer der Emitter zwar in mehrere Raumwinkelsegmente gleichzeitig, dabei aber nicht in das gesamte Erfassungsfeld, sondern nur in einen Teil davon. Bspw. in Kombination mit einem anderen Emitter, der das gesamte Erfassungsfeld ausfüllen kann (alle Raumwinkelsegmente gleichzeitig, siehe vorne), kann dann mit dem nur einen Teil abdeckenden Emitter in dem Erfassungsfeld ein Ausschnitt definiert sein, in dem mit einem verbesserten Störabstand gemessen wird bzw. werden kann. Wo im Erfassungsfeld dieser Ausschnitt liegt, kann sich im Einzelnen auch nach der Anwendung richten, etwa im Falle der Kfz-Applikation mittig auf der Fahrbahn und/oder seitlich am Fahrbahnrand (zur möglichst genauen Auflösung von bspw. Fußgängern etc.).
Ein entsprechender Ausschnitt muss dann auch nicht notwendigerweise dauerhaft durch eine Mehrfachemission der unterschiedlichen Emitter vermessen werden, dies kann beispielweise nur in einem bestimmten Betriebsmodus „erhöhtes SNR“ erfolgen. Wird bspw. ein Objekt in dem fraglichen Ausschnitt detektiert, etwa von der Abstandsmesseinheit selbst oder auch einem anderen Sensorsystem im Falle der Kfz-Anwendung (wie etwa einer Kamera oder einem Radar), kann in den Modus „erhöhtes SNR“ gewechselt werden. Ein entsprechender Wechsel kann sogar auch von einer Objektklassifizierung bzw. -erkennung abhängig gemacht werden, sodass bspw. nur im Falle einer erhöhten Sicherheitsstufe mit erhöhtem SNR gemessen wird, etwa wenn ein Fußgänger oder Fahrradfahrer festgestellt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Pulse nacheinander in die einzelnen Raumwinkelsegmente emittiert. Dies kann dann auch in Verbindung mit einer integral messenden Empfängereinheit eine Raumwinkelauflösung ergeben, wenn in der Sequenz nach jedem Puls nach dem Echopuls „gelauscht“ wird (siehe vorne, und auch nachstehend im Detail). Diese Variante wird auch als „Rastern“ bezeichnet. Im Allgemeinen ist auch eine Kombination mit der „winkelauflösenden Empfängereinheit“ möglich (siehe auch vorne), die Abstandsmesseinheit kann aber auch ausschließlich nach der einen oder der anderen Variante messen.
Generell muss bei dem Abrastern der Raumwinkelsegmente nicht zwingend nach jedem einzelnen Puls zum jeweils darauffolgenden Raumwinkelsegment gewechselt werden, sondern kann in ein jeweiliges Raumwinkelsegment auch eine Pulsfolge (mehrere Pulse in Folge) abgegeben werden. Generell ergeben sich beim Rastern die Raumwinkelsegmente aus den unterschiedlichen Raumrichtungen, in die emittiert wird. Eine winkelselektive Emission kann bspw. durch entsprechendes Bewegen der Emittereinheit umgesetzt werden, also durch eine verkipp- bzw. verschwenkbar gelagerte Emittereinheit. Eine winkelselektive Emission kann bspw. ebenso elektro-mechanisch mittels einer steuerbaren Spiegelanordnung erreicht werden, etwa einem oder mehreren MEMS Spiegelsystemen (Micro Electro Mechanical System, MEMS); die Strahlung wird auf die Spiegelanordnung geführt und gelangt je nach Spiegelstellung in ein jeweiliges der Raumwinkelsegmente. Bevorzugt kann jedoch eine elektrisch-optische Umsetzung sein, bei welcher eine Ortsverteilung der Emittereinheit bzw. derer Emissionsflächen mit einer Optik in eine Raumwinkelteilung umgesetzt wird (invers zu dem vorstehend für den Flächensensor geschilderten Prinzip). Bevorzugt kann es sich bei den Emittern um als Oberflächenemitter ausgebildete Laserquellen handeln, die in der Emittereinheit arrayförmig zusammengefasst sind.
Ein solcher Oberflächenemitter wird auch als VCSEL bezeichnet (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), im Folgenden wird auch von einem VCSEL-Array gesprochen. Einzelne VCSEL-Laserdioden emittieren heutzutage im mW Bereich. Eine Variante des VCSEL-Lasers ist ein Vertical-External-Cavity-Surface-Emitting-Laser (VECSEL), dieser soll im Folgenden unter dem Begriff VCSEL subsummiert sein. VECSEL-Dioden können heute schon mit hohen Pulsleistungen im Watt-Bereich betrieben werden, sodass VECSEL-Arrays mehrere Hundert Watt Strahlungsleistung emittieren können.
Anders als bei einem Kantenemitter wird bei einem Oberflächenemitter die Strahlung gewinkelt bzw. senkrecht zur Chipebene emittiert, und es lässt sich mit gängigen Halbleiterprozessen auf dem Chip ein vergleichsweise dicht gepacktes Array an Laserdioden definieren, was umgekehrt eng gestaffelte Raumwinkelsegmente und damit eine gute Auflösung ergeben kann. Das VCSEL-Array kann derart vorgesehen sein, dass jede der Laserdioden von den anderen Quellen unabhängig angesteuert und damit insbesondere hauptanspruchsgemäß in ihrer Leistung angepasst werden kann (im Allgemeinen können aber auch bereits durch die Verdrahtung auf der Chipebene einige der Laserdioden zu Gruppen zusammengefasst sein).
In bevorzugter Ausgestaltung der Abstandsmesseinheit mit „winkelselektiver Emittereinheit“ ist die Empfängereinheit als integral (nicht raumwinkelauflösend) messender Sensor ausgelegt. Es kann sich bspw. um eine Fotodiode handeln, etwa nach APD- bzw. SPAD-Bauart (Avalanche Photo Diode bzw. Single Photon APD), aber etwa auch um eine PIN-Diode oder einen Photomultiplier. Der Sensor hat jedenfalls eine sensitive Sensorfläche (die darauffallende Strahlung, insbesondere IR-Strahlung wird jedenfalls anteilig in ein elektrisches Signal umgesetzt), wobei auf unterschiedliche Bereiche der Sensorfläche fallende Strahlung nicht weitergehend zugeordnet wird (dies meint „integral“).
Im Allgemeinen könnte mit mehreren der eben genannten Fotodioden bzw. Sensoren selbstverständlich auch eine raumwinkelauflösende Empfängereinheit aufgebaut werden (siehe vorne). Dazu können mehrere, jeweils für sich integral messende Sensoren nebeneinander angeordnet werden, etwa zeilen- oder matrixförmig. Jeder Sensor für sich würde dann zwar nur integral messen, durch die Anordnung ergibt sich jedoch eine Ortsauflösung, die sich in eine Raumwinkelauflösung umsetzen lässt. Umgekehrt muss bei Verwendung eines Flächensensors, insbesondere eines CCD- bzw. CMOS-Arrays, nicht zwingend dessen Pixelierung (Ortsauflösung) die Raumwinkelsegmente definieren, sondern können auch jeweils mehrere Pixel gruppenweise zusammengefasst einem Raumwinkelsegment zugeordnet sein (diese Pixel werden dann einfach gemeinschaftlich ausgewertet). Bevorzugt ist jedoch bei einem Flächensensor jedem Raumwinkelsegment genau ein (jeweils eigenes) Pixel zugeordnet, wird also umgekehrt jedes Raumwinkelsegment durch genau ein jeweiliges Pixel definiert.
Die folgenden Ausgestaltungen können sowohl mit dem winkelauflösenden Empfangen als auch im Falle einer winkelselektiven Emission (Rastern) umgesetzt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung werden in jene Raumwinkelsegmente, in die jeweils mindestens zwei der Emitter emittieren, die Pulse der Emitter je Raumwinkelsegment sequenziell emittiert. Dieser Betrieb erfolgt zumindest zeitweilig, also jedenfalls in einem von mehreren Betriebsmodi, ist aber auch über den gesamten Betrieb hinweg möglich. Die sequenzielle Abfolge bezieht sich hierbei auf jene Emitter, die gemeinsam dasselbe Raumwinkelsegment versorgen, nicht zwingend auf die Raumwinkelsegmente untereinander.
Die mindestens zwei Emitter können dabei mit ihrem jeweiligen Puls bspw. auch jeweils das gesamte Erfassungsfeld ausfüllen. In einem jeweiligen Zeitpunkt wird dann also jeweils simultan (gleichzeitig) in sämtliche Raumwinkelbereiche emittiert, und im Zeitverlauf gibt es dann eine Abfolge solcher Pulse (der unterschiedlichen Emitter). In einem ersten Zeitpunkt emittiert also ein erster Emitter in sämtliche Raumwinkelbereiche, in einem zweiten, darauffolgenden Zeitpunkt ein zweiter Emitter und dann bspw. ein dritter Emitter usw. Dies lässt sich in analoger Weise umsetzen, wenn die Mehrfachabdeckung (mindestens zwei Emitter je Raumwinkelsegment) nicht das gesamte Erfassungsfeld, sondern nur einen Ausschnitt davon betrifft (siehe vorne).
Das sequenzielle Pulsen der zur Mehrfachabdeckung vorgesehenen Emitter kann auch im Falle des Rasterns von Interesse sein. Es kann bspw. in einem ersten Durchlauf mit einem ersten Emitter von Raumwinkelsegment zu Raumwinkelsegment gewechselt werden (der erste Emitter emittiert in die jeweiligen Segmente), wobei dann in einem zweiten Durchlauf ein anderer Emitter in die einzelnen Raumwinkelsegmente emittiert (wiederum bei einem Wechsel von Segment zu Segment), danach gegebenenfalls ein weiterer Emitter etc. Es ist aber auch möglich, dass in zumindest einige der Raumwinkelsegmente je Raumwinkelsegment mehrere Pulse direkt aufeinanderfolgend emittiert werden, bevor zu einem darauffolgenden Raumwinkelsegment gewechselt wird.
Im Allgemeinen ist aber auch ein simultaner Betrieb der mindestens zwei Emitter denkbar, können die zur Mehrfachabdeckung eines jeweiligen Raumwinkelsegments vorgesehenen Emitter also auch gleichzeitig pulsen. Demgegenüber ist der sequenzielle Ansatz - egal ob kombiniert mit dem Rastern oder dem Pulsen in das gesamte Erfassungsfeld - jedoch bevorzugt. Es kann dann nämlich bspw. eine Steuer/Treibereinheit einfacher aufgebaut sein, weil der auf Systemebene auftretende Maximalstrom beim sequenziellen Pulsen jeweils nur dem Maximalstrom des Einzelemitters entspricht (kein Aufaddieren); es ist ein Multiplexing einer Treiberschaltung für mehrere Emitter möglich. Ferner kann der zeitliche Versatz zwischen der Emission der einzelnen Emitter auch insoweit von Vorteil sein, als (rein statistisch) die Wahrscheinlichkeit abnimmt, dass ein externes Störsignal die Messung beeinträchtigt (die Wahrscheinlichkeit ist geringer, dass ein solches Störsignal über eine entsprechende Zeitdauer hinweg anliegt und die aufeinanderfolgenden Pulse beeinträchtigt).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in einer Sequenz der Pulse, die auf die unterschiedlichen Emitter zurückgehen, eine Codierung hinterlegt. Die Pulse können bspw. eine spezielle Signatur tragen, welche die Unterscheidbarkeit von externen Störsignalen, insbesondere den Pulsen anderer Abstandsmesseinheiten, verbessern helfen kann. Eine solche Codierung kann bspw. über eine Amplitudenmodulation hinterlegt sein, sodass die einzelnen Pulse bspw. jeweils eine unterschiedliche (vordefinierte) Amplitude, also maximale Leistung haben. Bevorzugt kann eine spektrale Codierung sein, indem sich nämlich die Emitter in der Wellenlänge ihrer jeweilig emittierten Strahlung unterscheiden (bspw. in ihren Peakwellenlängen). Zusätzlich oder alternativ können die Pulse bspw. auch eine unterschiedliche Form haben, können sie sich also bspw. in einer Anstiegs- und/oder Abstiegsflanke etc. unterscheiden (z. B. der eine Puls ein Sägezahnprofil mit ansteigender Flanke und der andere ein Sägezahnprofil mit abfallender Flanke haben). Eine Codierung kann bspw. auch in einer Modulation der Emissionszeiten hinterlegt sein, wobei die Modulation einen vordefinierten Verlauf haben oder auch stochastisch erfolgen kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine Pausendauer zwischen zwei von den unterschiedlichen Emittern zur Mehrfachabdeckung des bzw. der Raumwinkelsegments/- segmente sequenziell und direkt aufeinanderfolgend abgegebenen Pulsen bei höchstens 10 µs, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 8 µs, 6 µs, 4 µs bzw. 2 µs. Mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 0,3 µs, 0,5 µs bzw. 1 µs liegen und durch die gewünschte Reichweite im Erfassungsfeld bestimmt sein. So kann bspw. für eine Reichweite von 300 m, also einen Signalweg von 600 m, die erforderliche Pausendauer bei rund 2 µs liegen, siehe Glg. 1. Bei einer Reichweite von bspw. 100 m würde die erforderliche Pausendauer bei 670 ns liegen.
Die 2 µs entsprechen einer Frequenz von 500 kHz, die sich zum Vergleich mit einer Emittereinheit mit einem einzigen Emitter kaum bzw. gar nicht realisieren ließe, da ein Duty Cycle einer IR-Laserdiode etwa 10 µs beträgt. Die Schaltfrequenzen gängiger Laserquellen bzw. -dioden liegen nämlich in der Regel eine Größenordnung tiefer bei rund 50 kHz, insbesondere in Anbetracht des bei Automobilanwendungen zu berücksichtigenden Temperaturregimes. Dies illustriert, dass sich mit dem vorliegenden Ansatz „mehrere Emitter je Raumwinkelsegment“, je nach Anzahl und Taktung der Emitter, bspw. bei einer Laufzeit von 1 µs um bis zu einem Faktor 10 mehr Pulse im jeweiligen Raumwinkelsegment unterbringen lassen (bei 0,5 µs bspw. um bis zu einem Faktor 20). Dies kann zunächst, wie bereits erwähnt, den Störabstand verbessern helfen; zudem lässt sich auch eine Aktualisierungsrate der Messdaten entsprechend erhöhen. Es können also Veränderungen im Erfassungsfeld schneller und weniger störanfällig festgestellt werden, was insbesondere mit Blick auf teil- bzw. vollautonom fahrende Fahrzeuge von Interesse sein kann. Ein etwaiger Nachteil, nämlich der höhere Aufwand bzw. die erhöhte Komplexität, die das Vorsehen mehrerer Emitter bedingt, wird durch die genannten Vorteile überkompensiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform emittieren die zur Mehrfachabdeckung des bzw. der Raumwinkelsegments bzw. - segmente vorgesehenen Emitter in unterschiedlichen Betriebsmodi mit unterschiedlicher Taktung relativ zueinander. Konkret gibt es dann einen ersten Betriebsmodus, in dem sie relativ zueinander analog den vorstehenden Absätzen sequenziell emittieren, was die eben genannten Vorteile ergibt. In einem zweiten Betriebsmodus emittieren sie jedoch gleichzeitig (gleichgetaktet/synchron), was bspw. von Vorteil sein kann, wenn ansonsten überhaupt kein Signal oberhalb des Rauschgrundes mehr empfangen werden könnte. So kann bspw. bei einem entsprechend weit entfernten bzw. auch von seinen Oberflächen her ungünstigen Objekt (Reflexionseigenschaften etc.) der Echopuls so klein werden, dass sich auch mittels Signalverarbeitung (Zusammenführen mehrerer aufeinanderfolgender Echopulse) kein geeignetes Signal mehr gewinnen lässt. Dann kann der Wechsel in den Synchronmodus (zweiten Betriebsmodus) von Vorteil sein.
Andererseits kann der sequenzielle Betrieb bei einem nahen/stark reflektierenden Objekt bspw. insoweit von Vorteil sein, als bspw. einem Übersteuern der Empfängereinheit vorgebeugt werden kann. Ein Dynamikbereich, der sich danach bestimmt, mit welcher Bandbreite an Leistungen der Echopulse gerechnet werden muss, kann somit vorteilhafterweise eingegrenzt werden. Die empfangene Leistung kann dann umgekehrt bspw. mit feinerer Nuancierung aufgelöst werden (Auswertung der „Helligkeit“).
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Abstandsmesseinheit derart eingerichtet, dass mindestens einer der Emitter seine Pulse im Zeitverlauf mit einer unterschiedlichen Leistung emittiert, bevorzugt gilt dies für mindestens 30 %, 50 %, 70 % bzw. 90 % der Emitter, besonders bevorzugt für sämtliche Emitter.
Die Leistungsanpassung, bspw. eine Verringerung bei geringerem Objekt-Abstand, kann z. B. die Energieeffizienz bzw. den thermischen Haushalt der Emittereinheit betreffend Vorteile bieten, oder auch ein fotobiologisches Risiko, insbesondere in Bezug auf eine Gefährdung der Augen, reduzieren helfen. Die Begriffe „Abstand“, „Objekt-Abstand“ und „objektbezogener Abstand“ werden hier und im Folgenden gleichbedeutend verwendet. Sich teil- oder vollautonom bewegende Fahrzeuge können eine Vielzahl von Abstandsmesseinheiten verwenden, die an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs angebracht sind und im Zusammenwirken eine Rundumsicht ermöglichen. Auch können technologisch unterschiedliche Abstandsmesseinheiten zur Anwendung kommen, insbesondere Kamerasysteme im sichtbaren, ultravioletten und infraroten Spektralbereich, akustische Abstandsmesseinheiten auf Ultraschall- oder Infraschallbasis, Radar-basierte Abstandsmesseinheiten sowie LIDARbasierte Abstandsmesseinheiten. Die unterschiedlichen Abstandsmesseinheiten können zur Messung für unterschiedliche Objekt-Abstände ausgelegt sein, angefangen vom Zentimeter- und Meter-Bereich, bis hin zu Entfernungen von mehreren Hundert Metern, oder sogar darüber hinaus.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Leistung in Abhängigkeit von einer Objektklassifizierung angepasst. Zur Illustration, es können also bspw. Fußgänger und Fahrradfahrer einer Klasse zugeordnet sein und können die Pulse bei einer Zuordnung des Objekts zu dieser Klasse mit reduzierter Leistung emittiert werden, bspw. zur Verringerung eines fotobiologischen Risikos bzw. zur Vermeidung von Blendeffekten etc. Weitere Objektklassen können sein: Motorräder, Quads, Verkehrsschilder, PKWs, LKWs, Brücken, Tunnels, Ampelanlagen, Überführungen, Flugobjekte. Die Klassifizierung kann hierbei Teil einer Objekterkennung sein, letztere ist aber im Allgemeinen nicht zwingend (es muss also bspw. ein Lastkraftwagen nicht zwingend als solcher erkannt werden, sondern kann ihm auch bereits aufgrund eines Größenkriteriums eine bestimmte, in der Regel größere Leistung zugeordnet sein).
Im Falle des Kraftfahrzeugs können die mit der Abstandsmesseinheit erfassten Daten bspw. auch um weitere Sensordaten ergänzt werden, etwa um Kameraaufnahmen des Sichtfelds etc. Dies ist bei einer Objektklassifizierung bzw. -erkennung möglich, im Übrigen aber auch bei der vorstehend diskutierten Extrapolation von Abstandsfunktionen mittels Bewegungstrajektorien. Andererseits kann aber auch allein anhand der mittels der Abstandsmesseinheit erfassten Daten eine Klassifizierung bzw. Erkennung möglich sein.
Die Objektklassifizierung/-erkennung kann analog den aus der zweidimensionalen Bildbearbeitung bekannten Verfahren ablaufen; vereinfacht gesprochen definieren die Raumwinkelbereiche ein Raster und kann der jeweilig zugeordnete Abstandswert als Graustufe betrachtet werden. Das gemessene Abstandsbild wird dann in der Regel segmentiert, bspw. über definierte Schwellwerte bzw. durch eine kanten- oder regionenbasierte Segmentierung. Das Bild kann nach bestimmten Kanten- oder Flächenformationen oder vollständigen Vorlagen („wie könnte das infrage kommende Objekt nach einer Segmentierung aussehen?“) durchsucht werden. Das bzw. die Objekte können dann, insbesondere mittels einer Objektdatenbank, in Klassen eingeteilt werden, bevorzugt mündet dies in einer Objekterkennung.
In bevorzugter Ausgestaltung wird in dem bzw. den Raumwinkelbereichen, in denen sich ein als Fußgänger/Radfahrer zugeordnetes Objekt befindet, mit einer verringerten Leistung P₁ emittiert. Dies bezieht sich auf den Vergleich zu einer zweiten Leistung P₂, die im Falle einer Zuordnung des Objekts zu einer zweiten Klasse anliegt. Dies gilt bei gleichem Abstand zu dem Objekt (bspw. im Falle eines sehr weit entfernten Fahrradfahrers/Fußgängers kann die Leistung auch wieder gleich groß oder größer als im Falle eines Kraftfahrzeugs in kleiner Distanz sein). Der zweiten Klasse können neben Kraftfahrzeugen als anderen Verkehrsteilnehmern bspw. auch Autobahnbrücken bzw. Bäume am Fahrbahnrand etc. zugeordnet sein. Wird ein Objekt bspw. als Baum klassifiziert, kann mitunter sogar auch eine erhöhte Leistung P₃ angelegt werden, weil die zergliederte Oberflächenstruktur des Blätter- bzw. Nadelwerks eine verschlechterte Reflexion bzw. erhöhte Streuung zur Seite erwarten lässt.
In bevorzugter Ausgestaltung wird die Leistung bei einem in geringerem Abstand erfassten Objekt verringert. Geht man von einem ersten Abstand d₁ und einem demgegenüber größeren Abstand d₂ aus, wird eine erste Leistung P₁ im ersten Abstand kleiner als eine zweite Leistung P₂ gewählt, die im zweiten Abstand angelegt wird. Es kann bspw. um jeden der Abstände d₁ , d₂ jeweils ein Intervall gelegt sein, und es wird dann die Leistung P₁ oder P₂ angelegt, je nachdem ob der gemessene bzw. zugeordnete Abstandswert im ersten oder zweiten Intervall liegt. Es kann dann auch noch weitere Intervalle geben, bspw. n Intervalle, die aneinandergesetzt n Stufen mit einer jeweils anderen Leistung P_n festlegen.
Es ist aber ebenso eine stufenlose Anpassung möglich, kann also die Leistung P(d) als stetige Funktion des Abstands hinterlegt sein. Hierbei kommt insbesondere eine Polynomfunktion infrage, etwa ein Polynom zweiten Grades, gegebenenfalls mit Korrekturtermen. Im Vergleich zur schrittweisen Anpassung kann die stufenlose Variante eine noch höhere Genauigkeit ermöglichen, andererseits kann die schrittweise Anpassung weniger komplex und zeitaufwendig sein, was im Automobilumfeld von Vorteil sein kann (kurze Reaktionszeiten und einfachere, robuste Komponenten) .
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorliegend offenbarten Abstandsmesseinheit, vgl. auch die Anmerkungen eingangs. Der Abstand zu dem Objekt wird signallaufzeitbasiert gemessen, und zwar anhand der von dem bzw. den Emittern emittierten und dann an dem Objekt reflektierten Pulse bzw. Echopulse. Dabei emittieren in zumindest einige der Raumwinkelsegmente jeweils mindestens zwei Emitter.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Abstandsmesseinheit in einem Kraftfahrzeug, bspw. einem Lastkraftwagen bzw. Kraftrad, bevorzugt in einem Personenkraftwagen. Besonders bevorzugt ist die Anwendung in einem teil- bzw. vollautonom fahrenden Fahrzeug. Im Allgemeinen ist aber auch eine Anwendung in einem Luft- bzw. Wasserfahrzeug denkbar, etwa einem Flugzeug, Helikopter oder Schiff.
Ein Fahrzeug kann eine Vielzahl an erfindungsgemäßen Abstandsmesseinheit aufweisen, wobei bevorzugter Weise das Erfassungsfeld bzw. der Sichtbereich (FOV) einer jeden der Abstandsmesseinheiten räumlich disjunkt zu der bzw. den anderen Abstandsmesseinheiten ist. Damit lässt sich ein größerer Gesamt-Raumwinkelbereich erfassen (vor, seitlich, hinter, oberhalb des Fahrzeugs). Weisen die Abstandsmesseinheiten unterschiedliche IR-Laserwellenlängen auf, können die Sichtbereiche (FOV) auch nicht disjunkt sein, also zumindest teilweise überlappen. Die Abstandsmesseinheiten können bspw. in bestehende Fahrzeug-Scheinwerfersysteme integriert sein.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt

1a ein Kraftfahrzeug mit einer Abstandsmesseinheit, sowie deren in Raumwinkelsegmente untergliedertes Erfassungsfeld in einer Aufsicht (bird view);
1b die Anordnung gemäß 1a in einer Seitenansicht;
2a eine Emittereinheit in einer optionalen Ausgestaltung als Bestandteil der Abstandsmesseinheit gemäß 1a,b;
2b eine Empfängereinheit in einer optionalen Ausgestaltung als Bestandteil der Abstandsmesseinheit gemäß 1a,b;
3a eine erste Möglichkeit der Zuordnung mehrerer Emitter zu einem der Raumwinkelsegmente gemäß 1a,b;
3b-d weitere Möglichkeiten der Anordnung;
4 eine zeitliche Abfolge von Pulsen, die von unterschiedlichen Emittern in dasselbe Raumwinkelsegment emittiert werden.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1a,b zeigen eine Abstandsmesseinheit 1, die in ein Kraftfahrzeug 2 eingebaut und in Fahrtrichtung (nach vorne) ausgerichtet ist. Mit der Abstandsmesseinheit kann der Abstand zu Objekten 3a,b, wie bspw. anderen Fahrzeugen oder auch Fußgängern etc., gemessen werden, wenn sich diese Objekte 3a,b im Erfassungsfeld 4 der Abstandsmesseinheit 1 befinden. Das Erfassungsfeld 4, das einen horizontalen Öffnungswinkel α und einen vertikalen Öffnungswinkel β hat, ist in eine Vielzahl Raumwinkelsegmente 5 untergliedert, wovon jedes einen Öffnungswinkel δα, δβ hat, vgl. auch 2a zur Illustration.
Die Abstandsmessung erfolgt nach den Raumwinkelsegmenten 5 aufgelöst, es ist also bspw. das Objekt 3a von dem Objekt 3b als in anderen Raumwinkelsegmenten 5 befindlich unterscheidbar. Je nach Beschaffenheit (Größe, Oberflächen etc.) und auch Entfernung des Objekts kann sogar auch innerhalb eines jeweiligen Objekts 3a,b differenziert werden. Zur Abstandsmessung wird jeweils ein Puls 6 emittiert, der, soweit sich im jeweiligen Raumwinkelsegment 5 ein Objekt befindet, als Echopuls 7 zurückkommt und empfangen wird.
2a zeigt eine Emittereinheit 20 mit mehreren Emittern 21. In dieser schematischen Darstellung, die analog 1 eine Aufsicht zeigt, sind jedem der Raumwinkelsegmente 5 jeweils zwei Emitter 21 zugeordnet. Die Emitter 21 sind vorliegend in Form eines VCSEL-Arrays vorgesehen, bezüglich der Details wird auch auf die Beschreibungseinleitung verwiesen. Mit einer Optik 22 wird die von diesen Laserquellen emittierte Infrarotstrahlung in die einzelnen Raumwinkelsegmente 5 gelenkt.
Jedem der Raumwinkelsegmente 5 sind gemäß 2a zwei Emitter 21 zugeordnet, es sind aber auch mehr als zwei Emitter möglich, vgl. auch 3. Je Raumwinkelsegment 5 können die Emitter 21 ihre Pulse 6 dann sequenziell emittieren, wobei, da es sich eben um gesonderte Emitter 21 handelt, in einer sequentiellen Betriebsweise eine relativ enge Taktung möglich ist, nämlich von nur rund 2 µs. Es wird auch auf die Ausführungen in der Beschreibungseinleitung verwiesen. Einige der Emitter 21 können auch zu einer Gruppe zusammen geschaltet sein und zeitgleich Laserpulse emittieren.
Die Variante gemäß 2a zeigt eine winkelselektive Emittereinheit 20, die also ihre Pulse 6 selektiv in die einzelnen Raumwinkelsegmente 5 emittieren kann. Diese Emittereinheit 20 kann dann insbesondere mit einer Empfängereinheit kombiniert werden, die ihrerseits nicht raumwinkelauflösend misst, also die einfallende Strahlungsleistung an ihrer Sensorfläche integral erfasst. Das Erfassungsfeld 4, also die einzelnen Raumwinkelsegmente 5, werden dann sequenziell bepulst, wobei nach der Emission eines jeweiligen Pulses 6 in ein jeweiliges Raumwinkelsegment 5 und vor der Emission in das darauffolgende Raumwinkelsegment 5 immer für eine bestimmte Zeitdauer, die sich auch nach der Reichweite bestimmt, gewartet wird. Bildlich gesprochen „lauscht“ die Abstandsmesseinheit, ob aus dem jeweiligen Raumwinkelsegment 5 ein Echopuls 7 zurückkommt.
2b zeigt eine Empfängereinheit 30, die raumwinkelauflösend ist. Das Prinzip - Konversion von Orts- und Raumwinkelverteilung - entspricht jenem gemäß 2a, es ist lediglich die Richtung umgekehrt. Die Empfängereinheit 30 weist eine Optik 31 auf, mit der aus unterschiedlichen Raumrichtungen 32 einfallende Strahlung auf unterschiedliche Bereiche einer sensitiven Sensorfläche 33 eines Flächensensors 34 geführt wird, etwa eines CCD-Arrays. Über die Ortsauflösung des Flächensensors 34 ist also eine Zuordnung zu den Raumrichtungen 32 und damit den einzelnen Raumwinkelsegmenten 5 möglich.
Zur Illustration, im Falle eines CCD- bzw. CMOS-Arrays kann die Pixelgröße von dessen Ortsauflösung im Bereich einiger weniger Mikrometer liegen (bspw. 1 - 20 pm), es ist aber auch eine gröbere Auflösung möglich. Wird bspw. eine PIN-Diode oder APD-Matrix vorgesehen, können die Pixelgrößen bis in den Millimeterbereich reichen. Eine mögliche Pixelgröße einer PIN-Diode kann bspw. bei rund 0,5 × 2,5 mm² liegen.
Mit der Empfängereinheit 30, die gemäß 2b raumwinkelauflösend ausgeführt ist, kann ein jeweiliger Echopuls 7 einem jeweiligen Raumwinkelsegment 5 zugeordnet werden. In diesem Fall kann die Segmentierung des Erfassungsfelds 4 empfängerseitig erfolgen, müssen also die Pulse 6 nicht notwendigerweise winkelselektiv emittiert werden. Stattdessen können die Pulse 6 auch gleichzeitig sämtliche Raumwinkelsegmente 5 abdecken, die Segmentierung ergibt sich empfängerseitig. Aber auch in diesem Fall weist die Emittereinheit 20 dann eine Mehrzahl Emitter 21 auf, sind also jedem der Raumwinkelsegmente 5 mehrere Emitter 21 zugeordnet.
Die 3a bis d illustrieren in schematischer Ansicht, wie in einem jeweiligen Raumwinkelsegment 5, also einem „Empfängerpixel“, aufgrund der Zuordnung mehrerer Emitter 21 mehrere Emitterpixel 40 liegen. Die Emitterpixel 40 können bspw. in Zeilen und Spalten (3a) oder auch nur in einer Zeile liegen, die Mehrfachbelegung kann also bspw. lediglich in Bezug auf die horizontale Richtung bestehen (3d). Es sind aber auch komplexere Muster möglich, letztlich bestimmt das Zusammenspiel aus der Anordnung der Emitter 21, insbesondere in Verbindung mit der Form und Orientierung deren Emissionsflächen, und der Optik 22 die Lage und Position der Emitterpixel 40.
4 zeigt mehrere Pulse 6a-c in einem der Raumwinkelsegmente 5 im Zeitverlauf. Jeder der Pulse 6a-c geht auf einen eigenen Emitter zurück, der erste Emitter emittiert im Zeitpunkt to, der zweite im Zeitpunkt t₁ und der dritte im Zeitpunkt t₂ . Aufgrund der Mehrfachbelegung des Raumwinkelsegments 5, weil also mehrere Emitter 21 zugeordnet sind, kann eine Pausendauer 50 zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Pulsen 6a,b, 6b,c vergleichsweise kurz bei nur rund 2 µs gehalten werden. Damit kann durch eine Mittelung über die einzelnen Pulse 6a-c nicht nur das Signal/Rauschverhältnis verbessert werden, sondern lässt sich auch eine vergleichsweise hochfrequente Erfassung realisieren, vgl. auch die Beschreibungseinleitung im Einzelnen.
Bezugszeichenliste

Abstandsmesseinheit	1
Kraftfahrzeug	2
Objekte	3
Erfassungsfeld	4
Raumwinkelsegment	5
Puls	6
Echopuls	7
Emittereinheit	20
Emitter	21
Optik (der Emitter)	22
Empfängereinheit	30
Optik (der Empfängereinheit)	31
Raumrichtung	32
Sensorfläche	33

Flächensensor	34
Emitterpixel	40
Pausendauer	50

Claims

Abstandsmesseinheit (1) zur signallaufzeitbasierten Messung eines Abstands zu einem in einem Erfassungsfeld (4) befindlichen Objekt (3), mit einer Emittereinheit (20) mit einer Mehrzahl jeweils zur Emission von Pulsen (6) in Form elektromagnetischer Strahlung ausgelegten Emittern (21), einer Empfängereinheit (30) zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung nach einer abstandsabhängigen Laufzeit, also zum Empfangen von Echopulsen (7), wobei die Abstandsmesseinheit (1) für ein Messen derart eingerichtet ist, dass Echopulse (7), die aus unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten (5) empfangen werden, in welche Raumwinkelsegmente (5) das Erfassungsfeld (4) segmentiert ist, einem jeweiligen der Raumwinkelsegmente (5) zugeordnet werden, und wobei ferner die Abstandsmesseinheit (1) derart eingerichtet ist, dass in zumindest einige der Raumwinkelsegmente (5) jeweils mindestens zwei der Emitter (21) emittieren.
Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Empfängereinheit (30) raumwinkelauflösend ist, also in einem Zeitpunkt aus unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten (5) einfallende Echopulse (7) den Raumwinkelsegmenten zuordenbar macht.
Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 2, bei welcher die raumwinkelauflösende Empfängereinheit (30) eine Optik (31) und einen Flächensensor (34) mit einer sensitiven Sensorfläche (33) zum ortsaufgelösten Empfangen aufweist, wobei über die Optik (31) jedem der Raumwinkelsegmente (5) ein eigener Bereich der Sensorfläche (33) zugeordnet ist, sodass mit den Echopulsen (7) aus den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten (5) einfallende elektromagnetische Strahlung auf unterschiedliche Bereiche der Sensorfläche (33) geführt wird.
Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher zumindest einer der Emitter (21) in das gesamte Erfassungsfeld (4) emittiert, also einen jeweiligen Puls (6) gleichzeitig in alle Raumwinkelsegmente (5) emittiert.
Abstandsmesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher zumindest einer der Emitter (21) in eine Mehrzahl Raumwinkelsegmente (5) gleichzeitig emittiert, also einen jeweiligen Puls (6) gleichzeitig in die Mehrzahl Raumwinkelsegmente (5) emittiert, dabei aber nur in einen Teil des gesamten Erfassungsfelds (4).
Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb der Emittereinheit (20) derart eingerichtet ist, dass die Pulse (6) sequenziell in die einzelnen Raumwinkelsegmente (5) emittiert werden.
Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 6, bei welcher die Empfängereinheit (30) einen Sensor mit einer sensitiven Sensorfläche aufweist, wobei der Sensorfläche das gesamte Erfassungsfeld (4) zugeordnet ist und die auf die Sensorfläche fallende elektromagnetische Strahlung integral erfasst wird.
Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb der Emittereinheit (20) derart eingerichtet ist, dass in die zumindest einigen Raumwinkelsegmente (5), in die jeweils mindestens zwei der Emitter (21) emittieren, je Raumwinkelsegment (5) die jeweiligen mindestens zwei Emitter (21) relativ zueinander ihre Pulse (6) zumindest zeitweilig sequenziell emittieren.
Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 8, bei welcher die zumindest zeitweilig sequenziell emittierten Pulse (6) eine Codierung tragen.
Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher die Emittereinheit (20) für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass bei den jeweiligen mindestens zwei Emittern (21), die relativ zueinander ihre Pulse (6) zumindest zeitweilig sequenziell emittieren, eine Pausendauer (50) zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Pulsen bei höchstens 10 µs liegt.
Abstandsmesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass die jeweiligen mindestens zwei Emitter (21), die relativ zueinander ihre Pulse (6) zumindest zeitweilig sequenziell emittieren, in einem ersten Betriebsmodus ihre Pulse (6) sequenziell emittieren und in einem zweiten Betriebsmodus ihre Pulse (6) gleichzeitig emittieren.
Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass zumindest einer der Emitter (21) seine Pulse (6) im Zeitverlauf mit einer unterschiedlichen Leistung emittiert, wobei die Leistung vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Klassifizierung des Objekts (3) angepasst ist
Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 12, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass zumindest einer der Emitter (21) seine Pulse bei einem erstem Abstand d₁ zu dem Objekt (3) mit einer ersten Leistung P₁ emittiert und bei einem zweiten Abstand d₂ zu dem Objekt (3) mit einer zweiten Leistung P₂ emittiert, wobei d₁ < d₂ und P₁ < P₂ ist.
Verfahren zum Betreiben einer Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem ein Abstand zu einem Objekt (3) signallaufzeitbasiert gemessen wird, wozu die Emitter (21) ihre jeweiligen Pulse (6) emittieren und mit der Empfängereinheit (30) die abstandsabhängige Laufzeit gemessen wird, wobei in zumindest einige der Raumwinkelsegmente (5) jeweils mindestens zwei der Emitter (21) emittieren.
Verwendung einer Abstandsmesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem Kraftfahrzeug, insbesondere gemäß einem Verfahren nach Anspruch 14.