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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Elektrotechnik und der Signalverarbeitung und ist insbesondere für die berührungslose Erfassung von Objekten einsetzbar, beispielsweise an Bord von mobilen Transportmitteln, um die jeweilige Umgebung zu erfassen. Ein Einsatz ist jedoch auch in stationären Anlagen denkbar.
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Die berührungslose Erfassung von Objekten findet bisher beispielsweise im optischen Bereich durch eine Bilderfassung mithilfe einer oder mehrerer Kameras statt, deren Bilder digital verarbeitet werden können. Auf diese Weise können auch dreidimensionale Bilder von Objekten erzeugt und analysiert werden, und es ist in engen Grenzen auch eine Entfernungsabschätzung von Objekten möglich.
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Eine andere Methode zur Objekterfassung stellt beispielsweise das „Lidar“-Verfahren dar, bei dem Laserlicht von einer Vorrichtung abgestrahlt und die von Objekten reflektierte Strahlung erfasst wird. Durch eine raumwinkelselektive Bestrahlung oder durch eine Selektion des Raumwinkels der Erfassung des reflektierten Lichts können Richtung und laterale Ausdehnung von Objekten erfasst werden. Durch Laufzeitmessung des reflektierten Lichts kann die Entfernung abgeschätzt werden, und durch Dopplerverfahren kann auch die Geschwindigkeit von Objekten, mit der sie sich von der Vorrichtung entfernen bzw. an diese annähern, ermittelt werden.
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Derartige Verfahren haben den Nachteil, dass sie auf eine behinderungsfreie Ausbreitung von Licht angewiesen sind. In vielen Fällen sind solche Bedingungen jedoch nicht erfüllt oder nicht hinreichend zuverlässig erfüllt. Dies gilt beispielsweise für den Einsatz solcher Erfassungssysteme an Bord von Fahrzeugen für den Fall von Niederschlag oder Nebel.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine höhere Zuverlässigkeit auch unter widrigen Bedingungen erzielt.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Gegenstände der Patentansprüche 2 bis 13 stellen besondere Implementierungen dar. Die Patentansprüche 14 und 15 beziehen sich auf ein Transportmittel, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist.
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Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Erfassungsbereich , mit einer Strahlungseinrichtung zum Aussenden eines elektromagnetischen Abtaststrahls in wenigstens einen Teil des Erfassungsbereichs, mit einer Detektionseinrichtung zur Detektion von reflektierter Strahlung aus wenigstens einem Teil des Erfassungsbereichs , und mit wenigstens einer steuerbaren Ablenkeinrichtung für den Abtaststrahl und/oder einer steuerbaren Ablenkeinrichtung der Detektionseinrichtung für die reflektierte Strahlung sowie mit einer ersten Auswertungseinrichtung, die jeweils einer Einstellung der Ablenkeinrichtung(en) eine Richtung im Erfassungsbereich zuordnet, wobei die Strahlungseinrichtung einen Abtaststrahl mit einer Frequenz von weniger als 300 GHz, insbesondere weniger als 240 GHz, weiter insbesondere weniger als 120 GHz, insbesondere mehr als 90 GHz erzeugt und wobei die Ablenkeinrichtung(en) jeweils wenigstens einen Umlenkspiegel aufweist/aufweisen, dessen Ausdehnung in jeder Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung des Abtaststrahls größer als 1 mm, weiter insbesondere größer als 5 mm oder größer als 10 mm ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Erfassung von Objekten Strahlung eingesetzt werden sollte, die außerhalb des optisch sichtbaren Bereichs liegt. Es bieten sich für solche Anwendungen Radarsysteme an. Solche Radarsysteme sind grundsätzlich bekannt, jedoch ist zur Objekterfassung eine mechanische oder elektronische Bewegung von Strahlungskeulen notwendig, um eine Erfassung, insbesondere auch eine dreidimensionale Erfassung, von Objekten zu erreichen. Für eine solche Bewegung von Radarsystemen sind schwenkbare Antennen bekannt, beispielsweise aus dem Flugzeugradar oder aus der Anwendung bei Personenscannern, die zur Personenkontrolle beim Zugang zu Flughäfen benutzt werden. Derartige Systeme erfordern jedoch eine außerordentliche Baugröße, die den Anwendungen solcher Systeme enge Grenzen setzt.
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Es ist auch der Einsatz von Antennenarrays denkbar, wobei durch abgestimmte Ansteuerung der Antennen die Richtcharakteristik des Systems gezielt verändert werden kann. Auch eine derartige Lösung erscheint jedoch aufwendig und teuer.
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Gemäß der Erfindung wird eine wenig aufwendige Strahlungseinrichtung, beispielsweise mit einer einzelnen Antenne oder Antennenarray, eingesetzt, die einen Abtaststrahl erzeugt, und die Richtcharakteristik der Vorrichtung wird durch eine Ablenkeinrichtung für den Abtaststrahl und/oder für die in der Detektionseinrichtung empfangene reflektierte Strahlung eingesetzt.
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Derartige Ablenkeinrichtungen sind für den Einsatz im Radarbereich und im Frequenzbereich zwischen 90 und 120 GHz bis 300 GHz bisher nicht bekannt. Es hat sich herausgestellt, dass für diesen Zweck Umlenkspiegel eingesetzt werden können, deren Ausdehnung in jeder Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung des Abtaststrahls größer als 0.5 mm, insbesondere größer als 5mm oder größer als 10 mm ist. Die Größe der Spiegel kann bis zu einem Bereich von mehreren Millimetern oder wenigen Zentimetern reichen. Derartig große Spiegel sind bisher nicht eingesetzt worden. Als Material für einen derartigen Spiegel kann jedes Material eingesetzt werden, das für den entsprechenden Wellenlängenbereich reflektierend ist.
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Das oder die entsprechenden Ablenkelemente können mittels eines Antriebs geschwenkt werden, wobei durch den Antrieb selbst oder einen entsprechenden Sensor der Ablenkwinkel jeweils genau bekannt ist. Dadurch kann der jeweils durch den Abtaststrahl beleuchtete Raumwinkelbereich oder der mittels der Detektionseinrichtung gerade abgetastete Raumwinkelbereich genau bestimmt werden. Wird ein reflektiertes Signal nachgewiesen, so kann durch die Auswertungseinrichtung geschlossen werden, dass sich in dem entweder durch die Ablenkeinrichtung des Abtaststrahls oder durch eine Ablenkeinrichtung der Detektionseinrichtung festgelegten Raumwinkel ein reflektierendes Objekt befindet.
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Die Reichweite solcher Systeme, in denen Objekte durch Nachweis der Reflexion nachgewiesen werden können, kann einige Zentimeter bis zu mehreren hundert Metern betragen.
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Eine besondere Ausgestaltung kann einen Modulator zur Modulation des Abtaststrahls sowie eine zweite Auswertungseinrichtung zur Auswertung des Zeitverhaltens der detektierten reflektierten Strahlung in Abhängigkeit von der Modulation des Abtaststrahls vorsehen. Dabei sind als Modulationsvarianten beispielsweise die Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Phasenmodulation und Pulsmodulation bekannt. Aber auch andere Verfahren digitale Modulationsverfahren sind denkbar. Ein Verfahren zur Amplitudenmodulation ist beispielsweise aus Lidarsystemen bekannt. Durch Messung des Phasenversatzes bei der Modulation des ausgesandten Abtaststrahls gegenüber dem ebenfalls modulierten einfallenden reflektierten Strahl kann durch Laufzeitberechnung bei der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Strahlung die Entfernung des Objekts berechnet werden. Die Genauigkeit einer solchen Erfassung liegt bei dem hier beschriebenen Verfahren im Bereich von einem Millimeter, also beispielsweise zwischen 0,8 mm und 1,2 mm.
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Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorsehen, dass die zweite Auswertungseinrichtung eine Doppleranalyseeinrichtung zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit zwischen der Vorrichtung und einem erfassten Objekt aufweist. Da bei einer Relativbewegung des erfassten Objekts von der Vorrichtung weg oder auf diese zu eine Dopplerverschiebung der Strahlungsfrequenz stattfindet, kann aus dieser Verschiebung mittels der zweiten Auswertungseinrichtung die Relativgeschwindigkeit des Objekts zu der Vorrichtung in senkrechter Richtung (nicht lateral) bestimmt werden.
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Es kann zudem vorgesehen sein, dass die zweite Auswertungseinrichtung eine Laufzeit-Analyseeinrichtung zur Ermittlung der Entfernung zwischen der Vorrichtung und einem erfassten Objekt aufweist. Durch eine solche Laufzeit-Analyseeinrichtung kann, wie bereits oben beschrieben, die Entfernung des Objekts von der Vorrichtung ermittelt werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Strahlungseinrichtung zur selektiven Beleuchtung eines oder mehrerer Teilbereiche des Erfassungsbereichs durch den Abtaststrahl eingerichtet ist. Diese Ausgestaltung sieht vor, dass mittels eines Abtaststrahls mit einer definierten relativ engen Keule der Erfassungsbereich gescannt wird. Dies geschieht durch Ansteuerung einer Ablenkeinrichtung für den Abtaststrahl, derart, dass nach einem vorgegebenen Bewegungsmuster der Abtaststrahl über den gesamten gewünschten Raumwinkelbereich bewegt wird.
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Es kann konkret vorgesehen sein, dass eine Ablenkeinrichtung für den Abtaststrahl derart steuerbar ist, dass sie gezielt und ausschließlich einen oder mehrere Teilbereiche des Erfassungsbereichs bestrahlt.
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Die Detektionseinrichtung kann derart eingestellt sein, dass sie reflektierte Strahlung aus dem gesamten Raumwinkelbereich nachweist. Die erste Auswertungseinrichtung hat zu jedem Zeitpunkt die Information, welcher selektive Raumwinkelausschnitt durch den Abtaststrahl beleuchtet wird, so dass bei Nachweis von reflektierter Strahlung durch die Detektionseinrichtung darauf geschlossen werden kann, dass sich in dem momentan durch den Abtaststrahl bestrahlten Raumwinkelbereich ein Objekt befindet. Durch sukzessives Abtasten des Raumwinkels und beständiges Nachweisen der reflektierten Strahlung wird somit ein bildgebendes Verfahren ausgeführt, das ein Abbild der in dem erfassten Raumwinkelbereich befindlichen Objekte liefert.
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Dabei kann die Ablenkeinrichtung beispielsweise dadurch gebildet sein, dass der Strahlungseinrichtung ein MEMS-Scanner zugeordnet ist, der ein optisches und/oder elektromagnetisches Element antreibt, das eine Ablenkung oder Reflexion des Abtaststrahls bewirkt.
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MEMS-Scanner sind grundsätzlich bekannt, jedoch sind sie bisher nicht für den hier diskutierten Wellenlängenbereich gebaut und verwendet worden. Die Größenordnung der bisher bekannten Einzelspiegel in MEMS-Systemen ist derart, dass sie für diesen Wellenlängenbereich nicht einsetzbar sind. Ein entsprechender, hier einsetzbarer MEMS-Scanner wird deshalb so gebildet, dass ein einzelner oder wenige synchron bewegte Spiegel, beispielsweise zwei, drei oder vier synchron bewegte Spiegel, eingesetzt werden, von denen jeder eine Kantenlänge quer zur Ausbreitungsrichtung des abgelenkten Strahls aufweist, die vorzugsweise größer als 1 mm ist. Durch die Wahl einer solchen Größenordnung wird sichergestellt, dass die Strahlung des Abtaststrahls in gewünschter Weise an den Spiegeln reflektiert und nicht lediglich gebeugt wird. Die Spiegel können in einem Mikroätzverfahren aus einem Trägermaterial freigeätzt werden und mit einem Antrieb versehen sein, der eine Schwenkbewegung der Spiegel gegenüber dem Trägermaterial gegen eine elastische Haltekraft bewirkt. Für Spiegel dieser Größe sollten vorteilhaft besonders leistungsfähige Antriebe, beispielsweise elektromechanische oder elektrostatische oder magnetische Antriebe, vorgesehen werden.
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Es kann jedoch alternativ auch vorgesehen sein, dass die Strahlungseinrichtung zur gleichzeitigen Beleuchtung des gesamten Erfassungsbereichs durch den Abtaststrahl eingerichtet ist.
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In diesem Fall kann es vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Detektionseinrichtung zur selektiven Detektion von reflektierter Strahlung aus einem oder mehreren Teilbereichen des Erfassungsbereichs eingerichtet ist.
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Es bietet sich in diesem Fall an, dass die Ablenkeinrichtung der Detektionseinrichtung derart steuerbar ist, dass sie gezielt und ausschließlich reflektierte Strahlung aus einem oder mehreren Teilbereichen des Erfassungsbereichs detektiert.
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Dabei bietet sich weiter an, dass die Detektionseinrichtung mittels eines MEMS-Scanners zur Auswahl von Teilbereichen des Erfassungsbereichs steuerbar ist.
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Bei dem zuletzt beschriebenen Verfahren findet der eigentliche Scanvorgang somit auf der Detektionsseite statt. Der Abtaststrahl bleibt unverändert auf den Erfassungsbereich gerichtet und deckt den gesamten zu erfassenden Raumwinkelbereich ab. Ein Nachteil dieser Lösung kann darin bestehen, dass eine relativ hohe Intensität des Abtaststrahls notwendig wird, da dieser auf den gesamten zu erfassenden Raumwinkelbereich aufgefächert werden muss. Das Bündeln oder Auffächern des Abtaststrahls kann ebenso wie eine Bündelung oder Auffächerung der reflektierten Strahlung durch eine Brechungslinse geschehen, die für den hier in Rede stehenden Wellenlängenbereich durchlässig ist und deren Material eine geeignete Brechzahl aufweist, was beispielsweise bei einer Dielektrizitätskonstanten von εr zwischen 2 und 3 gegeben ist. Ein Vorteil solcher Linsen kann darin liegen, dass sie sichtbares Licht ausblenden können, so dass Störlicht von der Detektionseinrichtung ferngehalten werden kann.
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Es kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass eine Ablenkeinrichtung für den Abtaststrahl sowie eine weitere, unabhängige Ablenkeinrichtung für die reflektierte Strahlung vorgesehen ist, wobei durch die Auswertungseinrichtung sicherzustellen ist, dass der Raumwinkelbereich, aus dem die Detektionseinrichtung durch entsprechende Ausrichtung der Ablenkeinrichtung Strahlung detektiert, zumindest zeitweise mit einem Raumwinkelbereich übereinstimmt, der durch den Abtaststrahl mittels entsprechender Ablenkung der Ablenkeinrichtung des Abtaststrahls beleuchtet wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Abtastgeschwindigkeit, mit der die Detektionseinrichtung den erfassten Raumwinkel überstreicht, wesentlich größer ist als die Geschwindigkeit, mit der der Abtaststrahl seine Richtung ändert, so dass der Abtaststrahl für jeden Scanvorgang der Detektionseinrichtung als quasi stationär angesehen werden kann. Damit kann sichergestellt werden, dass für jeden durch den Abtaststrahl beleuchteten Raumwinkelbereich ein annähernd kompletter Scan des Raumwinkels durch die Detektionseinrichtung stattfindet.
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Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mit einem Gehäuse versehen ist, welches einen Auslass für den Abtaststrahl und einen Einlass für die reflektierte Strahlung aufweist, wobei der Einlass und der Auslass voneinander beabstandet oder identisch sind.
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Je nachdem, wie weit die Strahlungseinrichtung und die Detektionseinrichtung in der Vorrichtung voneinander entfernt sind, kann die Nutzung einer gemeinsamen Einlass- und Auslassöffnung vorgesehen sein. Im Allgemeinen kann jedoch die Nutzung zweier verschiedener Öffnungen zum Auslass des Abtaststrahls und zum Einlass der reflektierten Strahlung vorteilhaft sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Linsen zur Bündelung oder zur Aufweitung des Abtaststrahls und des detektierten Strahls eingesetzt werden sollen, wobei die Linsen unterschiedlich sein können.
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Ein derartiges Gehäuse kann in der hier beschriebenen Ausführung der Vorrichtung derart gestaltet sein, dass es in jeder Ausdehnungsrichtung eine Größe von 10 cm unterschreitet. Es kann beispielsweise eine Größe von 10 × 8 × 3 cm3 aufweisen.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf eine Vorrichtung der oben beschriebenen und erläuterten Art auch auf ein Transportmittel mit einer derartigen Vorrichtung. Dabei kann das Transportmittel beispielsweise als Fahrzeug oder auch als Schiff oder Flugzeug ausgebildet sein.
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Es kann zudem vorgesehen sein, dass eine optisch und/oder elektromagnetisch durchsichtige Scheibe für den Transportmittelführer in Fortbewegungsrichtung vorn am Transportmittel angeordnet ist und dass ein Head-up-Display zur Darstellung des erfassten Objekts vorgesehen ist, das ein Bild des Objektes über die Scheibe projiziert. Diese Ausführungsform führt dazu, dass ein Fahrer oder Führer des Transportmittels, beispielsweise der Fahrer eines Fahrzeugs, dessen Blick durch die optisch durchsichtige Frontscheibe nach vorn in Fahrtrichtung gerichtet ist, mittels des Head-up-Displays auf derselben Scheibe eine Darstellung eines Bildes eines erfassten Objekts sieht, das durch die oben beschriebene Vorrichtung erfasst wird. Das Bild des erfassten Objekts im Head-up-Display kann dabei idealerweise mit dem optischen Bild übereinstimmen, das der Fahrer sehen würde, wenn er durch die Frontscheibe nach vorn behinderungsfrei auf das Objekt schauen würde. Bei Bedingungen, die eine optische Orientierung nicht oder nur unvollkommen zulassen, wie beispielsweise dem Fahren in dichtem Nebel, kann somit die optische Erkennung der Umgebung fast ideal durch eine Projektion der erfassten Gegenstände auf die Frontscheibe ersetzt werden. Die Größe der bildlichen Darstellung im Head-up-Display muss derart skaliert werden, dass der Entfernungseindruck, den der Fahrzeugführer von dem dargestellten Objekt hat, dem Entfernungseindruck bei einer optischen Wahrnehmung in etwa entsprechen würde.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt
- 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 2 den Aufbau der Auswertungseinrichtungen,
- 3 die Unterbringung einer Strahlungseinrichtung und einer Detektionseinrichtung in einem Gehäuse mit Linsen,
- 4 die Unterbringung einer Strahlungseinrichtung und einer Detektionseinrichtung in einem Gehäuse ohne Linsen sowie
- 5 die Anwendung einer Vorrichtung in einem Transportmittel in Form eines Fahrzeugs.
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1 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten mit einer Strahlungsquelle 1, die einen Abtaststrahl 2 erzeugt. Der Abtaststrahl 2 wird an einer Ablenkeinrichtung 3 reflektiert. Die Ablenkeinrichtung 3 ist als MEMS-Spiegel ausgestaltet, wobei ein Schwenkwinkel des Spiegels oder der wenigen Spiegel durch den Doppelpfeil 4 angedeutet ist und wobei dieser Winkel durch eine Steuer- oder Regeleinrichtung einstellbar ist, die mit der Auswertungseinrichtung 5 in Verbindung steht. Durch eine gezielte Steuerung der Ablenkeinrichtung 3 wird der Abtaststrahl 2 in Richtung der Pfeile 6, 7 im Erfassungsbereich 8 geschwenkt, so dass er auf Objekte 9 treffen kann, die sich im Erfassungsbereich 8 befinden.
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Die Strahlungsquelle 1 ist eine übliche Radarstrahlungsquelle, die im Frequenzbereich zwischen 90 GHz und 120 GHz oder 240 GHz oder auch 300 GHz strahlen kann. Die Strahlungsquelle 1 kann durch die Auswertungseinrichtung 5 nicht nur bezüglich der Frequenz geeignet angesteuert werden, sondern sie kann auch moduliert werden. Eine solche Modulation kann als Intensitäts- oder Amplitudenmodulation ausgestaltet sein, jedoch auch als Frequenzmodulation, Phasenmodulation oder Pulsmodulation bzw. ein digitales Modulationsverfahren.
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Wird ein Objekt 9 durch den Abtaststrahl 2 erfasst, so reflektiert es je nach Beschaffenheit seiner Oberfläche gezielt oder diffus den Abtaststrahl in Form eines reflektierten Strahls oder einer reflektierten Strahlung 10. Der reflektierte Strahl kann direkt in eine Detektionseinrichtung 11 gelangen, oder auf dem Weg über eine zweite Ablenkeinrichtung 12, die ähnlich wie die Ablenkeinrichtung 3 bezüglich eines Schwenkwinkels steuerbar ist.
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Wenn im Rahmen der vorliegenden Anwendung von einem Schwenkwinkel oder einer Schwenkbewegung die Rede ist, so ist dies eine verkürzte Darstellung der Fähigkeit der Ablenkeinrichtung, in mehreren Richtungen einen Strahl abzulenken, üblicherweise in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen eine Schwenkrichtung erzeugen zu können. Auf diese Weise kann ein dreidimensionaler Raumwinkel mittels der Ablenkeinrichtungen überstrichen werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung von Objekten enthält mindestens die Strahlungseinrichtung 1 und die Detektionseinrichtung 11 sowie gegebenenfalls Ablenkeinrichtungen 3 und 12, die in einem Gehäuse zusammengefasst sein können. Auch die Auswertungseinrichtung 5 kann in diesem Gehäuse untergebracht sein.
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Wie bereits oben dargestellt, kann die Ablenkeinrichtung 3 geeignet angesteuert werden, um den Abtaststrahl 2 über den gesamten Erfassungsraum 8 zu bewegen. Die Detektionseinrichtung 11 kann gleichzeitig Strahlung aus dem gesamten Erfassungsraum 8 nachweisen. Trifft reflektierte Strahlung auf den Detektor 11, so kann mittels der ersten Auswertungseinrichtung 5a innerhalb der Auswertungseinrichtung 5 über die Signalleitung 13, 14 festgestellt werden, in welchen Raumwinkel der Abtaststrahl 2 gelenkt worden ist, so dass für diesen Raumwinkel ein Signal registriert werden kann. Nachdem der gesamte Erfassungsbereich 8 überstrichen worden ist, können aus den reflektierten Signalen und den diesen zugeordneten Raumwinkeln die Positionen bestimmt werden, aus denen Signale im Erfassungsbereich reflektiert worden sind, und auf diese Weise kann das Bild eines erfassten Objekts 9 oder mehrerer erfasster Objekte zusammengesetzt werden.
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Umgekehrt kann auch der Abtaststrahl 2 den gesamten Erfassungsbereich 8 gleichzeitig bestrahlen, so dass die Ablenkeinrichtung 3 weggelassen werden kann. Mittels der Ablenkeinrichtung 12 kann dann die Detektionseinrichtung 11 selektiv aus bestimmten Raumwinkeln nacheinander Signale detektieren. Die Ablenkeinrichtung 12 scannt hierzu den Erfassungsbereich 8 ab. Da auch die Ablenkeinrichtung 12 über die Leitungen 15, 16 durch die Auswertungseinrichtung 5 gesteuert ist bzw. Signale über die momentane Stellung eines Reflexionselements an die Auswertungseinrichtung 5 abgeben kann, kann die erste Auswertungseinrichtung 5a den detektierten Signalen jeweils Raumwinkel zuordnen, so dass nach Abscannen des gesamten Erfassungsbereichs aus den reflektierten Signalen ein Bild eines oder mehrerer Objekte 9 im Erfassungsbereich 8 zusammengesetzt werden kann.
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Auch das gleichzeitige Scannen des Erfassungsbereichs durch die Ablenkeinrichtungen 3, 12 ist möglich, falls sichergestellt ist, dass eine ausreichende Überlappung von gleichzeitig bestrahlten und von der Detektionseinrichtung abgedeckten Raumwinkelbereichen gegeben ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Abtaststrahl 2 relativ langsam über den Erfassungsbereich geschwenkt wird, während die Ablenkeinrichtung 12 sich sehr schnell bewegt, so dass nahezu zu jeder Stellung der Ablenkeinrichtung 3, d. h. zu jedem mit dem Abtaststrahl beleuchteten Raumwinkelbereich, ein gesamter Scan des Erfassungsbereichs mittels der Detektionseinrichtung 11 durchgeführt werden kann.
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2 zeigt im Detail die Auswertungseinrichtung 5 mit den entsprechenden Zuleitungen 13, 14, 15, 16, 17 und 18. Die Zuleitungen 13, 14, 15, 16 erlauben eine Ansteuerung oder zumindest Abstimmung der Ablenkeinrichtungen 3, 12 mittels der Auswertungseinrichtung 5, 5a, so dass zu jedem Zeitpunkt die Informationen über die Schwenkstellung der Ablenkeinrichtungen 3, 12 und somit über die vom Abtaststrahl bzw. der Detektionseinrichtung 11 bestrichenen Raumwinkel vorliegen. Die Auswertungseinrichtung 5 kann gleichzeitig mittels der Leitung 17 die Strahlungseinrichtung 1 sowie deren Modulation steuern. Die Leitung 18 dient dazu, der Auswertungseinrichtung 5 die jeweils nachgewiesene Intensität einer Reflexion zuzuleiten.
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Innerhalb der Auswertungseinrichtung 5 ist eine erste Auswertungseinrichtung 5a vorgesehen, sowie eine zweite Auswertungseinrichtung 19, der einerseits die Informationen über die Ansteuerung, insbesondere die Phase der Modulation der Strahlungseinrichtung, vorliegen und/oder die die Modulation steuert oder erzeugt und der andererseits über die Leitung 18 die jeweils nachgewiesene Reflexionsintensität von der Detektionseinrichtung zugeleitet wird. Auf diese Weise kann die zweite Auswertungseinrichtung 19 innerhalb einer Laufzeitanalysevorrichtung 19a die Phasenlage des reflektierten Signals von der Detektionseinrichtung 11 mit der Phasenlage des Abtaststrahls vergleichen und über einen Laufzeitvergleich die Entfernung des Objekts 9 von der Vorrichtung ermitteln. Gleichzeitig kann die zweite Auswertungseinrichtung 19 innerhalb einer Doppler-Analyseeinrichtung 19b die Frequenz der durch die Detektionseinrichtung 11 nachgewiesenen reflektierten Strahlung mit der Frequenz des Abtaststrahls vergleichen und somit über eine Doppleranalyse die Relativgeschwindigkeit des Objekts 9 zu der Vorrichtung ermitteln.
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In 3 ist in einem Gehäuse 20 eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, wobei eine Strahlungsquelle 1 und eine Detektionseinrichtung 11 mit einer Auswertungseinrichtung 5 verbunden sind und wobei eine Ablenkeinrichtung 3 dargestellt ist, die den Abtaststrahl 2 in den Raumwinkel 21 ablenkt.
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Das reflektierende Objekt 9 ist in den 3 und 4 nicht dargestellt. Es ist lediglich die von einem Objekt 9 gegebenenfalls reflektierte Strahlung 10 dargestellt, die zu der Detektionseinrichtung 11 gelangt.
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In zwei Öffnungen des Gehäuses 20 sind jeweils Linsen 22, 23 dargestellt, die der Bündelung bzw. Aufweitung der Strahlen dienen. Das Gehäuse 20 kann beispielsweise eine Größe von 10 × 8 × 3 cm3 aufweisen.
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In 4 ist eine Vorrichtung mit einer Strahlungseinrichtung 1, einer Detektionseinrichtung 11 und einer Auswertungseinrichtung 5 dargestellt, wobei sowohl auf der Seite des Abtaststrahls eine Ablenkeinrichtung 3 als auch auf der Seite der reflektierten Strahlung bzw. der Detektionseinrichtung 11 eine Ablenkeinrichtung 12 gezeigt ist. Das Gehäuse 20 weist eine Auslassöffnung 24 sowie eine Einlassöffnung 25 für die Strahlen auf. Diese können als Durchgangsöffnungen im Gehäuse gestaltet sein, sie können jedoch auch mit einem Werkstoff verschlossen sein, der für die Radarstrahlung durchlässig ist, beispielsweise Kunststoff, der geeignete dielektrische Eigenschaften aufweist.
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Die Vorrichtung kann beispielsweise in eine Stoßstange eines Kraftfahrzeugs eingebaut und in Fahrtrichtung nach vorn gerichtet sein. Erzeugte Bilder können beispielsweise zum Armaturenbrett des Fahrzeugs geleitet und dort auf einem Bildschirm angezeigt werden.
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In 5 ist ein Fahrzeug 26 mit einem Fahrer 27 dargestellt, dessen Blick in Fahrtrichtung 28 des Fahrzeugs nach vorn gerichtet ist. Vor dem Fahrzeug in Fahrtrichtung befindet sich ein Objekt 9, das möglicherweise wegen Nebels für den Fahrer 27 nicht sichtbar ist. In das Fahrzeug ist eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art eingebaut, die mit 29 bezeichnet ist. Diese erzeugt ein Abbild des Objekts 9 und leitet dies an eine Ansteuereinrichtung 30 für ein Head-up-Display weiter. Dieses projiziert auf die Frontscheibe 31 ein Bild des Objekts 9, so dass dieses vom Fahrer 27 in seiner Blickrichtung wahrgenommen wird, ähnlich wie er es auch unmittelbar wahrnehmen könnte, wenn die Sichtverhältnisse besser wären.
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Die vorliegende Erfindung lässt eine Erfassung und Erkennung von Objekten auch unter widrigen Umständen zu und ist einfach und kostengünstig gestaltet. Sie lässt sich in der Baugröße so weit verringern, dass sie an geeigneter Stelle beispielsweise an Fahrzeugen einbaubar ist. Jedoch ist auch der Einsatz als Detektor, beispielsweise in der Robotik oder allgemeiner bei der Industrieautomatisierung, denkbar.
