DE102019001031A1 - Electro-optical distance measuring device for spatial detection of the surroundings - Google Patents

Electro-optical distance measuring device for spatial detection of the surroundings Download PDF

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Oliver Kühnbach
Ernst Tabel
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Pepperl and Fuchs SE
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Tof Tech Mbh
Tof Technologiegesellschaft Mbh
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrooptisches mehrdimensionales Entfernungsmessgerätes mit mindestens einem Entfernungsmessmodul (13), bestehend aus einer Sendequelle (6) zum Aussenden von Sendelichtpulsen in einer Ebene, einer Empfängereinheit (17) zum Nachweis von reflektiertem Licht, das von Objekten im Überwachungsbereich zurückgestrahlt wird, einer Auswerteeinheit (18) zum Auswerten des von der Empfängereinheit (17) nachgewiesenen reflektierten Lichtes zum Bestimmen eines Objektabstands aufgrund einer gemessenen Laufzeit, einer rotierenden Sendelinse (1), einer rotierenden Empfängerlinse (19) einer Dreheinrichtung (20) zum Drehen der Sendelinse (1) und Empfangslinse (19) sowie einer Winkelmesseinrichtung (21) zur Erfassung der Drehposition der Sende- und Empfangslinse in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit (18) dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitelpunkt (5) der Sendelinse sich kreisförmig um die Rotationsachse (2) der Sendelinse und der Scheitelpunkt der Empfängerlinse sich kreisförmig um die Rotationsachse der Empfängerlinse dreht, die Sendequelle (6) auf der Kreisbahn des Scheitelpunktes (5) der Sendelinse, die Empfangseinheit auf der Kreisbahn des Scheitelpunktes der Empfangslinse angeordnet ist und die Positionen der Sende-und Empfangseinheit jeweils auf den gleichen Abbildungspunkt ausgerichtet sindThe present invention relates to an electro-optical, multi-dimensional distance measuring device with at least one distance measuring module (13), consisting of a transmission source (6) for emitting transmission light pulses in one plane, a receiver unit (17) for detecting reflected light which is reflected back from objects in the monitored area, an evaluation unit (18) for evaluating the reflected light detected by the receiver unit (17) to determine an object distance based on a measured transit time, a rotating transmitter lens (1), a rotating receiver lens (19), a rotating device (20) for rotating the transmitter lens (1) ) and receiving lens (19) and an angle measuring device (21) for detecting the rotational position of the transmitting and receiving lens in a downstream evaluation unit (18), characterized in that the vertex (5) of the transmitting lens is circular around the axis of rotation (2) of the transmitting lens and the vertex of the recipient The lens rotates in a circle around the axis of rotation of the receiver lens, the transmission source (6) on the circular path of the vertex (5) of the transmitter lens, the receiver unit is arranged on the circular path of the vertex of the receiver lens and the positions of the transmitter and receiver units each point to the same imaging point are aligned

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen elektrooptische Entfernungsmessgeräte zur dreidimensionalen Vermessung, also Vorrichtungen zur dreidimensionalen Distanzmessung insbesondere für Objekterkennung.The present disclosure relates generally to electro-optical distance measuring devices for three-dimensional measurement, that is to say devices for three-dimensional distance measurement, in particular for object recognition.

Hintergrundbackground

Elektrooptische dreidimensionale Entfernungsmessgeräte haben Einzug gefunden in einer Vielzahl von Applikationen. Dies gilt insbesondere für solche elektrooptische dreidimensionale Entfernungsmesser, die nach dem sogenannten „Time of Flight“-Verfahren arbeiten. Also Geräte, die zur Bestimmung einer Distanz die Laufzeit des Lichtes verwenden. Anwendung finden diese in der Industrie für die Positionsbestimmung von Fahrzeugen, zur Kollisionsvermeidung, zur Objekterkennung und in vielen anderen Applikationen mehr.Electro-optical three-dimensional distance measuring devices have found their way into a large number of applications. This applies in particular to those electro-optical three-dimensional rangefinders that work according to the so-called "time of flight" method. In other words, devices that use the transit time of light to determine a distance. These are used in industry for determining the position of vehicles, for collision avoidance, for object recognition and in many other applications.

Für diese Art der elektrooptischen dreidimensionalen Entfernungsmessgeräte wird vielfach der Begriff 3D-Sensor verwendet. Grundsätzlich geht es dabei um eine Entfernungsmessung von der Position des Sensors zu einer abgebildeten Fläche. Welche Dimensionen die erfasste Fläche dabei haben soll, ist stark von der Applikation abhängig.The term 3D sensor is often used for this type of electro-optical three-dimensional distance measuring device. Basically, it is about a distance measurement from the position of the sensor to an imaged surface. The dimensions that the recorded area should have depends heavily on the application.

Stand der TechnikState of the art

In einer Vielzahl von Sensoren wird die Entfernungsmessung über ein unbewegliches Entfernungsmessmodul durchgeführt. Diese Entfernungsmessmodule bestehen dabei aus einer optischen Sende- und einer Empfangseinheit sowie einer Auswerteschaltung zur Bestimmung der gemessenen Distanz. Das ausgesendete Licht - in Form eines Pulses - trifft auf das zu messende Objekt und wird von diesem reflektiert. Das reflektierte Licht gelangt in die optische Empfangseinheit. Die nachgelagerte Auswerteschaltung bestimmt aus der Zeit zwischen der Aussendung des Pulses und dem Empfang des reflektierten Lichtes die sogenannte Lichtlaufzeit als Maß für die Entfernung. Um die gewünschte 3D-Distanzmessung zu erreichen, wird oft eine Mehrzahl von Empfangseinheiten mit einer einzelnen Sendeeinheit kombiniert. Der eine ausgesendete Sendepuls wird durch die Vielzahl von Empfangseinheiten detektiert. Durch die Abbildung der vielen Empfangseinheiten auf einer Fläche kann diese in ihrer Entfernung zur Sendequelle in einzelne Pixel aufgelöst werden wodurch eine räumliche Erfassung möglich wird.In a large number of sensors, the distance measurement is carried out via an immovable distance measurement module. These distance measuring modules consist of an optical transmitter and a receiver unit as well as an evaluation circuit for determining the measured distance. The emitted light - in the form of a pulse - hits the object to be measured and is reflected by it. The reflected light reaches the optical receiving unit. The downstream evaluation circuit determines the so-called light transit time as a measure of the distance from the time between the emission of the pulse and the reception of the reflected light. In order to achieve the desired 3D distance measurement, a plurality of receiving units is often combined with a single transmitting unit. One transmitted pulse is detected by the large number of receiving units. By mapping the many receiving units on one surface, the distance to the transmission source can be broken down into individual pixels, which enables spatial detection.

Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass die Detektion der einzelnen Entfernungs-Pixel stark durch Umgebungslicht beeinflusst werden kann. Diese Beeinflussung resultiert aus der Tatsache, dass die eine Sendequelle flächig abstrahlt und daher pro Pixel nur geringe Nutzsignale pro Pixel zur Verfügung stehen. Weiterhin kann es durch die flächige Abstrahlung zu Reflektionen kommen, die wiederum das Messsignal verfälschen.The disadvantage of this device is that the detection of the individual distance pixels can be strongly influenced by ambient light. This influence results from the fact that one transmission source emits over a large area and therefore only small useful signals are available per pixel per pixel. Furthermore, reflections can occur due to the surface radiation, which in turn falsify the measurement signal.

Eine zweite Variante um eine 3D Messung durchzuführen besteht darin, sogenannte 2D-Laserscanner zu verwenden. Diese Laser-Scanner verwenden Entfernungsmessmodule welche aus einer optischen Sende- und einer Empfangseinheit sowie einer Auswerteschaltung zur Bestimmung der gemessenen Distanz bestehen. Das ausgesendete Licht - in Form eines Pulses - trifft auf das zu messende Objekt und wird von diesem reflektiert. Das reflektierte Licht gelangt in die optische Empfangseinheit. Die nachgelagerte Auswerteschaltung bestimmt aus der Zeit zwischen der Aussendung des Pulses und dem Empfang des reflektierten Lichtes die sogenannte Lichtlaufzeit als Maß für die Entfernung. Um die gewünschte 2D-Distanzmessung zu erreichen, wird das gesamte Entfernungsmessmodul um die Hochachse gedreht. Damit kann die Entfernungsmessung an allen denkbaren Punkten in der Messebene ermittelt werden. Wird zeitgleich zur Entfernungsmessung die Winkelposition des rotierenden Entfernungsmessmoduls gemessen, kann aus der Kombination der beiden Werte - Entfernung und Winkel - eine exakte zweidimensionale Entfernungsmessung erfolgen. Um diese Apparatur zur Vermessung von Flächen zu erweitern, verwendet man Entfernungsmessmodule mit mehr als einer Sende und Empfängereinheit. Hiermit wird es möglich mehr als eine Ebene abzubilden. Durch die Vermessung mehrere Ebenen entsteht quasi eine 3D Vermessung.A second variant to carry out a 3D measurement is to use so-called 2D laser scanners. These laser scanners use distance measurement modules which consist of an optical transmitter and receiver unit as well as an evaluation circuit for determining the measured distance. The emitted light - in the form of a pulse - hits the object to be measured and is reflected by it. The reflected light reaches the optical receiving unit. The downstream evaluation circuit determines the so-called light transit time as a measure of the distance from the time between the emission of the pulse and the reception of the reflected light. In order to achieve the desired 2D distance measurement, the entire distance measurement module is rotated around the vertical axis. The distance measurement can thus be determined at all conceivable points in the measuring plane. If the angular position of the rotating distance measuring module is measured at the same time as the distance measurement, an exact two-dimensional distance measurement can be made from the combination of the two values - distance and angle. In order to expand this apparatus for measuring surfaces, distance measuring modules with more than one transmitter and receiver unit are used. This makes it possible to map more than one level. By measuring several levels, a 3D measurement is created.

Nachteilig an dieser Art der Konstruktion ist, dass vielfach nur ein bestimmter Bereich von beispielsweise 20° X 20° Öffnungswinkel vermessen werden soll. Die beschrieben 3D Scanner messen jeweils Ebenen von 360°. Der tatsächlich benötigte Bereich ist aber vielfach deutlich kleiner. Damit ist der Wirkungsgrad sehr eingeschränkt. Weiterhin ist es notwendig eine erhebliche Anzahl von Ebenen abzubilden. Während die Auflösung in Drehrichtung um die Hochachse lediglich von der Anzahl der Messimpulse abhängt, wird die Auflösung in der Vertikalen nur durch die Anzahl der Sende- und Empfangseinheiten bestimmt. Um hier eine gute Auflösung zu erreichen, ist eine Vielzahl von Sende- und Empfangseinheiten erforderlich. Dies verlangt einen sehr hohen Aufwand.The disadvantage of this type of construction is that in many cases only a specific area of, for example, 20 ° X 20 ° opening angle should be measured. The described 3D scanners each measure levels of 360 °. However, the area actually required is often much smaller. The efficiency is therefore very limited. It is also necessary to map a considerable number of levels. While the resolution in the direction of rotation around the vertical axis only depends on the number of measurement pulses, the resolution in the vertical direction is only determined by the number of transmitting and receiving units. In order to achieve a good resolution here, a large number of transmitting and receiving units are required. This requires a great deal of effort.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, eine Konstruktion für ein elektrooptisches dreidimensionales Entfernungsmessgerät bereitzustellen, dass für einen Öffnungswinkelbereich mit einfachen Mitteln, eine möglichst flächendenkende hochauflösende 3D Entfernungsvermessung ermöglicht.It is the object of this invention to provide a construction for an electro-optical three-dimensional distance measuring device that for an opening angle range with simple means enables the most extensive, high-resolution 3D distance measurement possible.

Die Aufgabe wird durch den optischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by the optical sensor with the features of claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen optischen Sensors werden in der folgenden Ausführung, insbesondere im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen und den Zeichnungen, beschrieben.Preferred configurations of the optical sensor according to the invention are described in the following embodiment, in particular in connection with the dependent claims and the drawings.

Bei der bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen elektrooptischen dreidimensionalen Entfernungsmessgerätes wird für die Sendeeinheit mindestens eine, vorzugsweise vier Sendequellen unterhalb einer rotierenden Sendelinse angeordnet. Dabei rotiert die Sendelinse um eine Rotationsachse, die nicht dem Scheitelpunkt der Linse entspricht. Durch die Rotation beschreibt der Scheitelpunkt der Linse- und damit die optische Achse- eine Kreisbahn. Die vier Sendequellen -die hier beispielsweise verwendet werden -sind dabei jeweils senkrecht unterhalb der Kreisbahn des Scheitelpunkt (also der Kreisbahn der optischen Achse) angebracht.
Eine vergleichbare Anordnung betrifft die Anordnung der Empfangseinheiten. Hier werden ebenfalls mindestens ein, vorzugsweise vier Empfänger unterhalb einer rotierenden Empfangslinse angeordnet. Dabei rotiert die Empfangslinse um eine Achse, die nicht dem Scheitelpunkt der Linse entspricht. Durch die Rotation beschreibt der Scheitelpunkt der Linse eine Kreisbahn. Die vier Empfänger sind dabei jeweils senkrecht unterhalb dieser Scheitelpunkt Kreisbahn der Linse angebracht. Die Anordnung von Sendequellen und Empfangseinheiten erfolgt so, dass jeweils eine Sendequelle und eine Empfangseinheit auf die gleiche Stelle abgebildet werden. Durch synchrones Drehen von Sende- und Empfangslinse bleiben die Sendequellen und Empfangseinheiten jeweils auf dieselbe Stelle ausgerichtet. Die dazugehörige Winkelmesseinrichtung erfasst die Drehposition der beiden Linsen.
Durch die Anordnung der jeweiligen Sende- und Empfangseinheiten auf der Kreisbahn des Scheitelpunktes werden die Sende- bzw. die Empfangseinheiten kegelförmig im Raum abgebildet. Hierdurch ist eine Gesamtöffnungswinkel der Messeinrichtung von +/- 20° oder mehr gut erreichbar.In the preferred variant of the electro-optical three-dimensional distance measuring device according to the invention, at least one, preferably four, transmission sources are arranged below a rotating transmission lens for the transmission unit. The transmitting lens rotates around an axis of rotation that does not correspond to the apex of the lens. Due to the rotation, the vertex of the lens - and thus the optical axis - describes a circular path. The four transmission sources - which are used here for example - are each attached vertically below the circular path of the apex (that is, the circular path of the optical axis).
A comparable arrangement concerns the arrangement of the receiving units. Here, too, at least one, preferably four, receivers are arranged below a rotating receiving lens. The receiving lens rotates around an axis that does not correspond to the vertex of the lens. Due to the rotation, the apex of the lens describes a circular path. The four receivers are each attached vertically below this apex circular path of the lens. The arrangement of transmission sources and reception units takes place in such a way that one transmission source and one reception unit are mapped to the same place. By rotating the transmitting and receiving lenses synchronously, the transmitting sources and receiving units remain aligned at the same point. The associated angle measuring device records the rotational position of the two lenses.
By arranging the respective transmitting and receiving units on the circular path of the apex, the transmitting and receiving units are mapped conically in space. As a result, a total opening angle of the measuring device of +/- 20 ° or more can easily be achieved.

Die Auswerteeinheit erfasst sowohl die Position der beiden Linsen, als auch die Signale der Sende- und Empfangseinheiten. Durch die Kombination der Signale kann eine Punktewolke erzeugt werden, die die vermessene Fläche in 3 Dimensionen auflöst.The evaluation unit records both the position of the two lenses and the signals from the transmitter and receiver units. By combining the signals, a point cloud can be generated which dissolves the measured area in 3 dimensions.

Denkbar ist es aber auch, lediglich die Sendeeinheit -wie oben beschrieben - aufzubauen und die Empfangseinheit als feste Einheit aufzubauen. Hierfür ist lediglich erforderlich, dass der Öffnungswinkel der Empfangseinheit den vollen Bereich der abgestrahlten Sende-Kegel umfasst.However, it is also conceivable to just build up the transmitter unit - as described above - and to build the receiver unit as a fixed unit. All that is required for this is that the opening angle of the receiving unit encompasses the full area of the emitted transmitting cone.

Weiterhin sind auch andere Anordnungen der Sendequellen und der Empfangseinheiten möglich. Jede Anordnung der Sendequellen und Empfangseinheiten unterhalb der Kreisbahn des Scheitelpunktes der Linse führt zu einer Ablenkung der Sende- und Empfangsstrahlen und kann daher für eine gewünschte Geometrie genutzt werden. Somit kann ein System für eine Vielzahl von Anwendungen aufgebaut werden.Other arrangements of the transmission sources and the receiving units are also possible. Any arrangement of the transmission sources and reception units below the circular path of the apex of the lens leads to a deflection of the transmission and reception beams and can therefore be used for a desired geometry. Thus, a system can be built for a variety of applications.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt das Prinzip einer rotierenden Sendelinse bei der der Scheitelpunkt der Linse um die Rotationsachse der Linse kreist 1 shows the principle of a rotating transmission lens in which the vertex of the lens circles around the axis of rotation of the lens
  • 2 zeigt die Abbildung einer Sendequelle, die senkrecht unter dem Scheitelpunkt der Linse liegt 2 shows the image of a transmission source, which lies vertically below the vertex of the lens
  • 3 zeigt die Abbildung einer Sendequelle bei der der Scheitelpunkt der Linse um 180° zur Sendequelle verdreht ist 3 shows the image of a transmission source in which the vertex of the lens is rotated by 180 ° to the transmission source
  • 4 zeigt Beispielsweise eine Abbildung einer Sendequelle bei der die Sendequelle sich senkrecht unter der Kreisbahn des Scheitelpunktes der Linse befindet und die Sendelinse in der Position 0° -also Scheitelpunkt der Linse senkrecht über der Sendequelle - oder um 90 180°, 270° verdreht ist 4th For example, shows an image of a transmission source in which the transmission source is located vertically below the circular path of the apex of the lens and the transmission lens is in the position 0 ° - i.e. the apex of the lens perpendicularly above the transmission source - or rotated by 90, 180 °, 270 °
  • 5 zeigt eine beispielsweise Anordnung zweier Sendequellen, die 180° versetzt jeweils unter der Kreisbahn des Scheitelpunktes der Linse befinden 5 shows an example of an arrangement of two transmission sources, each offset by 180 ° under the circular path of the apex of the lens
  • 6 zeigt eine Abbildung zweier Sendequellen, die sich jeweils 180° versetzt unter der Kreisbahn des Scheitelpunktes der Linse befinden bei sich drehender Sendelinse 6 shows an image of two transmission sources, each 180 ° offset below the circular path of the apex of the lens with a rotating transmission lens
  • 7 zeigt eine 3D Abbildung vierer Sendequellen, die 90° versetzt jeweils unter der Kreisbahn des Scheitelpunktes bei sich drehender Sendelinse befinden 7th shows a 3D image of four transmission sources that are offset by 90 ° under the circular path of the apex when the transmission lens is rotating
  • 8 zeigt einen prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Entfernungsmessgerätes, 8th shows a basic structure of the distance measuring device according to the invention,

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Nachfolgend werden einige Ausführungsformen der vorgestellten Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die Ausführungen sind dabei nur beispielhaft und beschreiben das Prinzip anhand der Sendeeinheit der Messeinrichtung. Die Empfangseinheiten können prinzipiell gleich aufgebaut werden.
Die dargestellt Erfindung, eine Linse zu drehen und dabei den Scheitelpunktes der Linse auf einer Kreisbahn zu bewegen, kann mit einer Vielzahl von Anordnungen von Sende- und Empfangsquellen kombiniert werden.Some embodiments of the invention presented are described in detail below with reference to the accompanying drawings. The statements are only exemplary and describe the principle using the transmitter unit of the measuring device. The receiving units can in principle be constructed in the same way.
The illustrated invention of rotating a lens while keeping the apex of the lens on one Moving a circular path can be combined with a variety of arrangements of transmit and receive sources.

In 1 ist die prinzipielle Anordnung einer um die Rotationsachse (2) drehenden Sendelinse (1) dargestellt, bei der sich die Scheitelpunkt Kreisbahn der Linse (3) in Drehrichtung (4) bewegt.In 1 is the basic arrangement of a one around the axis of rotation ( 2 ) rotating transmitter lens ( 1 ), where the apex of the circular path of the lens ( 3 ) in direction of rotation ( 4th ) emotional.

2 zeigt, die Abbildung der Sendequelle 1 (7) bei der die Sendelinse (1) sich nicht dreht, wobei die Sendequelle 1 (6) sich senkrecht unter dem Scheitelpunkt (5) der Sendelinse (1) befindet wodurch die Sendeachse senkrecht abgestrahlt wird. Diese Position entspricht einer Drehung der Sendelinse (1) um 0°. 2 shows the image of the transmission source 1 ( 7th ) where the transmitter lens ( 1 ) does not rotate, the transmission source being 1 ( 6 ) perpendicular to the vertex ( 5 ) the transmitter lens ( 1 ) is located whereby the transmission axis is radiated vertically. This position corresponds to a rotation of the transmitter lens ( 1 ) by 0 °.

In 3 zeigt, die Abbildung der Sendequelle 1 (7) bei nicht drehender Sendelinse (1), wobei die Sendequelle 1 (6) sich gegenüber der 1. um 180° versetzt gegenüber dem Scheitelpunkt der Linse (5) auf der anderen Seite der Rotationsachse (2) der Sendelinse (1) befindet wodurch die Sendeachse im Winkel abgestrahlt wird. Dabei bestimmt das Maß der Brennweite (9) zum Radius der Scheitelpunkt Kreisbahn (3) den Grad der maximalen Ablenkung der Sendeachse (8) aus der Senkrechten. Diese Position entspricht einer Drehung der Sendelinse (1) um 180°.In 3 shows the image of the transmission source 1 ( 7th ) with non-rotating transmitter lens ( 1 ), where the broadcast source 1 ( 6 ) towards the 1 . offset by 180 ° in relation to the vertex of the lens ( 5 ) on the other side of the axis of rotation ( 2 ) the transmitter lens ( 1 ) is located whereby the transmission axis is emitted at an angle. The measure of the focal length determines ( 9 ) to the radius of the apex circular path ( 3 ) the degree of maximum deflection of the transmission axis ( 8th ) from the vertical. This position corresponds to a rotation of the transmitter lens ( 1 ) by 180 °.

In 4 ist die Abbildung der Sendequelle 1 (7) dargestellt, wenn die Sendelinse sich bei 0°, bei 90°, 180° und 270° befindet, wobei die in der Draufsicht dargestellte Sendequelle 1 (6), sich senkrecht unter der Kreisbahn des Scheitelpunktes der Sendelinse (3) befindet. Je nach Verdrehung der Sendelinse (1) wird die Sendeachse abgelenkt. Während die die Sendeachse (8) bei 0° - wenn sich also die Sendequelle 1(6) senkrecht unter dem Scheitelpunkt (5) befindet - die Sendeachse senkrecht steht, wird diese bei den Positionen 90°, 180° und 270° entsprechend abgelenkt.In 4th is the image of the transmission source 1 ( 7th ) when the transmitting lens is at 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °, with the transmitting source shown in the top view 1 ( 6 ), located vertically below the circular path of the vertex of the transmitting lens ( 3 ) is located. Depending on the rotation of the transmitter lens ( 1 ) the transmission axis is deflected. While the transmission axis ( 8th ) at 0 ° - if the transmission source is 1 ( 6 ) vertically below the vertex ( 5 ) - the transmission axis is vertical, it is deflected accordingly at the positions 90 °, 180 ° and 270 °.

5 zeigt in einer Draufsicht die Sendelinse (1) sowie die Sendequelle 1 (6) und die Sendequelle 2 (10). Beide befinden sich in der beispielsweisen Ausführung senkrecht unter der Kreisbahn des Scheitelpunktes (3) der Sendelinse (1). Die Sendequelle 1 (6) und die Sendequelle 2 (10) sind dabei beispielsweise um 180° versetzt zu einander angeordnet. 5 shows the transmitting lens in a top view ( 1 ) as well as the transmission source 1 ( 6 ) and the broadcast source 2 ( 10 ). In the example, both are located vertically below the circular path of the vertex ( 3 ) the transmitter lens ( 1 ). The broadcast source 1 ( 6 ) and the broadcast source 2 ( 10 ) are arranged offset to one another by 180 °, for example.

6 ist dargestellt, wie bei einer Anordnung nach 5 sich die Abbildung der Sendequellen ergibt, sofern die Sendelinse (1) gedreht wird. Sowohl die Abbildung der Sendequelle 1 (11) als auch die Abbildung der Sendequelle 2 (12) sind als Kreis ausgebildet. Dabei ist zu beachten, dass die Winkelstellung der Sendelinse 1 für die Position 0° - wenn sich also die Sendequelle 1 (6) senkrecht unter dem Scheitelpunkt (5) befindet - die Position 180° für die Sendequelle 2 (10) darstellt. Somit ergeben sich bei einer Drehung der Sendelinse (19 zwei kreisförmige Abbildungen der Sendestrahlen, wobei sich die Abbildung der Sendequelle 1 mit drehender Sendelinse (11) sowie die Abbildung der Sendequelle 2 mit drehender Sendelinse (12) an der Stelle 0° bzw. 180° berühren. 6 is shown as in an arrangement according to 5 the image of the transmission sources results, provided that the transmission lens ( 1 ) is rotated. Both the mapping of the broadcast source 1 ( 11 ) as well as the image of the transmission source 2 ( 12th ) are designed as a circle. It should be noted that the angular position of the transmitting lens 1 for the position 0 ° - if the transmission source is 1 ( 6 ) vertically below the vertex ( 5 ) is - the position 180 ° for the transmission source 2 ( 10 ) represents. Thus, when the transmitter lens is rotated, ( 19th two circular images of the transmission beams, with the image of the transmission source 1 with rotating transmission lens ( 11 ) as well as the image of the transmission source 2 with rotating transmission lens ( 12th ) at the point 0 ° or 180 °.

7 ist eine beispielweiser Sensor (13) dargestellt, bei dem vier Sendequellen senkrecht unterhalb unter der Kreisbahn des Scheitelpunkteses (3) befinden. Diese Sendequellen erzeugen bei einer rotierenden Sendelinse (1) die vier kreisförmige Abbildungen der Sendequellen, nämlich Abbildung Sendequelle 1 mit drehender Sendelinse (11), Abbildung Sendequelle 2 mit drehender Sendelinse (12), Abbildung Sendequelle 3 mit drehender Sendelinse (14) und Abbildung Sendequelle 4 mit drehender Sendelinse (15). Mittels dieser Abbildungen ist es leicht möglich auch größere Flächen räumlich zu vermessen. Wie dargestellt, kann hierdurch etwa ein Objekt (17) erfasst werden 7th is an exemplary sensor ( 13th ), with four sources vertically below the circular path of the apex ( 3 ) are located. With a rotating transmitter lens ( 1 ) the four circular images of the transmission sources, namely image transmission source 1 with rotating transmission lens ( 11 ), Figure broadcast source 2 with rotating transmission lens ( 12th ), Figure broadcast source 3 with rotating transmission lens ( 14th ) and figure broadcast source 4th with rotating transmission lens ( 15th ). Using these images, it is easily possible to measure larger areas spatially. As shown, an object ( 17th ) can be recorded

8 zeigt einen prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Entfernungsmessgerätes, besteht aus einem Entfernungsmessmodul (13), aus einer Sendequelle (6) zum Aussenden von Sendelichtpulsen in einer Ebene, einer Empfängereinheit (17) zum Nachweis von reflektiertem Licht, das von Objekten im Überwachungsbereich zurückgestrahlt wird, einer Auswerteeinheit (18) zum Auswerten des von der Empfängereinheit (17) nachgewiesenen reflektierten Lichtes zum Bestimmen eines Objektabstands aufgrund einer gemessenen Laufzeit, einer rotierenden Sendelinse (1), einer rotierenden Empfängerlinse (19) einer Dreheinrichtung (20) zum Drehen der Sendelinse (1) und Empfangslinse (19) sowie einer Winkelmesseinrichtung (21) zur Erfassung der Drehposition der Sende- und Empfangslinse in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit (19). Dabei drehen die Sendelinse und die Empfangslinse jeweils so, dass ihre Scheitelpunktee eine Kreisbahn beschreiben. Sowohl die Sendequelle als auch die Empfangseinheit werden durch die synchrone Rotation der Sende- (1) und Empfangslinse (19) kreisförmig abgelenkt. Durch die Auswertung der Laufzeit der durch die Sendequelle (6) ausgesendeten Pulse und die gleichzeitige erfolgte Messung der jeweiligen Winkelstellung der Linsen, kann eine dreidimensionale Zuordnung der gemessenen Einzelwerte erfolgen. 8th shows a basic structure of the distance measuring device according to the invention, consists of a distance measuring module ( 13th ), from a broadcast source ( 6 ) for sending out transmission light pulses in one plane, a receiver unit ( 17th ) for the detection of reflected light that is reflected back from objects in the monitored area, an evaluation unit ( 18th ) to evaluate the from the receiver unit ( 17th ) proven reflected light to determine an object distance based on a measured transit time, a rotating transmitter lens ( 1 ), a rotating receiver lens ( 19th ) a rotating device ( 20th ) to rotate the transmitter lens ( 1 ) and receiving lens ( 19th ) as well as an angle measuring device ( 21st ) for recording the rotational position of the transmitting and receiving lens in a downstream evaluation unit ( 19th ). The transmitting lens and the receiving lens rotate so that their vertices describe a circular path. Both the transmitting source and the receiving unit are controlled by the synchronous rotation of the transmitting ( 1 ) and receiving lens ( 19th ) deflected circularly. By evaluating the runtime of the transmission source ( 6 ) emitted pulses and the simultaneous measurement of the respective angular position of the lenses, a three-dimensional assignment of the measured individual values can take place.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1.1.
Rotierende SendelinseRotating transmitter lens
2.2.
Rotationsachse SendelinseAxis of rotation transmitting lens
3.3.
Kreisbahn Scheitelpunkt SendelinseOrbit vertex transmitting lens
4.4th
Drehrichtung SendelinseDirection of rotation of the transmitting lens
5.5.
Scheitelpunkt der SendelinseVertex of the transmitting lens
6.6.
Sendequelle 1 Broadcast source 1
7.7th
Abbildung Sendequelle 1 mit stehender SendelinseFigure broadcast source 1 with upright transmission lens
8.8th.
SendeachseTransmission axis
9.9.
BrennweiteFocal length
10.10.
Sendequelle 2 Broadcast source 2
11.11.
Abbildung Sendequelle 1 mit drehender SendelinseFigure broadcast source 1 with rotating transmission lens
12.12th
Abbildung Sendequelle 2 mit drehender SendelinseFigure broadcast source 2 with rotating transmission lens
13.13th
EntfernungsmessgerätDistance measuring device
14.14th
Abbildung Sendequelle 3 mit drehender SendelinseFigure broadcast source 3 with rotating transmission lens
15.15th
Abbildung Sendequelle 4 mit drehender SendelinseFigure broadcast source 4th with rotating transmission lens
16.16.
Objektobject
17.17th
EmpfängereinheitReceiver unit
18.18th
AuswerteeinheitEvaluation unit
19.19th
Rotierende EmpfängerlinseRotating receiver lens
20.20th
DreheinrichtungRotating device
21.21st
WinkelmesseinrichtungAngle measuring device

Claims (9)

Elektrooptisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät mit mindestens einem Entfernungsmessmodul (13), bestehend aus einer Sendequelle (6) zum Aussenden von Sendelichtpulsen in einer Ebene, einer Empfängereinheit (17) zum Nachweis von reflektiertem Licht, das von Objekten im Überwachungsbereich zurückgestrahlt wird, einer Auswerteeinheit (18) zum Auswerten des von der Empfängereinheit (17) nachgewiesenen reflektierten Lichtes zum Bestimmen eines Objektabstands aufgrund einer gemessenen Laufzeit, einer rotierenden Sendelinse (1), einer rotierenden Empfängerlinse (19) einer Dreheinrichtung (20) zum Drehen der Sendelinse (1) und Empfangslinse (19) sowie einer Winkelmesseinrichtung (21) zur Erfassung der Drehposition der Sende- und Empfangslinse in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit (18) dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitelpunkt (5) der Sendelinse sich kreisförmig um die Rotationsachse (2) der Sendelinse und der Scheitelpunkt der Empfängerlinse sich kreisförmig um die Rotationsachse der Empfängerlinse dreht, die Sendequelle (6) auf der Kreisbahn des Scheitelpunktes (5) der Sendelinse, die Empfangseinheit auf der Kreisbahn des Scheitelpunktes der Empfangslinse angeordnet ist und die Positionen der Sende-und Empfangseinheit jeweils auf den gleichen Abbildungspunkt ausgerichtet sindElectro-optical two-dimensional distance measuring device with at least one distance measuring module (13), consisting of a transmission source (6) for emitting transmission light pulses in one plane, a receiver unit (17) for detecting reflected light which is reflected back from objects in the monitoring area, an evaluation unit (18) for evaluating the reflected light detected by the receiver unit (17) to determine an object distance based on a measured transit time, a rotating transmitter lens (1), a rotating receiver lens (19), a rotating device (20) for rotating the transmitter lens (1) and receiver lens (19 ) and an angle measuring device (21) for detecting the rotational position of the transmitting and receiving lens in a downstream evaluation unit (18), characterized in that the vertex (5) of the transmitting lens is circular around the axis of rotation (2) of the transmitting lens and the apex of the receiving lens is circular around the rotation a Axis of the receiver lens rotates, the transmission source (6) on the circular path of the vertex (5) of the transmitter lens, the receiving unit is arranged on the circular path of the vertex of the receiver lens and the positions of the transmitter and receiver units are each aligned with the same imaging point Elektrooptisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sendequelle- und Empfangseinheit an beliebiger Stelle so angeordnet sind, dass sowohl die Sendequelle, als auch Empfangseinheit an derselben Stelle abgebildet werden.Electro-optical two-dimensional distance measuring device according to Claim 1 , characterized in that the transmitting source and receiving unit are arranged at any point so that both the transmitting source and the receiving unit are mapped at the same point. Elektrooptisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sende- und Empfangseinheiten verwendet wirdElectro-optical two-dimensional distance measuring device according to Claim 1 to 2 , characterized in that a plurality of transmitting and receiving units is used Elektrooptisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sendeeinheit Laserdioden verwendet werdenElectro-optical two-dimensional distance measuring device according to Claim 1 to 3 , characterized in that laser diodes are used as the transmitter unit Elektrooptisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Sendeeinheit LED's verwendet werdenElectro-optical two-dimensional distance measuring device according to Claim 1 to 4th , characterized in that LEDs are used as the transmitter unit Elektrooptisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Empfangseinheit Pin-Dioden verwendet werdenElectro-optical two-dimensional distance measuring device according to Claim 1 to 5 , characterized in that pin diodes are used as the receiving unit Elektrooptisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Empfangseinheit APD's verwendet werdenElectro-optical two-dimensional distance measuring device according to Claim 1 to 6 , characterized in that APDs are used as the receiving unit Elektrooptisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Überwachungseinheit (18) zusammengefassten Messwerte so ausgewertet werden, dass durch die Kombination von Entfernungswerten und der Winkelstellung der Sendelinse eine 3D Vermessung ermöglicht wirdElectro-optical two-dimensional distance measuring device according to Claim 1 to 7th , characterized in that the measured values combined in the monitoring unit (18) are evaluated in such a way that the combination of distance values and the angular position of the transmitting lens enables a 3D measurement Elektrooptisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, dass nur der Scheitelpunkt (5) der Sendelinse sich kreisförmig um die Rotationsachse der Sendelinse dreht und die Empfangslinse und die Empfangseinheit so ausgebildet sind, dass die gesamte Abbildung der Sendeeinheiten von einer Empfangseinheit umfasst wird.Electro-optical two-dimensional distance measuring device according to Claim 1 to 8th , characterized in that only the vertex (5) of the transmitting lens rotates circularly around the axis of rotation of the transmitting lens and the receiving lens and the receiving unit are designed so that the entire image of the transmitting units is encompassed by a receiving unit.
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