-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Abtasten eines Umfeldes eines Fortbewegungsmittels und insbesondere eine Sensoranordnung mit einem unbeweglich angeordneten CCD-Empfangssensor.
-
Bei aktuell verwendeten CCD-basierten scannenden Lidarsystemen muss ein Empfangspfad meist rotieren um ein Sichtfeld (engl. „field of view“, kurz FoV) mit einer erforderlichen zeitlichen und daraus resultierenden räumlichen Mindestauflösung erfassen zu können. Dies liegt darin begründet, dass nur ein Teil eines verwendeten CCD-Sensors verwendet wird, um ein Empfangslicht zu erfassen, während der restliche Teil des CCD-Sensors benötigt wird, um über eine vordefinierte Gatterlaufzeit die erforderliche Auflösung für eine Distanzmessung von Objekten im Umfeld des Lidar-Systems zu erreichen. Da eine Ausleserichtung für jeweilige Pixel eines CCD-Chips technologisch bedingt feststeht, wird die verwendbare Gatterlaufzeit (und damit die zeitliche und räumliche Auflösung) sinken, wenn sich ein jeweils genutzter Teil des CCD-Sensors einem Ausleseregister des CCD-Sensors annähert.
-
DE102016200661A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Objekterkennung mittels eines CCD-basierten Lidar-Systems, bei welcher verschiedene Winkelbereiche in horizontaler und vertikaler Hinsicht in einem Sichtfeld mit verschiedenen Objekthypothesen verknüpft werden.
-
DE 10 2009 047 324 A1 offenbart eine Einrichtung und ein Verfahren für die Kalibrierung eines Lidar-Systems mit einem CCD-Chip als Sensor im Empfangspfad. Eine im Strahlengang des Empfangspfades vorgesehene Empfängeroptik weist eine Blendenanordnung auf, mit welcher in steuerbarer Weise verschiedene Bereiche des CCD-Chips in Bezug auf das einfallende Sekundärlicht abgeschattet werden können.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoranordnung zum Abtasten eines Umfeldes eines Fortbewegungsmittels bereitzustellen, welche eine Verwendung eines unbeweglich angeordneten CCD-Empfangssensors vorsieht, während eine zeitliche bzw. räumliche Mindestauflösung der Sensoranordnung aufrechterhalten werden kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es wird eine Sensoranordnung zum Abtasten eines Umfeldes eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen, wobei das Fortbewegungsmittel beispielsweise ein Straßenfahrzeug (z. B. Motorrad, PKW, Transporter, LKW) oder ein Schienenfahrzeug oder ein Luftfahrzeug/Flugzeug und/oder ein Wasserfahrzeug sein kann. Die Sensoranordnung kann beispielsweise ein Lidar-Sensor sein, welcher bevorzugt als Punktscanner oder als Linienscanner ausgestaltet sein kann. Die Sensoranordnung umfasst eine Auswerteeinheit, einen Emitter, eine CCD-Sensoranordnung, eine Ablenkvorrichtung, eine optische Einheit und ein Gehäuse. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet sein und mit einer internen und/oder einer externen Speichereinheit informationstechnisch verbunden sein. Der Emitter kann beispielsweise ein Laser-Emitter und insbesondere eine Laserdiode und/oder ein Laserdioden-Array sein. Die CCD-Sensoranordnung kann beispielsweise einen ersten CCD-Sensor und/oder einen zweiten CCD-Sensor und/oder weitere CCD-Sensoren umfassen. Die jeweiligen CCD-Sensoren können bevorzugt Flächensensoren sein, welche eingerichtet sind, ein zweidimensionales Abbild eines Umfeldes der Sensoranordnung zu erfassen. Die Ablenkvorrichtung kann beispielsweise ein beweglich angeordnetes Element wie ein Spiegel, ein Mikrospiegel, ein Mikrospiegel-Array, ein Prisma, eine mit dem Emitter verbundene Rotationsachse usw. sein. Die optische Einheit kann grundsätzlich eine beliebige strahlformende und/oder -lenkende Einheit sein, welche eine beliebige Anzahl und/oder beliebige Kombination von optischen Linsen, Spiegeln, halbdurchlässigen Spiegeln, Strahlteilern, Prismen, Filtern usw. umfassen kann. Das Gehäuse kann beispielsweise aus einem Metall (z. B. Aluminium) und/oder einem Kunststoff und/oder einem Verbundstoff hergestellt und eingerichtet sein, oben genannte Komponenten der Sensoranordnung wasserdicht und/oder luftdicht gegenüber einem Umfeld der Sensoranordnung abzukapseln. Ferner kann das Gehäuse an einer vordefinierten Position ein Fenster aufweisen, über welches die durch den Emitter ausgesendeten elektromagnetischen Wellen in das Umfeld abgestrahlt werden können und über welches die im Umfeld reflektierten und/oder gestreuten Anteile der durch den Emitter ausgesendeten elektromagnetischen Wellen in die Sensoranordnung eintreten können.
-
Der Emitter ist in Verbindung mit der Ablenkvorrichtung eingerichtet, während eines Abtastvorgangs der Sensoranordnung elektromagnetische Wellen (insbesondere Licht im sichtbaren und/oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich) mit sich zeitlich verändernden Abstrahlwinkeln in ein Umfeld der Sensoranordnung auszusenden. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass, sofern nicht anders erwähnt, in der vorliegenden Beschreibung unter einem Abtastvorgang (oder auch Scanvorgang) ein einmaliges Durchlaufen eines maximal zur Verfügung stehenden bzw. genutzten Scanbereichs der Sensoranordnung durch einen Sendestrahl der Sensoranordnung verstanden werden soll, auch wenn technologieabhängig für eine vollstände Sichtfelderfassung der Sensoranordnung ggf. eine Mehrzahl solcher Durchläufe mit veränderten horizontalen und/oder vertikalen Abstrahlwinkeln des Sendestrahls erforderlich sein sollte.
-
Die optische Einheit ist eingerichtet, aus dem Umfeld der Sensoranordnung empfangene, gestreute und/oder reflektierte Anteile der durch den Emitter ausgesendeten elektromagnetischen Wellen über wenigstens einen ersten Empfangspfad und wenigstens einen zweiten Empfangspfad auf die CCD-Sensoranordnung zu übertragen, wobei der zweite Empfangspfad vom ersten Empfangspfad abweicht.
-
Die CCD-Sensoranordnung ist eingerichtet, ortsfest an einer vordefinierten Position mit einer vordefinierten Ausrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet zu werden, aus den über den ersten Empfangspfad empfangenen elektromagnetischen Wellen ein erstes Empfangssignal zu erzeugen und aus den über den zweiten Empfangspfad empfangenen elektromagnetischen Wellen ein zweites Empfangssignal zu erzeugen. Das erste Empfangssignal und das zweite Empfangssignal können über eine informationstechnische Anbindung der CCD-Sensoranordnung an die erfindungsgemäße Auswerteeinheit zur Auswerteeinheit übertragen werden.
-
Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, in Abhängigkeit eines jeweiligen Abstrahlwinkels des Emitters das erste Empfangssignal oder das zweite Empfangssignal zur Erzeugung eines resultierenden Empfangssignals der Sensoranordnung zu verwenden. Ein jeweiliger Abstrahlwinkel des Emitters kann beispielsweise über einen Sensor erfasst und der Auswerteeinheit entsprechend zur Verfügung gestellt werden. Ferner kann die Auswerteeinheit auch dazu verwendet werden, die Ablenkvorrichtung anzusteuern, um jeweilige gewünschte Abstrahlwinkel herzustellen. Das erste Empfangssignal, das zweite Empfangssignal und das resultierende Empfangssignal können bevorzugt Zeitsignale sein, so dass die Auswerteeinheit beispielsweise zunächst einen vordefinierten Zeitabschnitt des ersten Empfangssignals zum Erzeugen des resultierenden Empfangssignals verwenden und anschließend einen vordefinierten Zeitabschnitt des zweiten Empfangssignals dem bereits erzeugten resultierenden Empfangssignal anfügen kann. Es sei darauf hingewiesen, dass diese beispielhafte Reihenfolge der Verwendung des ersten und des zweiten Empfangssignals auch vertauscht werden kann, bzw. dass eine beliebige Kombination und/oder Anzahl vordefinierter Zeitabschnitte des ersten Empfangssignals und des zweiten Empfangssignals zum Erzeugen des resultierenden Empfangssignals verwendet werden kann. Das resultierende Empfangssignal kann durch die Auswerteeinheit anschließend direkt oder in weiterverarbeiteter Form im Fortbewegungsmittel zur Verfügung gestellt werden.
-
Auf Basis vorstehend beschriebener Konfiguration der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist es möglich, empfangsseitig eine feststehende CCD-Sensoranordnung zu verwenden, ohne dass sich eine zeitliche bzw. räumliche Auflösung während eines Abtastvorgangs der Sensoranordnung beim Überstreichen der CCD-Sensorfläche durch einen Empfangsstrahl verschlechtert, wenn sich der Empfangsstrahl auf der CCD-Sensorfläche dem Ausleseregister der CCD-Sensoranordnung annähert. Unter dem Ausleseregister soll hier, je nach Ausgestaltung der CCD-Sensoranordnung, eine Auslesespalte oder eine Auslesezeile der CCD-Sensoranordnung verstanden werden, an welcher die durch die CCD-Sensorfläche aufgenommenen Bildinformationen sequentiell ausgelesen werden. Durch die vorgeschlagene Verwendung mindestens des ersten und des zweiten Empfangspfades und eine damit verbundene Möglichkeit zur Umschaltung zwischen den beiden Empfangspfaden, kann eine Bewegungsrichtung des Empfangsstrahls auf der CCD-Sensorfläche spätestens an einer vordefinierten Position umgekehrt werden, so dass immer nur diejenige Teilfläche der Sensorfläche verwendet wird, in welcher eine erforderliche Mindestgatterlaufzeit beim Auslesen jeweiliger Pixel des CCD-Sensors eingehalten werden kann. Alternativ oder zusätzlich zur Umkehrung der Bewegungsrichtung kann auch ein Rücksprung des Empfangsstrahls bewirkt werden. Diesbezügliche konkrete Ausgestaltungen werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Eine Verwendung einer solchen feststehenden CCD-Sensoranordnung kann u. a. zu einer Vereinfachung eines Aufbaus der Sensoranordnung und somit einer Kostenersparnis im Vergleich zu einem bewegten (z. B. rotierenden) Empfangssensor führen.
-
Es sei allgemein darauf hingewiesen, dass eine Empfangsseite der Sensoranordnung ein oder mehrere optische Elemente zur Strahlformung und insbesondere zur Strahlbündelung enthalten kann (z. B. ein oder mehrere Sammellinsen), welche für eine Erzeugung eines Abbildes des Umfeldes auf der CCD-Sensorfläche erforderlich sein können. Da deren Ausgestaltung und Funktion aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind, werden diese daher nachfolgend nicht zusätzlich erwähnt bzw. ausgeführt.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zum Erzeugen des resultierenden Empfangssignals zu diskreten Zeitpunkten, bevorzugt maximal zehnmal, insbesondere maximal fünfmal und insbesondere bevorzugt maximal einmal zwischen dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal während eines einzelnen Abtastvorgangs der Sensoranordnung umgeschaltet. Darüber hinaus ist es auch denkbar, häufiger als zehnmal während eines einzelnen Abtastvorgangs zwischen den jeweiligen Empfangssignalen umzuschalten. Mit anderen Worten kann durch eine jeweilige Anzahl von Umschaltvorgängen zwischen dem ersten und dem zweiten Empfangssignal eine jeweilige Anzahl von Laufrichtungsumkehrungen des Empfangsstrahls und/oder eine jeweilige Anzahl von Rücksprüngen innerhalb des bevorzugt genutzten Bereichs der CCD-Sensorfläche erreicht werden. Jeweilige Laufrichtungsumkehrungen und/oder Rücksprünge des Empfangsstrahls auf der CCD-Sensorfläche können durch die Auswerteeinheit beim Erzeugen des resultierenden Empfangssignals bevorzugt derart berücksichtigt werden, dass das resultierende Empfangssignal hinsichtlich dessen zeitlicher Abfolge einem Signal eines bewegten Empfangssensors entspricht.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird spätestens dann zwischen dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal umgeschaltet, wenn sich der Abstrahlwinkel der Sensoranordnung jeweils um die Hälfte, oder ein Drittel, oder ein Viertel, oder ein Fünftel eines Gesamterfassungswinkels der Sensoranordnung verändert hat. Da der Gesamterfassungswinkel der Sensoranordnung mit einer jeweiligen Nutzfläche der CCD-Sensorfläche korrespondiert, können vorstehend genannte Teilwinkel auch jeweiligen Teilflächen der Nutzfläche der CCD-Sensorfläche entsprechen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass auch davon abweichende Teilungen im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden können. Darüber hinaus ist es auch denkbar, zeitlich aufeinanderfolgende Umschaltvorgänge beim Erreichen nicht Äquidistanter Teilwinkel durchzuführen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Sensoranordnung einen ersten CCD-Sensor. Darüber hinaus ist die optische Einheit der Sensoranordnung eingerichtet, über den ersten Empfangspfad ein nicht invertiertes und über den zweiten Empfangspfad ein invertiertes Abbild des Umfeldes auf dem ersten CCD-Sensor zu erzeugen. Das Aufteilen des Empfangsstrahls der Sensoranordnung kann bevorzugt mittels eines Strahlteilers erreicht werden. Indem das nicht invertierte und das invertierte Abbild derart auf den ersten CCD-Sensor gelenkt werden, dass die Flächen der jeweiligen Abbilder im Wesentlichen deckungsgleich auf den ersten CCD-Sensor projiziert werden, kann durch eine abwechselnde Verwendung des ersten Empfangspfads und des zweiten Empfangspfads eine entsprechende Laufrichtungsumkehr des Empfangsstrahls auf der CCD-Sensorfläche erzielt werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die optische Einheit eine Spiegelanordnung, welche sich aus mindestens einem ersten beweglichen Spiegel und einem zweiten Spiegel zusammensetzt. Die Spiegelanordnung ist eingerichtet, in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels der Sensoranordnung eine erste Stellung des ersten Spiegels zu verwenden, in welcher das nicht invertierte Abbild des Umfeldes über den ersten Empfangspfad auf den ersten CCD-Sensor übertragen wird und eine zweite Stellung des Spiegels zu verwenden, in welcher das invertierte Abbild des Umfeldes über den zweiten Empfangspfad auf den ersten CCD-Sensor übertragen wird. Ein Umschalten des ersten Spiegels von der ersten Stellung in die zweite Stellung bzw. von der zweiten Stellung in die erste Stellung kann bevorzugt durch die erfindungsgemäße Auswerteeinheit gesteuert werden, welche zu diesem Zweck beispielsweise informationstechnisch mit einem Stellmotor verbunden sein kann, der wiederum unbeweglich mit dem ersten Spiegel verbunden sein kann. Das nicht invertierte Abbild kann beispielsweise derart erzeugt werden, dass der aus dem Umfeld empfangene Empfangsstrahl in der ersten Stellung des ersten Spiegels zunächst über den ersten Spiegel auf den zweiten Spiegel und anschließend über den zweiten Spiegel zum ersten CCD-Sensor gelenkt wird. Hingegen kann das invertierte Abbild beispielsweise derart erzeugt werden, dass der aus dem Umfeld empfangene Empfangsstrahl in der zweiten Stellung des ersten Spiegels unter Umgehung des zweiten Spiegels direkt auf den CCD-Sensor übertragen wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass neben der ersten Stellung und der zweiten Stellung des ersten Spiegels weitere Stellungen des ersten Spiegels verwendet werden können, um beispielsweise einen Rücksprung des Empfangsstrahls auf dem CCD-Sensor zu erzeugen, ohne zwischen dem ersten Empfangspfad und dem zweiten Empfangspfad umzuschalten. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass der zweite Spiegel ebenfalls beweglich angeordnet ist und auf ähnliche Weise angesteuert wird, wie der erste Spiegel. Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass die Spiegelanordnung zusätzlich einen dritten Spiegel, einen vierten Spiegel und gegebenenfalls weitere Spiegel umfassen kann, um ein invertiertes und ein nicht invertiertes Abbild des Umfeldes zu erzeugen und auf den CCD-Sensor zu übertragen. Es sei zusätzlich darauf hingewiesen, dass der erste Spiegel und/oder der zweite Spiegel auch derart angesteuert werden können, dass diese den Empfangsstrahl zumindest Abschnittsweise kontinuierlich entgegen seiner Bewegungsrichtung nachführen können.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die optische Einheit ein erstes Verschlusselement (engl. shutter) innerhalb des ersten Empfangspfades und ein zweites Verschlusselement innerhalb des zweiten Empfangspfades. Ferner ist die optische Einheit eingerichtet, in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels der Sensoranordnung, entweder den ersten Empfangspfad oder den zweiten Empfangspfad zu unterbrechen. Eine Ansteuerung der jeweiligen Verschlusselemente in Abhängigkeit eines jeweiligen Abstrahlwinkels kann wiederum bevorzugt durch die erfindungsgemäße Auswerteeinheit erfolgen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die optische Einheit innerhalb des ersten Empfangspfades ein erstes Frequenzfilter mit einem ersten Durchlassbereich und innerhalb des zweiten Empfangspfades ein zweites Frequenzfilter mit einem zweiten Durchlassbereich, wobei der erste Durchlassbereich und der zweite Durchlassbereich disjunkt sind. Der Emitter umfasst in dieser vorteilhaften Ausgestaltung eine erste Lichtquelle, deren abgestrahltes Licht einen Frequenzbereich aufweist, welcher mit dem ersten Durchlassbereich korrespondiert. Darüber hinaus umfasst der Emitter eine zweite Lichtquelle, deren abgestrahltes Licht einen Frequenzbereich aufweist, welcher mit dem zweiten Durchlassbereich korrespondiert. Ferner ist der Emitter eingerichtet, in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels der Sensoranordnung entweder die erste Lichtquelle oder die zweite Lichtquelle des Emitters zu aktivieren. Das Aktivieren der jeweiligen Lichtquelle kann wiederum auf Basis einer Ansteuerung durch die erfindungsgemäße Auswerteeinheit erfolgen, welche informationstechnisch mit dem Emitter verbunden sein kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die optische Einheit innerhalb des ersten Empfangspfades ein erstes Polarisationsfilter mit einer ersten Durchlassebene und innerhalb des zweiten Empfangspfades ein zweites Polarisationsfilter mit einer zweiten Durchlassebene, wobei die erste Durchlassebene und die zweite Durchlassebene orthogonal zueinander sind. Der Emitter umfasst eine erste Lichtquelle, deren abgestrahltes Licht eine Polarisation aufweist, welche mit der ersten Durchlassebene korrespondiert. Zusätzlich umfasst der Emitter eine zweite Lichtquelle, deren abgestrahltes Licht eine Polarisation aufweist, welche mit der zweiten Durchlassebene korrespondiert. Ferner ist der Emitter eingerichtet, in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels der Sensoranordnung entweder die erste Lichtquelle oder die zweite Lichtquelle des Emitters zu aktivieren. Das Aktivieren der jeweiligen Lichtquelle kann bevorzugt wiederum auf Basis einer Ansteuerung durch die erfindungsgemäße Auswerteeinheit erfolgen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Sensoranordnung einen ersten CCD-Sensor und einen zweiten CCD-Sensor. Der erste CCD-Sensor ist eingerichtet, über den ersten Empfangspfad ein nicht invertiertes Abbild des Umfeldes zu empfangen und auf dessen Basis das erste Empfangssignal zu erzeugen. Der zweite CCD-Sensor ist eingerichtet, über den zweiten Empfangspfad ein invertiertes Abbild des Umfeldes zu empfangen und auf dessen Basis das zweite Empfangssignal zu erzeugen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Emitter eine Mehrzahl von Mikrospiegeln und eine Mehrzahl von Lichtquellen, wobei jeweils eine Lichtquelle einem jeweiligen Mikrospiegel zugeordnet ist. Zusätzlich ist jeder der Mikrospiegel mittels der ihm zugeordneten Lichtquelle eingerichtet, einen vordefinierten Raumwinkel eines Sichtfeldes der Sensoranordnung auszuleuchten. Darüber hinaus ist die Sensoranordnung eingerichtet, in Abhängigkeit eines auszuleuchtenden Raumwinkels, eine mit dem jeweiligen Raumwinkel korrespondierende Lichtquelle zu aktivieren. Das Aktivieren der jeweiligen Lichtquelle kann wiederum auf Basis einer Ansteuerung durch die erfindungsgemäße Auswerteeinheit erfolgen. Unter Verwendung eines derart aufgebauten Emitters ist es möglich, ein CCD-Sensor basiertes Lidar-System zu realisieren, welches weder auf einer Sendeseite der Sensoranordnung, noch auf der Empfangsseite der Sensoranordnung auf eine rotierende Abtastvorrichtung angewiesen ist.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische Draufsicht einer Empfangsseite einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer zweiten Ausführungsform; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Sensorfläche eines erfindungsgemäßen CCD-Sensors.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer ersten Ausführungsform. Die Sensoranordnung, welche hier ein laserbasierter Linienscanner ist, umfasst ein Gehäuse 60, welches aus Aluminium hergestellt ist. In das Gehäuse 60 ist ein Fenster 100 integriert, welches eingerichtet ist, für durch die Sensoranordnung ausgesendete und empfangene elektromagnetische Wellen durchlässig zu sein. Des Weiteren umfasst die Sensoranordnung sendeseitig einen Emitter 20, welcher ein linienförmig angeordnetes Laserdioden-Array umfasst. Mittels des Laserdioden-Arrays ist der Emitter 20 eingerichtet, einen linienförmigen Sendestrahl 110 in ein Umfeld der Sensoranordnung auszusenden. Der Emitter 20 ist unbeweglich mit einer Ablenkvorrichtung 40 verbunden, welche hier ein Rotor ist. Ferner ist der Emitter 20 mit einer erfindungsgemäßen Auswerteinheit 10 informationstechnisch verbunden. Mittels dieser Verbindung ist die Auswerteeinheit 10, welche hier ein ASIC ist, eingerichtet, die Ablenkvorrichtung 40 anzusteuern und von der Ablenkvorrichtung 40 Informationen über einen jeweils aktuellen Drehwinkel der Ablenkvorrichtung 40 zu erhalten. Empfangsseitig weist die Sensoranordnung eine optische Einheit 50 auf, welche ein Objektiv 51 zur Bündelung eines aus dem Umfeld empfangenen Empfangsstrahls 120 und eine Spiegelanordnung 54 umfasst, welche einen drehbar gelagerten ersten Spiegel 56 und einen zweiten Spiegel 58 umfasst. Der erste Spiegel 56 kann mittels eines (nicht gezeigten) Stellmotors in eine erste Stellung (nicht gestrichelt dargestellter erster Spiegel 56 in 1) und in eine zweite Stellung (gestrichelt dargestellter erster Spiegel 56 in 1) gebracht werden. Eine jeweilige Ansteuerung der ersten Stellung und der zweiten Stellung des ersten Spiegels 56 erfolgt über eine informationstechnische Anbindung der Auswerteieinheit 10 an den Stellmotor. Darüber hinaus weist die Sensoranordnung eine CCD-Sensoranordnung 30 auf, welche einen ersten CCD-Sensor 32 umfasst. Die CCD-Sensoranordnung 30 bzw. der erste CCD-Sensor 32 ist ortsfest an einer vordefinierten Position mit einer vordefinierten Ausrichtung innerhalb des Gehäuses 60 der Sensoranordnung angeordnet. Indem die Auswerteeinheit 10 den ersten Spiegel 56 derart ansteuert, dass dieser in die erste Stellung gebracht wird, wird der über das Objektiv 51 empfangene Empfangsstrahl 120 über den ersten Spiegel 56 zum zweiten Spiegel 58 umgelenkt. Der zweite Spiegel 58 lenkt den Empfangsstrahl 120 schließlich auf den ersten CCD-Sensor 32 um, auf welchem ein nicht invertiertes Abbild des Umfeldes erzeugt wird. Ein auf diese Weise hergestellter Übertragungspfad für den Empfangsstrahl 120 stellt den einen Empfangspfad 70 der Sensoranordnung dar. Indem der erste Spiegel 56 mittels der Auswerteeinheit 10 in die zweite Stellung gebracht wird, wird der Empfangsstrahl 120 hingegen über den ersten Spiegel 56 direkt zum ersten CCD-Sensor 32 umgelenkt. Ein auf diese Weise hergestellter (gestrichelt dargestellter) Übertragungspfad für den Empfangsstrahl 120, stellt einen zweiten Empfangspfad 75 der Sensoranordnung dar. Über diesen zweiten Empfangspfad 75 wird entsprechend ein invertiertes Abbild des Umfeldes auf dem ersten CCD-Sensor 32 erzeugt. Auf Basis dieser Konfiguration ist die erfindungsgemäße Sensoranordnung eingerichtet, den auf dem ersten CCD-Sensor 32 auftreffenden Empfangsstrahl 120 während eines Abtastvorgangs des Umfeldes zunächst über den ersten Empfangspfad 70 zum ersten CCD-Sensor 32 zu lenken. Sobald ein Abstrahlwinkel der Sensoranordnung der Hälfte eines Gesamterfassungswinkels der Sensoranordnung entspricht, wird der erste Spiegel 56 durch die Auswerteeinheit 10 in die zweite Stellung versetzt, wodurch der Empfangsstrahl 120 anschließend über den zweiten Empfangspfad 75 zum ersten CCD-Sensor 32 gelenkt wird. Durch die Verwendung des invertierten Abbildes des Umfeldes wird sichergestellt, dass der Empfangsstrahl nur über diejenige Fläche des ersten CCD-Sensors 56 geführt wird, in welcher eine Mindestgatterlaufzeit beim Auslesen jeweiliger informationstragender Pixel eingehalten wird.
-
2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Empfangsseite einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer zweiten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform umfasst die Empfangsseite eine optische Einheit 50, welche einen Empfangsstrahl 120 der Sensoranordnung über ein strahlbündelndes Objektiv 51 zu einem Strahlteiler 52 führt. Der Strahlteiler 52 ist in Form eines (nicht dargestellten) halbdurchlässigen Spiegels realisiert. Der durch den Strahlteiler 52 geteilte Empfangsstrahl 120 wird anschließend über einen ersten Empfangspfad 70 und einen zweiten Empfangspfad 75 weitergeführt, wobei der Strahlteiler 52 zusätzlich eingerichtet ist, den über den zweiten Empfangspfad übertragenen Anteil des Empfangsstrahls 120 zu invertieren. Innerhalb des ersten Empfangspfades 70 ist ein erstes Verschlusselement 80 angeordnet, welches eingerichtet ist, den ersten Empfangspfad 70 in Abhängigkeit eines Abstrahlwinkels der Sensoranordnung zu unterbrechen. Innerhalb des zweiten Empfangspfades 75 ist ein zweites Verschlusselement 85 angeordnet, welches eingerichtet ist, den zweiten Empfangspfad 75 in Abhängigkeit eines Abstrahlwinkels der Sensoranordnung zu unterbrechen. Der erste Empfangspfad 70 führt über einen dritten Spiegel 90 weiter zu einem ersten CCD-Sensor 32 einer CCD-Sensoranordnung 30. Der zweite Empfangspfad 75 führt über einen vierten Spiegel 95 zum ersten CCD-Sensor 32 der CCD-Sensoranordnung 30. Auf diese Weise werden über den ersten Empfangspfad 70 und den zweiten Empfangspfad 75 geführte Anteile des Empfangsstrahls 120 in entgegengesetzten Richtungen über den ersten CCD-Sensor 32 geführt (durch die gestrichelten Pfeile in 2 angedeutet). Auf diese Weise kann durch eine geeignete Ansteuerung des ersten Verschlusselementes 80 und des zweiten Verschlusselementes 85 erreicht werden, dass sich ein jeweiliger auf den ersten CCD-Sensor 32 auftreffender Anteil des Empfangsstrahls 120 nur in einem vordefinierten Bereich der CCD-Sensorfläche bewegt.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorfläche eines erfindungsgemäßen CCD-Sensors 32. Der CCD-Sensor 32 umfasst einen Belichtungsbereich 140, über welchen ein Empfangsstrahl bzw. ein Abbild einer Abtastlinie 160 einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung (z. B. hin und zurück) geführt wird. Der CCD-Sensor 32 umfasst des Weiteren einen Auslesebereich 140, welcher nicht zur Belichtung verwendet wird und welcher sicherstellt, dass durch ein serielles Auslesen jeweiliger Pixel des Belichtungsbereichs 140 für alle Pixel dieses Bereichs eine vordefinierte Mindestgatterlaufzeit (d. h. die Laufzeit über den Auslesebereich) eingehalten wird. Der CCD-Sensor 32 umfasst schließlich ein Ausleseregister 130 an einer vordefinierten Seite des CCD-Sensors 32, über welches jeweilige Pixel des CCD-Sensors 32 seriell getaktet ausgelesen werden können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016200661 A1 [0003]
- DE 102009047324 A1 [0004]
