DE112019007440T5 - Hinderniserkennungsgerät - Google Patents

Abstract

Ein Hinderniserkennungsgerät (1) beinhaltet im Wesentlichen einen optischen Deflektor (10), einen ersten Reflexionsspiegel (20), einen zweiten Reflexionsspiegel (30) und einen Lichtempfänger (36). Der erste Reflexionsspiegel (20) ist so angeordnet, dass er dem optischen Deflektor (10) zugewandt ist. Der zweite Reflexionsspiegel (30) ist an einer Seite des ersten Reflexionsspiegels (20) weiter vom optischen Deflektor (10) entfernt angeordnet. Der optische Deflektor (10) tastet einen Lichtstrahl (6) konisch um eine erste Achse (11) ab. Der erste Reflexionsspiegel (20) und der zweite Reflexionsspiegel (30) werden angetrieben, um synchron zueinander um eine zweite Achse (27) zu rotieren. Die zweite Achse (27) ist koaxial mit der ersten Achse (11).

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hinderniserkennungsgerät.
• STAND DER TECHNIK
• Das japanische Patent JP 6 069 628 (Patentdokument 1) beschreibt ein Abstandsmessgerät vom Abtasttyp, das eine Laserdiode, eine Avalanche-Photodiode, einen ersten Ablenkmechanismus, der der Laserdiode und der Avalanche-Photodiode gegenüberliegt, einen zweiten Ablenkmechanismus und eine berührungslose Stromversorgungseinheit enthält. Der erste Ablenkmechanismus beinhaltet einen Umlenkspiegel und eine Antriebseinheit. Der Umlenkspiegel ist um eine horizontale Achse schwenkbar. Der Umlenkspiegel reflektiert einen von der Laserdiode emittierten Lichtstrahl in Richtung eines umgebenden Raums des abtastenden Entfernungsmessgeräts und reflektiert einen von einem Objekt in dem umgebenden Raum des abtastenden Entfernungsmessgeräts in Richtung der Avalanche-Photodiode reflektierten Lichtstrahl. Die Antriebseinheit treibt den Umlenkspiegel zum Schwenken um die horizontale Achse an. Der zweite Ablenkmechanismus dreht den ersten Ablenkmechanismus um eine vertikale Achse.
• Die berührungslose Stromversorgungseinheit beinhaltet eine erste Spule und eine zweite Spule. Die zweite Spule ist elektrisch mit der Antriebseinheit des ersten Ablenkmechanismus verbunden. Die zweite Spule dreht sich um die vertikale Achse in Übereinstimmung mit der Drehung des zweiten Ablenkmechanismus. Die erste Spule teilt sich die vertikale Achse mit der zweiten Spule und ist in einem Abstand zur zweiten Spule angeordnet. Wenn ein Strom durch die erste Spule fließt, wird in der zweiten Spule durch elektromagnetische Induktion eine elektromotorische Kraft erzeugt. Die elektrische Leistung kann von der zweiten Spule der Antriebseinheit des ersten Ablenkmechanismus zugeführt werden, der sich mit der zweiten Spule um die vertikale Achse dreht.
• STAND DER TECHNIK
• Patentdokument 1: Japanisches Patent JP 6 069 628
• KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Mit der Erfindung zu lösende Probleme
• Da jedoch bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Abstandsmessvorrichtung des Abtasttyps der Umlenkspiegel nicht nur den von der Laserdiode emittierten Lichtstrahl in Richtung des umgebenden Raums der Abstandsmessvorrichtung des Abtasttyps reflektiert, sondern auch den von dem Objekt in den umgebenden Raum der Abstandsmessvorrichtung des Abtasttyps reflektierten Lichtstrahl in Richtung der Avalanche-Photodiode reflektiert, hat der Umlenkspiegel eine größere Dimension. Um den Umlenkspiegel mit einer größeren Dimension anzutreiben, müssen die Antriebseinheiten des ersten Ablenkmechanismus und des zweiten Ablenkmechanismus größer gemacht werden, was das scannende Entfernungsmessgerät in der Größe größer macht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hinderniserkennungsgerät mit kleineren Abmessungen bereitzustellen.
• Mittel zum Lösen der Probleme
• Das Hinderniserkennungsgerät der vorliegenden Erfindung beinhaltet im Wesentlichen einen optischen Deflektor, einen ersten Reflexionsspiegel, einen zweiten Reflexionsspiegel und einen Lichtempfänger. Der optische Deflektor ist dazu ausgebildet, mindestens einen Lichtstrahl konisch um eine erste Achse abzutasten. Der erste Reflexionsspiegel ist so angeordnet, dass er dem optischen Deflektor zugewandt und um eine zweite Achse drehbar ist. Der erste Reflexionsspiegel ist so ausgebildet, dass er mindestens einen Lichtstrahl in Richtung eines Umgebungsraumes des Hinderniserkennungsgerätes reflektiert. Eine erste Spiegelfläche des ersten Reflexionsspiegels ist in Bezug auf die erste Achse und die zweite Achse geneigt. Der zweite Reflexionsspiegel ist an einer vom optischen Deflektor distalen Seite in Bezug auf den ersten Reflexionsspiegel angeordnet und um die zweite Achse drehbar. Der zweite Reflexionsspiegel ist dazu ausgebildet, mindestens einen von einem Objekt im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes diffus reflektierten Lichtstrahl in Richtung des Lichtempfängers zu reflektieren. Eine zweite Spiegelfläche des zweiten Reflexionsspiegels ist in Bezug auf die zweite Achse in eine Richtung geneigt, die der ersten Spiegelfläche entgegengesetzt ist. Der Lichtempfänger ist so ausgebildet, dass er mindestens einen vom zweiten Reflexionsspiegel reflektierten Lichtstrahl aufnimmt. Der erste Reflexionsspiegel und der zweite Reflexionsspiegel werden angetrieben, um sich synchron zueinander um die zweite Achse zu drehen. Die zweite Achse ist koaxial zur ersten Achse angeordnet.
• Effekt der Erfindung
• Da die Reflexion des von dem Objekt im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes diffus reflektierten Lichtstrahls in Richtung des Lichtempfängers durch den zweiten Reflexionsspiegel anders als durch den ersten Reflexionsspiegel erfolgt, ist es möglich, den ersten Reflexionsspiegel kleiner zu gestalten. Da die zweite Achse koaxial mit der ersten Achse ist, ist es möglich, den ersten Reflexionsspiegel, der den vom optischen Deflektor konisch abgetasteten Lichtstrahl reflektiert, um die erste Achse zu verkleinern. Daher ist es möglich, das Hinderniserkennungsgerät der vorliegenden Erfindung kleiner zu gestalten.
• Figurenliste
• 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Hinderniserkennungsgerät gemäß einer ersten Ausführungsform und einer sechsten Ausführungsform zeigt, wobei ein Bereich davon weggeschnitten ist;
• 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1 und veranschaulicht schematisch das Hinderniserkennungsgerät gemäß der ersten und sechsten Ausführungsform;
• 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen vergrößerten Bereich des Hinderniserkennungsgeräts gemäß der ersten und sechsten Ausführungsform darstellt;
• 4 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen vergrößerten Bereich des Hinderniserkennungsgeräts gemäß der ersten und sechsten Ausführungsform darstellt;
• 5 ist ein Diagramm, das Steuerblöcke des Hinderniserkennungsgeräts gemäß der ersten und sechsten Ausführungsform illustriert;
• 6 ist ein Diagramm, das schematisch einen optischen Abtastbereich und einen Erfassungsbereich des Hinderniserkennungsgeräts gemäß der ersten und sechsten Ausführungsform darstellt;
• 7 ist ein Diagramm, das beispielhafte Abtastpunkte und Erfassungspunkte des Hinderniserkennungsgeräts gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
• 8 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für Abtastpunkte und Erfassungspunkte des Hinderniserkennungsgeräts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
• 9 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Hinderniserkennungsgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
• 10 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Hinderniserkennungsgerät gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
• 11 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Hinderniserkennungsgerät gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt;
• 12 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Hinderniserkennungsgerät gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt; und
• 13 ist ein Diagramm, das beispielhafte Abtastpunkte und Erfassungspunkte eines Hinderniserkennungsgeräts gemäß einer sechsten Ausführungsform illustriert.
• BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung wird nicht wiederholt.
• Ausführungsform 1
• Ein Hinderniserkennungsgerät 1 gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. Das Hinderniserkennungsgerät 1 beinhaltet im Wesentlichen einen optischen Deflektor 10, einen ersten Reflexionsspiegel 20, einen zweiten Reflexionsspiegel 30, und einen Lichtempfänger 36. Das Hinderniserkennungsgerät 1 kann ferner eine erste Antriebseinheit 24 und ein Gehäuse 4 beinhalten. Das Hinderniserkennungsgerät 1 kann ferner eine Lichtquelle 5 und eine Kollimatorlinse 8 enthalten. Das Hinderniserkennungsgerät 1 kann ferner eine Kondensorlinse 35 enthalten.
• Bei dem Hinderniserkennungsgerät 1 handelt es sich beispielsweise um ein Laser Imaging Detection and Ranging (LiDAR) System. Das Hinderniserkennungsgerät 1 gibt mindestens einen Lichtstrahl 6 von der Lichtquelle 5 in einen Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgeräts 1 ab. Befindet sich im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 ein Objekt wie z.B. ein Hindernis, wird der Lichtstrahl 6 von dem Objekt diffus reflektiert. Der Lichtempfänger 36 empfängt den von dem Objekt diffus reflektierten Lichtstrahl 6. Das Hinderniserkennungsgerät 1 tastet den Lichtstrahl 6 dreidimensional ab. So erhält man die dreidimensionale Position und Form des Objekts im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1. Das Hinderniserkennungsgerät 1 kann ein Hindernis im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 erkennen.
• Nachfolgend wird der Aufbau des Hinderniserkennungsgerätes 1 im Detail beschrieben.
• Die Lichtquelle 5 ist dazu eingerichtet, mindestens einen Lichtstrahl 6 in Richtung des optischen Deflektors 10 zu emittieren. Bei dem von der Lichtquelle 5 emittierten Lichtstrahl 6 kann es sich beispielsweise um einen Laserstrahl handeln. Die Lichtquelle 5 ist nicht besonders beschränkt und kann eine Laserlichtquelle, wie z.B. ein Halbleiterlaser, sein. Die Lichtquelle 5 wird von einer Bodenplatte 4a des Gehäuses 4 getragen. Die Lichtquelle 5 kann den Lichtstrahl 6 in der +z-Richtung (d. h. in der vertikalen Richtung) emittieren. Die optische Achse 7 des Lichtstrahls erstreckt sich entlang der z-Achse (d. h. der vertikalen Achse).
• Die Kollimatorlinse 8 kann zwischen der Lichtquelle 5 und dem optischen Deflektor 10 angeordnet sein. Die Kollimatorlinse 8 wird von einem Linsenhalter 9 getragen. Der Linsenhalter 9 ist an der Bodenplatte 4a des Gehäuses 4 befestigt. Die Kollimatorlinse 8 kollimiert den Lichtstrahl 6 und gibt den kollimierten Lichtstrahl 6 an den optischen Deflektor 10 ab. Der auf den optischen Deflektor 10 auftreffende Lichtstrahl 6 kann sich entlang der z-Achse (d. h. der vertikalen Achse) bewegen und einen Vektor i0 von (0, 0, 1) haben.
• Der optische Deflektor 10 ist so konfiguriert, dass er den Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 abtastet. Die Bahn des vom optischen Deflektor 10 abgetasteten Lichtstrahls 6 bildet eine konische Fläche. Die erste Achse 11 erstreckt sich in z-Richtung (d. h. in vertikaler Richtung). Die erste Achse 11 kann koaxial mit der optischen Achse 7 des auf den optischen Deflektor 10 einfallenden Lichtstrahls 6 sein. Die erste Achse 11 erstreckt sich entlang der z-Achse (d. h. der vertikalen Achse).
• Konkret beinhaltet der optische Deflektor 10 ein Keilprisma 12 und eine zweite Antriebseinheit 17. Der optische Deflektor 10 kann ferner einen Prismenhalter 13, ein Lager 14, ein erstes Zahnrad 15, ein zweites Zahnrad 16 und eine zweite Welle 18 aufweisen.
• Das Keilprisma 12 hat eine Oberfläche 12a, die in Bezug auf die erste Achse 11 geneigt ist, und eine Unterseite, die senkrecht zur ersten Achse 11 steht. Die Oberfläche 12a des Keilprismas 12 ist in Bezug auf die optische Achse 7 des auf den optischen Deflektor 10 auftreffenden Lichtstrahls 6 geneigt. Die Unterseite des Keilprismas 12 steht senkrecht zur optischen Achse 7 des auf den optischen Deflektor 10 einfallenden Lichtstrahls 6. Die Unterseite des Keilprismas 12 kann der Lichtquelle 5 oder der Kollimatorlinse 8 zugewandt sein.
• Die Normallinie zur Oberfläche 12a des Keilprismas 12 ist in Bezug auf die erste Achse 11 oder die optische Achse 7 des auf den optischen Deflektor 10 auftreffenden Lichtstrahls 6 geneigt. Die Oberfläche 12a des Keilprismas 12 lenkt den Lichtstrahl 6 ab. Das Keilprisma 12 hat einen Ablenkwinkel α, und der Lichtstrahl 6 wird auf der Oberfläche 12a des Keilprismas 12 um den Ablenkwinkel α in Bezug auf die erste Achse 11 oder die optische Achse 7 des auf den optischen Deflektor 10 auftreffenden Lichtstrahls 6 abgelenkt.
• Das Keilprisma 12 ist um die erste Achse 11 drehbar. Insbesondere wird das Keilprisma 12 von dem Prismenhalter 13 gehalten, der eine zylindrische Form hat. Der Prismenhalter 13 ist über das Lager 14 an einer flachen Platte 4c des Gehäuses 4 so befestigt, dass er um die erste Achse 11 drehbar ist. Das Keilprisma 12 ist also um die erste Achse 11 drehbar am Gehäuse 4 befestigt. Der Öffnungsdurchmesser des optischen Deflektors 10 (das Keilprisma 12) ist größer als der Strahldurchmesser des Lichtstrahls 6.
• Die zweite Antriebseinheit 17 ist z.B. ein zweiter Motor. Die zweite Antriebseinheit 17 ist an der flachen Platte 4b des Gehäuses 4 befestigt. Die zweite Antriebseinheit 17 ist dazu eingerichtet, das Keilprisma 12 um die erste Achse 11 zu drehen. Insbesondere ist das erste Zahnrad 15 am Außenumfang des Prismenhalters 13 befestigt. Das zweite Zahnrad 16 kämmt mit dem ersten Zahnrad 15. Das zweite Zahnrad 16 ist mit der zweiten Welle 18 gekoppelt. Die zweite Antriebseinheit 17 ist so ausgebildet, dass sie die zweite Welle 18 in Drehung versetzt.
• Wenn die zweite Welle 18 durch die zweite Antriebseinheit 17 gedreht wird, drehen sich das erste Zahnrad 15 und das zweite Zahnrad 16 entsprechend, wodurch sich das Keilprisma 12 um die erste Achse 11 dreht. Dadurch tastet das Keilprisma 12 den Lichtstrahl 6 kegelförmig um die erste Achse 11 mit einem Scheitelwinkel 2α ab. Der durch das Keilprisma 12 abgelenkte Lichtstrahl 6 hat einen Vektor i₁ = (i_1x, i_1y, i_1z) = (cosθsina, sinθsina, cosa). Wie in 4 dargestellt, ist der Winkel θ ein Drehwinkel des Keilprismas 12, der aus der Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 gedreht wird. Wenn der Lichtstrahl 6 durch den optischen Deflektor 10 (das Keilprisma 12) in die vordere Richtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 in Bezug auf die erste Achse 11 abgelenkt wird, beträgt der Winkel θ=0°. In 2 beträgt der Winkel θ=180° oder -180°.
• Der erste Reflexionsspiegel 20 ist so angeordnet, dass er dem optischen Deflektor 10 zugewandt ist. Der erste Reflexionsspiegel 20 ist so angeordnet, dass der vom optischen Deflektor 10 kegelförmig abgetastete Lichtstrahl 6 auf den ersten Reflexionsspiegel 20 fällt. Der erste Reflexionsspiegel 20 ist so ausgebildet, dass er den vom optischen Deflektor 10 konisch abgetasteten Lichtstrahl 6 in den Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 reflektiert.
• Konkret kann der erste Reflexionsspiegel 20 beispielsweise ein Stabspiegel sein. Der erste Reflexionsspiegel 20 kann gebildet werden, indem ein zylindrisches Element schräg in Bezug auf die axiale Richtung des zylindrischen Elements geschnitten wird, um eine geneigte Endfläche auf dem zylindrischen Element zu bilden, und ein Reflexionsmaterial auf die geneigte Endfläche aufgetragen wird. Eine erste Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 kann die schräge Endfläche sein, die mit einem Reflexionsmaterial beschichtet ist. Die erste Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 ist der Oberfläche 12a des Keilprisma 12 zugewandt. Die erste Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 hat einen Öffnungsdurchmesser, der größer ist als der des optischen Deflektors 10 (das Keilprisma 12). Der Öffnungsdurchmesser der ersten Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 ist so definiert, dass der gesamte vom optischen Deflektor 10 konisch abgetastete Lichtstrahl 6 von der ersten Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 reflektiert wird.
• Der erste Reflexionsspiegel 20 ist um eine zweite Achse 27 drehbar. Die erste Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 ist in Bezug auf die erste Achse 11 und die zweite Achse 27 geneigt. Die zweite Achse 27 ist koaxial zur ersten Achse 11. Die zweite Achse 27 erstreckt sich entlang der z-Richtung (d. h. der vertikalen Richtung). In den 2 und 3 ist die erste Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 in Bezug auf die zweite Achse 27 gegen den Uhrzeigersinn geneigt. Die erste Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 ist in Bezug auf die zweite Achse 27 um einen ersten Winkel β1 geneigt. Ein erster Einheitsvektor i_lm der ersten Normallinie 21n der ersten Spiegelfläche 21 ist i_1m = (i_1mx, i_1my, i_1m1) = (cosφcos β₁, sinφcos β₁, -sin β₁). Wie in 4 dargestellt, ist der Winkel φ ein Drehwinkel des ersten Reflexionsspiegels 20, der aus der Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 gedreht wird. Wenn der erste Einheitsvektor i_1m einer ersten Normallinie 21n der ersten Spiegelfläche 21, die auf eine xy-Ebene (d.h. eine horizontale Ebene) projiziert wird, in die Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 ausgerichtet ist, beträgt der Winkel φ, d.h. der Drehwinkel des ersten Reflexionsspiegels 20, 0°. In 2 ist der Winkel φ gleich 0°.
• Der von der ersten Spiegelfläche 21 reflektierte Lichtstrahl 6 hat einen Vektor i₂ = (i_2x, i_2y, i_2z) = i₁ - 2(i₁-i_1m)i_1m, wobei i₁- i_1m ein inneres Produkt zwischen dem Vektor i₁ und dem ersten Einheitsvektor i_1m darstellt. Die Abstrahlrichtung des Lichtstrahls 6, der vom ersten Reflexionsspiegel 20 reflektiert wird, wird bestimmt, indem die Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 um einen Winkel H, der durch den Ausdruck (1) gegeben ist, in der xy-Ebene (z.B. der horizontalen Ebene) gedreht wird und dann um einen Winkel V, der durch den Ausdruck (2) gegeben ist, in die z-Richtung (z.B. die vertikale Richtung) in Bezug auf die xy-Ebene (z.B. die horizontale Ebene) gedreht wird.
  Ausdruck 1 $$\text{H}={\text{tan}}^{-1}\left(\frac{{\text{i}}_{\text{2y}}}{{\text{i}}_{\text{2x}}}\right)$$

  

  
  Ausdruck 2 $$\text{V}={\text{tan}}^{-1}\left(\frac{{\text{i}}_{\text{2z}}}{\sqrt{{\text{i}}_{\text{2x}}{}^2+{\text{i}}_{\text{2y}}{}^2}}\right)$$

  
• Der zweite Reflexionsspiegel 30 ist so konfiguriert, dass er den Lichtstrahl 6, der von einem Objekt im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgeräts 1 diffus reflektiert wird, zum Lichtempfänger 36 reflektiert.
• Konkret kann der zweite Reflexionsspiegel 30 beispielsweise ein Stabspiegel sein. Der zweite Reflexionsspiegel 30 kann gebildet werden, indem ein zylindrisches Element schräg in Bezug auf die axiale Richtung des zylindrischen Elements geschnitten wird, um eine geneigte Endfläche auf dem zylindrischen Element zu bilden, und ein Reflexionsmaterial auf die geneigte Endfläche aufgetragen wird. Eine zweite Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 kann die schräge Endfläche sein, die mit einem Reflexionsmaterial beschichtet ist. Wie in den 2 und 3 dargestellt, ist der zweite Reflexionsspiegel 30 an einer vom optischen Deflektor 10 entfernten Seite in Bezug auf den ersten Reflexionsspiegel 20 angeordnet. Die zweite Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 kann dem Lichtempfänger 36 zugewandt sein.
• Die zweite Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 ist in Bezug auf die zweite Achse 27 in einer Richtung geneigt, die derjenigen der ersten Spiegelfläche 21 entgegengesetzt ist. In den 2 und 3 ist die zweite Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 in Bezug auf die zweite Achse 27 im Uhrzeigersinn geneigt. Die zweite Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 ist in Bezug auf die zweite Achse 27 um einen zweiten Winkel β₂ geneigt. Wenn der Drehwinkel des zweiten Reflexionsspiegels 30 aus der Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 gleich dem Drehwinkel φ des ersten Reflexionsspiegels 20 ist, ist der zweite Einheitsvektor i_2m der zweiten Normallinie 31n der zweiten Spiegelfläche 31 i_2m = (i_2mx, i_2my, i_2mz) = (COSφCOS β₂, sinφcos β₂, sinβ₂).
• Der erste Einheitsvektor der ersten Normallinie 21n der ersten Spiegelfläche 21, projiziert auf eine Ebene (die xy-Ebene, beispielsweise die horizontale Ebene) senkrecht zur zweiten Achse 27, kann im Wesentlichen parallel zum zweiten Einheitsvektor der zweiten Normallinie 31n der zweiten Spiegelfläche 31, projiziert auf dieselbe Ebene (die xy-Ebene), sein. In der vorliegenden Beschreibung, bedeutet der Ausdruck, dass der erste Einheitsvektor der ersten Normallinie 21n, die auf die Ebene (die xy-Ebene) projiziert wird, im Wesentlichen parallel zum zweiten Einheitsvektor der zweiten Normallinie 31n, die auf dieselbe Ebene (die xy-Ebene) projiziert wird, ist, dass der erste Einheitsvektor der ersten Normallinie 21n, die auf die Ebene (die xy-Ebene) projiziert wird, um 0° oder mehr und 3° oder weniger in Bezug auf den zweiten Einheitsvektor der zweiten Normallinie 31n, die auf dieselbe Ebene (die xy-Ebene) projiziert wird, geneigt ist.
• Insbesondere kann der erste Einheitsvektor der ersten Normallinie 21n, die auf die Ebene (die xy-Ebene) projiziert wird, um 0° oder mehr und 1° oder weniger in Bezug auf den zweiten Einheitsvektor der zweiten Normallinie 31n, die auf dieselbe Ebene (die xy-Ebene) projiziert wird, geneigt sein. Vorzugsweise ist der erste Einheitsvektor der ersten Normallinie 21n der ersten Spiegelfläche 21, die auf die Ebene (die xy-Ebene) projiziert wird, parallel zu dem zweiten Einheitsvektor der zweiten Normallinie 31n der zweiten Spiegelfläche 31, die auf dieselbe Ebene (die xy-Ebene) projiziert wird.
• Der erste Winkel β₁ zwischen der zweiten Achse 27 und dem ersten Einheitsvektor der ersten Normallinie 21n der ersten Spiegelfläche 21 ist im Wesentlichen gleich dem zweiten Winkel β₂ zwischen der zweiten Achse 27 und dem zweiten Einheitsvektor der zweiten Normallinie 31n der zweiten Spiegelfläche 31. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck, dass der erste Winkel β₁ im Wesentlichen gleich dem zweiten Winkel β₂ ist, dass der absolute Wert der Differenz zwischen dem ersten Winkel β₁ und dem zweiten Winkel β₂ 3° oder weniger beträgt. Der absolute Wert der Differenz zwischen dem ersten Winkel β₁ und dem zweiten Winkel β₂ kann 1° oder weniger betragen. Vorzugsweise ist die Differenz zwischen dem ersten Winkel β₁ und dem zweiten Winkel β₂ gleich Null, mit anderen Worten, der erste Winkel β₁ ist gleich dem zweiten Winkel β₂.
• Die zweite Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 hat einen Öffnungsdurchmesser (Fläche), der größer ist als der der ersten Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20. Der Öffnungsdurchmesser (Fläche) der zweiten Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 kann beispielsweise doppelt so groß oder größer sein als der Öffnungsdurchmesser (Fläche) der ersten Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20. Der Öffnungsdurchmesser der zweiten Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 ist gleich dem oder größer als der Öffnungsdurchmesser des Lichtempfängers 36. Der zweite Reflexionsspiegel 30 ist um die zweite Achse 27 drehbar.
• Die erste Antriebseinheit 24 ist so ausgebildet, dass sie den ersten Reflexionsspiegel 20 und den zweiten Reflexionsspiegel 30 synchron zueinander um die zweite Achse 27 dreht. Daher kann der zweite Reflexionsspiegel 30 den von dem Objekt im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgeräts 1 diffus reflektierten Lichtstrahl 6 mit einem geringen optischen Verlust zum Lichtempfänger 36 leiten.
• Konkret beinhaltet die erste Antriebseinheit 24, wie in den 2 und 3 dargestellt, einen ersten Motor 25 und eine erste Welle 26, die mit dem ersten Motor 25 gekoppelt und um die zweite Achse 27 drehbar ist. Die erste Antriebseinheit 24 (der erste Motor 25) ist an einer flachen Platte 4d des Gehäuses 4 befestigt. Der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 sind mit der ersten Welle 26 verbunden. Der erste Motor 25 ist so konfiguriert, dass die erste Welle 26 um die zweite Achse 27 gedreht wird. Wenn die erste Welle 26 durch den ersten Motor 25 gedreht wird, werden der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 synchron zueinander um die zweite Achse 27 gedreht. So tastet der erste Reflexionsspiegel 20 den Lichtstrahl 6 um die zweite Achse 27 ab. Der zweite Reflexionsspiegel 30 reflektiert den Lichtstrahl 6, der von einem Objekt wie einem Hindernis diffus reflektiert wird, in Richtung des Lichtempfängers 36.
• Der Lichtempfänger 36 ist so ausgebildet, dass er den vom zweiten Reflexionsspiegel 30 reflektierten Lichtstrahl 6 aufnimmt. Der Lichtempfänger 36 kann so angeordnet sein, dass er auf die zweite Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 gerichtet ist. Der Lichtempfänger 36 kann zum Beispiel eine Fotodiode sein. Der Lichtempfänger 36 ist an einer Deckplatte 4f des Gehäuses 4 befestigt. Die Kondensorlinse 35 kann zwischen dem zweiten Reflexionsspiegel 30 und dem Lichtempfänger 36 angeordnet sein. Die Kondensorlinse 35 fokussiert den vom zweiten Reflexionsspiegel 30 reflektierten Lichtstrahl 6 auf den Lichtempfänger 36. Die Kondensorlinse 35 ist an einer flachen Platte 4e des Gehäuses 4 befestigt.
• Das Gehäuse 4 enthält den optischen Deflektor 10, den ersten Reflexionsspiegel 20, den zweiten Reflexionsspiegel 30 und die erste Antriebseinheit 24. Das Gehäuse 4 kann ferner die Lichtquelle 5, die Kollimatorlinse 8, die Kondensorlinse 35 und den Lichtempfänger 36 enthalten. Das Gehäuse 4 beinhaltet einen Gehäusekörper und flache Platten 4b, 4c, 4d und 4e. Der Gehäusekörper beinhaltet eine Bodenplatte 4a, eine Deckplatte 4f und eine Rückplatte 4g, die die Bodenplatte 4a und die Deckplatte 4f miteinander verbindet. Die flachen Platten 4b, 4c, 4d und 4e sind in einem Hohlraum des Gehäusekörpers angeordnet. Die flachen Platten 4b, 4c, 4d und 4e können so angeordnet sein, dass sie sich parallel zu der Bodenplatte 4a und der Deckplatte 4f erstrecken.
• Die Lichtquelle 5 wird von der Bodenplatte 4a getragen. Der Linsenhalter 9, der die Kollimatorlinse 8 hält, wird von der Bodenplatte 4a getragen. Die zweite Antriebseinheit 17 wird von der flachen Platte 4b getragen. Das Keilprisma 12 ist auf der flachen Platte 4c so gelagert, dass es um die erste Achse 11 drehbar ist. Die erste Antriebseinheit 24 ist auf der flachen Platte 4d gelagert. Der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 sind über die erste Antriebseinheit 24 an der flachen Platte 4d gelagert. Der erste Reflexionsspiegel 20 ist in einem Zwischenraum zwischen den flachen Platten 4c und 4d angeordnet. Der zweite Reflexionsspiegel 30 ist in einem Raum zwischen der flachen Platte 4d und der flachen Platte 4e angeordnet. Die Kondensorlinse 35 wird von der flachen Platte 4e getragen. Der Lichtempfänger 36 wird von der Deckplatte 4f getragen.
• Der optische Deflektor 10 wird von der flachen Platte 4b und der flachen Platte 4c getragen, während die erste Antriebseinheit 24 von der flachen Platte 4d getragen wird. Der optische Deflektor 10 und die erste Antriebseinheit 24 sind unabhängig voneinander an dem Gehäuse 4 befestigt. Mit anderen Worten, der optische Deflektor 10 und die erste Antriebseinheit 24 sind an unterschiedlichen Stellen am Gehäuse 4 befestigt.
• Der Gehäusekörper ist mit einer ersten Öffnung 4p und einer zweiten Öffnung 4q versehen. Die erste Öffnung 4p ist der ersten Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 zugewandt. Die zweite Öffnung 4q ist der zweiten Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 zugewandt. Das Gehäuse 4 kann ein erstes Transparent-Fensterelement 4u enthalten, das die erste Öffnung 4p verschließt, und ein zweites Transparent-Fensterelement 4w, das die zweite Öffnung 4q verschließt. Das erste Transparent-Fensterelement 4u und das zweite Transparent-Fensterelement 4w sind für den Lichtstrahl 6 transparent. Der vom ersten Reflexionsspiegel 20 reflektierte Lichtstrahl 6 durchläuft das erste Transparent-Fensterelement 4u und wird in den Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 abgestrahlt. Der von einem Objekt wie einem Hindernis diffus reflektierte Lichtstrahl 6 durchläuft das zweite Transparent-Fensterelement 4w und trifft auf den zweiten Reflexionsspiegel 30.
• Wie in 5 dargestellt, kann das Hinderniserkennungsgerät 1 ferner eine Steuereinheit 40 beinhalten. Die Steuereinheit 40 ist kommunikativ mit dem optischen Deflektor 10 (der zweiten Antriebseinheit 17) und der ersten Antriebseinheit 24 (dem ersten Motor 25) verbunden.
• Die Steuereinheit 40 ist zur Steuerung des optischen Deflektors 10 (der zweiten Antriebseinheit 17) und der ersten Antriebseinheit 24 (des ersten Motors 25) konfiguriert. Die Steuereinheit 40 steuert den optischen Deflektor 10 (die zweite Antriebseinheit 17) so, dass der optische Deflektor 10 den Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 mit einer ersten Frequenz abtastet. Die Steuereinheit 40 steuert die erste Antriebseinheit 24 so an, dass die erste Antriebseinheit 24 den ersten Reflexionsspiegel 20 und den zweiten Reflexionsspiegel 30 mit einer zweiten Frequenz um die zweite Achse 27 rotieren lässt. Die erste Frequenz ist größer als die zweite Frequenz. Da sich die erste Frequenz von der zweiten Frequenz unterscheidet, variiert die Differenz zwischen dem Winkel θ, dem Drehwinkel des Keilprismas 12, und dem Winkel φ, dem Drehwinkel des ersten Reflexionsspiegels 20, mit der Zeit. Die erste Frequenz kann ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz sein.
• Die Steuereinheit 40 kann mit der Lichtquelle 5 kommunikativ verbunden sein. Die Steuereinheit 40 kann so konfiguriert sein, dass sie die Lichtquelle 5 steuert. Die Steuereinheit 40 kann so konfiguriert sein, dass sie z.B. den Zeitpunkt der Lichtemission oder die Lichtemissionsrate der Lichtquelle 5 steuert. Die Steuereinheit 40 kann mit dem Lichtempfänger 36 kommunikativ verbunden sein. Die Steuereinheit 40 kann eine Recheneinheit 41 beinhalten. Bei der Recheneinheit 41 kann es sich beispielsweise um eine CPU oder eine GPU handeln. Die Steuereinheit 40 empfängt ein Signal von dem Lichtempfänger 36. Die Recheneinheit 41 ist so konfiguriert, dass sie dieses Signal verarbeitet, um die Position und Form eines Objekts im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgeräts 1 zu berechnen.
• Der von dem optischen Deflektor 10 um die erste Achse 11 konisch abgetastete Lichtstrahl 6 wird von dem ersten Reflexionsspiegel 20 reflektiert, der sich um die zweite Achse 27 dreht, die koaxial zur ersten Achse 11 ist. So kann der Lichtstrahl 6 dreidimensional abgetastet werden. Der von einem Objekt wie einem Hindernis diffus reflektierte Lichtstrahl 6 wird vom zweiten Reflexionsspiegel 30, der sich um die zweite Achse 27 dreht, reflektiert und gelangt in den Lichtempfänger 36. Auf diese Weise kann das Hinderniserkennungsgerät 1 die Position und Form eines Hindernisses im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 erkennen.
• Ein beispielhafter Betrieb des Hinderniserkennungsgerätes 1 wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben. Bei dem in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Parameter wie folgt eingestellt. Der Scheitelwinkel 2α, unter dem der Lichtstrahl 6 durch den optischen Deflektor 10 konisch abgetastet wird, beträgt 16°. Der erste Winkel β₁ und der zweite Winkel β₂ betragen beide 45°. Der erste Einheitsvektor der ersten Normallinie 21n der ersten Spiegelfläche 21, projiziert auf die Ebene (die xy-Ebene) senkrecht zur zweiten Achse 27, ist parallel zum zweiten Einheitsvektor der zweiten Normallinie 31n der zweiten Spiegelfläche 31, projiziert auf dieselbe Ebene (die xy-Ebene). Der Drehwinkel des zweiten Reflexionsspiegels 30, der aus der Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 gedreht wird, und der Drehwinkel des ersten Reflexionsspiegels 20, der aus der Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 gedreht wird, sind beide gleich dem Winkel φ. Die z-Richtung ist die vertikale Richtung, und die xy-Ebene ist die horizontale Ebene. Die erste Achse 11 und die zweite Achse 27 erstrecken sich in der z-Richtung (der vertikalen Richtung).
• Da der erste Winkel β₁ 45° beträgt und sich die erste Achse 11 und die zweite Achse 27 in vertikaler Richtung (z-Richtung) erstrecken, bewegt sich der vom ersten Reflexionsspiegel 20 reflektierte Lichtstrahl 6 in horizontaler Richtung (xy-Ebene), wie in 6 dargestellt.
• Wenn der Drehwinkel des ersten Reflexionsspiegels 20 gleich dem Winkel φ ist, wird der Lichtstrahl 6 in Richtung eines Punktes 44 auf dem Hauptkreis 43 abgestrahlt, der aus der vorderen Richtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 in der horizontalen Ebene (der xy-Ebene) um den Winkel φ gedreht ist, der gleich dem Drehwinkel des ersten Reflexionsspiegels 20 ist. Mit anderen Worten, der Lichtstrahl 6 wird in die Richtung mit einem Azimutwinkel von φ von der vorderen Richtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 abgestrahlt.
• Der Lichtstrahl 6 wird von dem optischen Deflektor 10 konisch um die erste Achse 11 abgetastet. Dabei wird der Lichtstrahl 6 zu einem Punkt 46 auf einem Unterkreis 45 abgestrahlt, der auf den Punkt 44 zentriert ist. Der Winkel (Elevationswinkel) γ einer Geraden, die den Punkt 44 und den Punkt 46 mit der horizontalen Ebene (der xy-Ebene) verbindet, ist durch θ-φ+90° definiert. Der Abtastwinkel des Lichtstrahls 6 in vertikaler Richtung (z-Richtung) ist definiert durch das Produkt aus einem halben Winkel (α) des Scheitelwinkels 2α, unter dem der Lichtstrahl 6 konisch abgetastet wird, und einer Sinuskomponente (sinγ) des Winkels (Höhenwinkels) γ der Verbindungsgeraden zwischen Punkt 44 und Punkt 46 in Bezug auf die horizontale Ebene (xy-Ebene). Der Lichtstrahl 6 kann in vertikaler Richtung (z-Richtung) abgetastet werden, indem die zweite Frequenz von der ersten Frequenz unterschieden wird, um die Differenz zwischen dem Winkel θ und dem Winkel φ mit der Zeit zu verändern.
• Wenn beispielsweise der Ablenkwinkel α des Keilprismas 12 8° beträgt und das Keilprisma 12 sich in der gleichen Ausrichtung (θ-φ = 0°) wie der erste Reflexionsspiegel 20 in Bezug auf die Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4, der Winkel (Elevationswinkel) γ beträgt 90° (θ-φ+90°), wobei der Lichtstrahl 6 auf einen Punkt gerichtet ist, der auf einer gegenüber der Horizontalebene (der xy-Ebene) um 8° in positiver vertikaler Richtung (+z-Richtung) geneigten Geraden liegt. Wenn der Ablenkwinkel α des Keilprismas 12 8° beträgt und das Keilprisma 12 in Bezug auf die Vorderseite (+x-Richtung) des Gehäuses 4 entgegengesetzt (θ-φ = 180°) zum ersten Reflexionsspiegel 20 ausgerichtet ist, beträgt der Winkel (Elevationswinkel) γ 270° (= θ-φ+90'), wodurch der Lichtstrahl 6 zu einem Punkt abgetastet wird, der auf einer gegenüber der horizontalen Ebene (der xy-Ebene) um 8° in der negativen vertikalen Richtung (-z-Richtung) geneigten Geraden liegt.
• Ferner kann durch Drehen des ersten Reflexionsspiegels 20 um die zweite Achse 27, die die vertikale Achse (die z-Achse) ist, der Unterkreis 45, auf dem der Lichtstrahl 6 durch den optischen Deflektor 10 abgetastet wird, in einem weiten Winkel in der horizontalen Ebene (der xy-Ebene) mit Ausnahme eines toten Bereichs 42 des Gehäuses 4 abgetastet werden. Während der Lichtstrahl 6 entlang des Unterkreises 45 mit einer ersten Frequenz abgetastet wird, wird der Lichtstrahl 6 um die zweite Achse 27, die vertikale Achse (die z-Achse), mit einer zweiten Frequenz abgetastet, die kleiner als die erste Frequenz ist. Auf diese Weise ist es dem Hinderniserkennungsgerät 1 möglich, den Lichtstrahl 6 dreidimensional abzutasten, wodurch es möglich ist, die Position und die Form eines Objekts im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgeräts 1 zu erfassen.
• Da der Drehwinkel des zweiten Reflexionsspiegels 30, der aus der Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 gedreht wird, gleich dem Drehwinkel des ersten Reflexionsspiegels 20 ist, der aus der Vorderrichtung (+x-Richtung) des Gehäuses 4 gedreht wird, und der zweite Winkel β₂ gleich dem ersten Winkel β₁ ist, fällt während der Abtastung des Lichtstrahls 6 das Zentrum eines Sichtfeldes 36v des Lichtempfängers 36 mit dem Punkt 44 zusammen, der das Zentrum des Unterkreises 45 ist, der vom Lichtstrahl 6 abgetastet wird. Während der Abtastung des Lichtstrahls 6 bewegt sich das Sichtfeld 36v des Lichtempfängers 36 in der horizontalen Ebene (der xy-Ebene) synchron mit dem Unterkreis 45, in dem sich der Lichtstrahl 6 befindet, und deckt weiterhin den Unterkreis 45 ab, in dem sich der Lichtstrahl 6 befindet. Dadurch ist es dem Lichtempfänger 36 möglich, während der Abtastung des Lichtstrahls 6 kontinuierlich den Lichtstrahl 6 zu empfangen, der von einem Objekt im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgeräts 1 diffus reflektiert wird.
• In einem in 7 dargestellten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Rotationsgeschwindigkeit des Keilprismas 12 6000 U/min, die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Reflexionsspiegels 20 60 U/min und die Lichtemissionsrate der Lichtquelle 5 beträgt 1 kHz. Da die Drehzahl des Keilprismas 12 6000 U/min beträgt, tastet der optische Deflektor 10 den Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 mit einer ersten Frequenz von 100 Hz ab. Da die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Reflexionsspiegels 20 60 U/min beträgt, rotiert der erste Reflexionsspiegel 20 mit einer zweiten Frequenz von 1 Hz um die zweite Achse 27. Da der Lichtstrahl 6 durch den optischen Deflektor 10 konisch abgetastet wird (Drehung des Keilprismas 12), wird die Bahn 47 des Erfassungspunktes (siehe 7) zu einem Kreis. Durch die Drehung des ersten Reflexionsspiegels 20 und des zweiten Reflexionsspiegels 30 wird die Bahn 47 in einem weiten Winkel (z.B. über einen Bereich von 330°) in der horizontalen Ebene (der xy-Ebene) mit Ausnahme des toten Bereichs 42 des Gehäuses 4 (z.B. 30°) abgetastet.
• Das in 8 dargestelltes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem in 7 dargestellten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform durch die Lichtabstrahlungsrate der Lichtquelle 5. Bei dem in 8 dargestellten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Lichtemissionsrate der Lichtquelle 5 4 kHz. Die Lichtemissionsrate der Lichtquelle 5 ist bei dem in 8 dargestellten Beispiel höher als bei dem in 7 dargestellten Beispiel. Daher ist es möglich, dass das in 8 dargestellte Beispiel mehr Stellen abtastet als das in 7 dargestellte Beispiel, wodurch es möglich ist, ein Objekt an mehr Erfassungspunkten zu erfassen. In einem in 8 dargestellten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform kann das Objekt mit einer höheren Auflösung erfasst werden.
• Auswirkungen des Hinderniserkennungsgerätes 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben.
• Das Hinderniserkennungsgerät 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet im Wesentlichen einen optischen Deflektor 10, einen ersten Reflexionsspiegel 20, einen zweiten Reflexionsspiegel 30, und einen Lichtempfänger 36. Der optische Deflektor 10 ist so ausgebildet, dass er mindestens einen Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 abtastet. Der erste Reflexionsspiegel 20 ist so angeordnet, dass er dem optischen Deflektor 10 zugewandt und um die zweite Achse 27 drehbar ist. Der erste Reflexionsspiegel 20 ist so ausgebildet, dass er mindestens einen Lichtstrahl 6 in den Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 reflektiert. Die erste Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 ist in Bezug auf die erste Achse 11 und die zweite Achse 27 geneigt. Der zweite Reflexionsspiegel 30 ist an einer vom optischen Deflektor 10 entfernten Seite in Bezug auf den ersten Reflexionsspiegel 20 angeordnet und um die zweite Achse 27 drehbar. Die zweite Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 ist dazu ausgebildet, mindestens einen von einem Objekt im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 diffus reflektierten Lichtstrahl 6 in Richtung des Lichtempfängers 36 zu reflektieren. Die zweite Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30 ist gegenüber der zweiten Achse 27 in eine der ersten Spiegelfläche 21 entgegengesetzte Richtung geneigt. Der Lichtempfänger 36 ist so ausgebildet, dass er mindestens einen vom zweiten Reflexionsspiegel 30 reflektierten Lichtstrahl 6 aufnehmen kann. Der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 werden angetrieben, um sich synchron zueinander um die zweite Achse 27 zu drehen. Die zweite Achse 27 ist koaxial mit der ersten Achse 11.
• Da die Reflexion des von dem Objekt im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 diffus reflektierten Lichtstrahls 6 in Richtung des Lichtempfängers 6 durch den zweiten Reflexionsspiegel 30 anders als durch den ersten Reflexionsspiegel 20 erfolgt, ist es möglich, den ersten Reflexionsspiegel 20 kleiner zu gestalten. Da die zweite Achse 27 koaxial zur ersten Achse 11 verläuft, kann der erste Reflexionsspiegel 20 auch bei einer Verkleinerung des ersten Reflexionsspiegels 20 den vom optischen Deflektor 10 konisch um die erste Achse 11 abgetasteten Lichtstrahl 6 ohne zusätzliche optische Verluste reflektieren. Der erste Reflexionsspiegel 20 kann verkleinert werden. Somit ist es möglich, das Hinderniserkennungsgerät der vorliegenden Erfindung kleiner zu gestalten.
• Das Hinderniserkennungsgerät 1 kann die Position und Form eines Objekts im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgeräts 1 erkennen, indem es den ersten Reflexionsspiegel 20 und den zweiten Reflexionsspiegel 30 verwendet, um den Lichtstrahl 6 dreidimensional abzutasten. Da die zweite Achse 27 koaxial zur ersten Achse 11 angeordnet ist, ist es möglich, die Abtastrichtung des vom ersten Reflexionsspiegel 20 reflektierten Lichtstrahls 6 zu stabilisieren. Das Hinderniserkennungsgerät 1 kann die Position und Form eines Objekts im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 mit hoher Genauigkeit erfassen. Da der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 synchron zueinander um die zweite Achse 27 gedreht werden, ist es dem zweiten Reflexionsspiegel 30 möglich, den vom Objekt im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 diffus reflektierten Lichtstrahl 6 verlustarm zum Lichtempfänger 36 zu leiten. Dadurch kann das Hinderniserkennungsgerät 1 die Position und Form des Objektes im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgerätes 1 mit höherer Genauigkeit erfassen. Dadurch ist es möglich, den Erfassungsbereich des Hinderniserkennungsgerätes 1 zu erweitern.
• Das Hinderniserkennungsgerät 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet ferner eine erste Antriebseinheit 24 und ein Gehäuse 4. Die erste Antriebseinheit 24 ist dazu ausgebildet, den ersten Reflexionsspiegel 20 und den zweiten Reflexionsspiegel 30 synchron zueinander um die zweite Achse 27 zu drehen. Das Gehäuse 4 enthält den optischen Deflektor 10, den ersten Reflexionsspiegel 20, den zweiten Reflexionsspiegel 30 und die erste Antriebseinheit 24. Der optische Deflektor 10 und die erste Antriebseinheit 24 sind unabhängig voneinander an dem Gehäuse 4 befestigt. Die erste Antriebseinheit 24 beinhaltet einen ersten Motor 25 und eine Welle (erste Welle 26), die mit dem ersten Motor 25 gekoppelt und um eine zweite Achse 27 drehbar ist. Der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 sind an der Welle (der ersten Welle 26) befestigt. Der erste Motor 25 ist ausgebildet, um die Welle (die erste Welle 26) um die zweite Achse 27 zu drehen.
• Da der optische Deflektor 10 und die erste Antriebseinheit 24, die zum Drehen des ersten Reflexionsspiegels 20 und des zweiten Reflexionsspiegels 30 ausgebildet sind, unabhängig voneinander am Gehäuse 4 befestigt sind, ist es möglich, den optischen Deflektor 10 und die erste Antriebseinheit 24 zu verkleinern, wodurch es möglich ist, das Hinderniserkennungsgerät 1 zu verkleinern. Da die im Patentdokument 1 beschriebene teure berührungslose Stromversorgungseinheit im Hinderniserkennungsgerät 1 nicht erforderlich ist, können die Kosten für das Hinderniserkennungsgerät 1 reduziert werden.
• Beim Hinderniserkennungsgerät 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Einheitsvektor der ersten Normallinie 21n der ersten Spiegelfläche 21, projiziert auf die Ebene senkrecht zur zweiten Achse 27, im Wesentlichen parallel zum zweiten Einheitsvektor der zweiten Normallinie 31n der zweiten Spiegelfläche 31, projiziert auf dieselbe Ebene. Somit ist es möglich, dass der vom ersten Reflexionsspiegel 20 emittierte und vom Objekt diffus reflektierte Lichtstrahl 6 mit einem geringeren optischen Verlust in den zweiten Reflexionsspiegel 30 eintritt, was eine Erweiterung des Erfassungsbereichs des Hinderniserkennungsgeräts 1 ermöglicht.
• Bei dem Hinderniserkennungsgerät 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Winkel β₁ zwischen der zweiten Achse 27 und dem ersten Einheitsvektor der ersten Normallinie 21n der ersten Spiegelfläche 21 im Wesentlichen gleich dem zweiten Winkel β₂ zwischen der zweiten Achse 27 und dem zweiten Einheitsvektor der zweiten Normallinie 31n der zweiten Spiegelfläche 31. Somit ist es möglich, dass der vom ersten Reflexionsspiegel 20 ausgesandte und vom Objekt diffus reflektierte Lichtstrahl 6 mit einem geringeren optischen Verlust in den zweiten Reflexionsspiegel 30 eintritt, was eine Erweiterung des Erfassungsbereichs des Hinderniserkennungsgeräts 1 ermöglicht.
• Die zweite Spiegelfläche 31 hat einen Öffnungsdurchmesser (Fläche), der größer ist als der der ersten Spiegelfläche 21. Dadurch ist es möglich, dass der vom ersten Reflexionsspiegel 20 abgestrahlte und vom Objekt diffus reflektierte Lichtstrahl 6 mit einem geringeren optischen Verlust in den zweiten Reflexionsspiegel 30 eintritt, was eine Erweiterung des Erfassungsbereichs des Hinderniserkennungsgeräts 1 ermöglicht.
• Bei dem Hinderniserkennungsgerät 1 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der optische Deflektor 10 ein um die erste Achse 11 drehbares Keilprisma 12 und eine zweite Antriebseinheit 17, die zum Drehen des Keilprismas 12 um die erste Achse 11 ausgebildet ist. Daher kann das Hinderniserkennungsgerät 1 in seiner Größe verkleinert werden.
• Das Hinderniserkennungsgerät 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet ferner eine Steuereinheit 40, die zur Steuerung des optischen Deflektors 10 und der ersten Antriebseinheit 24 ausgebildet ist. Die Steuereinheit 40 steuert den optischen Deflektor 10 so, dass der optische Deflektor 10 mindestens einen Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 mit einer ersten Frequenz abtastet. Die Steuereinheit 40 steuert die erste Antriebseinheit 24 so, dass die erste Antriebseinheit 24 den ersten Reflexionsspiegel 20 und den zweiten Reflexionsspiegel 30 um die zweite Achse 27 mit einer zweiten Frequenz dreht. Die erste Frequenz ist größer als die zweite Frequenz. Daher kann das Hinderniserkennungsgerät 1 verkleinert werden.
• Bei dem Hinderniserkennungsgerät 1 der vorliegenden Ausführungsform hat der optische Deflektor 10 einen Öffnungsdurchmesser, der kleiner ist als der der ersten Spiegelfläche 21 des ersten Reflexionsspiegels 20 und der zweiten Spiegelfläche 31 des zweiten Reflexionsspiegels 30. Der optische Deflektor 10 mit einer relativ kleinen Größe wird mit einer hohen Geschwindigkeit bei der ersten Frequenz angetrieben, während der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 mit einer relativ großen Größe mit einer niedrigen Geschwindigkeit bei der zweiten Frequenz angetrieben werden. Dadurch ist es möglich, die Antriebskraft, die zum Antrieb des optischen Deflektors 10, des ersten Reflexionsspiegels 20 und des zweiten Reflexionsspiegels 30 erforderlich ist, zu reduzieren, was es ermöglicht, den Stromverbrauch des Hinderniserkennungsgeräts 1 zu verringern. Somit kann verhindert werden, dass das Hinderniserkennungsgerät 1 mechanisch verschleißt und beschädigt wird, wodurch die Lebensdauer des Hinderniserkennungsgerätes 1 erhöht werden kann.
• Ausführungsform 2
• Ein Hinderniserkennungsgerät 1b gemäß einer zweiten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Das Hinderniserkennungsgerät 1b der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration wie das Hinderniserkennungsgerät 1 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber im Wesentlichen in der Konfiguration des optischen Deflektors 10b und der Anordnung der Lichtquelle 5 und der Kollimatorlinse 8.
• In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der optische Deflektor 10b einen drehbaren optischen Umlenkspiegel 50 und eine zweite Antriebseinheit 17, die zum Drehen des optischen Umlenkspiegels 50 ausgebildet ist. Die Drehachse des optischen Umlenkspiegels 50 verläuft parallel zu einer Linie, die den Winkel zwischen der optischen Achse 7 des auf den optischen Deflektor 10b auftreffenden Lichtstrahls 6 und der ersten Achse 11 halbiert. Die Normallinie der dritten Spiegelfläche 51 des optischen Umlenkspiegels 50 ist gegenüber der Rotationsachse des optischen Umlenkspiegels 50 um einen Winkel von z.B. a/4 geneigt.
• Die zweite Antriebseinheit 17 ist zum Beispiel ein zweiter Motor. Die zweite Antriebseinheit 17 ist an einem Stützteil 4h des Gehäuses 4 abgestützt. Die zweite Antriebseinheit 17 ist dazu eingerichtet, die zweite Welle 18 zu drehen. Die zweite Welle 18 ist mit dem optischen Umlenkspiegel 50 und der zweiten Antriebseinheit 17 gekoppelt. Die zweite Welle 18 erstreckt sich parallel zur Rotationsachse des optischen Umlenkspiegels 50. Wenn die zweite Welle 18 durch die zweite Antriebseinheit 17 gedreht wird, dreht sich der optische Umlenkspiegel 50 entsprechend. Somit tastet der optische Umlenkspiegel 50 den Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 mit einem Scheitelwinkel 2α ab.
• Die Lichtquelle 5 und die Kollimatorlinse 8 werden von der Rückplatte 4g des Gehäuses 4 getragen. Der Linsenhalter 9, der die Kollimatorlinse 8 hält, ist an der Rückplatte des Gehäuses 4 befestigt. Die Lichtquelle 5 strahlt den Lichtstrahl 6 in die +x-Richtung (z.B. in die horizontale Richtung) ab.
• Zusätzlich zu den Wirkungen des Hinderniserkennungsgeräts 1 der ersten Ausführungsform hat das Hinderniserkennungsgerät 1b der vorliegenden Ausführungsform die nachfolgend beschriebenen Wirkungen.
• In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der optische Deflektor 10b einen drehbaren optischen Umlenkspiegel 50 und eine zweite Antriebseinheit 17, die zum Drehen des optischen Umlenkspiegels 50 ausgebildet ist. Somit sind die Kraftübertragungselemente wie das Lager 14, das erste Zahnrad 15 und das zweite Zahnrad 16 (siehe 2) nicht erforderlich. Dadurch wird das Hinderniserkennungsgerät 1b kleiner und zuverlässiger.
• Ausführungsform 3
• Ein Hinderniserkennungsgerät 1c gemäß einer dritten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Das Hinderniserkennungsgerät 1c gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration und die gleichen Wirkungen wie das Hinderniserkennungsgerät 1b gemäß der zweiten Ausführungsform, unterscheidet sich aber hauptsächlich in den folgenden Punkten.
• In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der optische Deflektor 10c ein MEMS-Spiegelelement 55. Der optische Deflektor 10c beinhaltet ferner ein Stützteil 56, das das MEMS-Spiegelelement 55 trägt. Das Stützteil 56 ist an einer schrägen Fläche des Stützteils 4i befestigt, das aus der Bodenplatte 4a des Gehäuses 4 herausragt.
• In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl der beweglichen Elemente mit einer größeren Größe (z.B. der drehbare optische Umlenkspiegel 50, der zweite Motor wie die zweite Antriebseinheit 17 (siehe 9)) geringer als in der zweiten Ausführungsform. Dadurch wird das Hinderniserkennungsgerät 1c kleiner und zuverlässiger. Darüber hinaus kann das MEMS-Spiegelelement 55 mit einer höheren Geschwindigkeit arbeiten als der drehbare optische Umlenkspiegel 50 der zweiten Ausführungsform (siehe 9). Daher ist es möglich, dass das Hinderniserkennungsgerät 1c den Lichtstrahl 6 mit einer höheren Geschwindigkeit abtastet, was es ermöglicht, die Position und Form eines Objekts mit einer höheren Bildrate zu erkennen. Wird die Bildrate des Hinderniserkennungsgerätes 1c konstant gehalten, kann das Hinderniserkennungsgerät 1c das Objekt mit einer höheren Auflösung erfassen.
• In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bildrate definiert als der Kehrwert der Zeit zwischen einem Zeitpunkt, zu dem der Lichtstrahl 6 in der Abtaststartrichtung abgetastet wird, und einem Zeitpunkt, zu dem der Lichtstrahl 6 erneut in der Abtaststartrichtung abgetastet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Frequenz, die eine Frequenz ist, mit der der optische Deflektor 10c den Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 abtastet, ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz, die eine Frequenz ist, mit der der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 um die zweite Achse 27 gedreht werden, und die Bildrate ist durch die zweite Frequenz definiert.
• Ausführungsform 4
• Ein Hinderniserkennungsgerät 1d gemäß einer vierten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. Das Hinderniserkennungsgerät 1d gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration und die gleichen Wirkungen wie das Hinderniserkennungsgerät 1c gemäß der dritten Ausführungsform, unterscheidet sich aber hauptsächlich in der Konfiguration des optischen Deflektors 10d.
• In der vorliegenden Ausführungsform ist der Öffnungsdurchmesser (Größe) des MEMS-Spiegelelements 55d im optischen Deflektor 10d kleiner als der Durchmesser des mindestens einen Lichtstrahls 6. Das MEMS-Spiegelelement 55d reflektiert einen Bereich des auf das MEMS-Spiegelelement 55d einfallenden Lichtstrahls 6 auf den ersten Reflexionsspiegel 20. Das MEMS-Spiegelelement 55d, der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 der vorliegenden Ausführungsform können kleiner ausgeführt werden als das MEMS-Spiegelelement 55, der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 der dritten Ausführungsform, was es ermöglicht, das Hinderniserkennungsgerät 1d kleiner zu machen.
• Ausführungsform 5
• Ein Hinderniserkennungsgerät 1e gemäß einer fünften Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Das Hinderniserkennungsgerät 1e der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration wie das Hinderniserkennungsgerät 1c der dritten Ausführungsform, unterscheidet sich aber hauptsächlich in den folgenden Punkten.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform ist mindestens ein Lichtstrahl 6 eine Vielzahl von Lichtstrahlen 6. Die Lichtquelle 5e ist so konfiguriert, dass sie eine Vielzahl von Lichtstrahlen 6 ausstrahlt. Die Lichtquelle 5e beinhaltet beispielsweise eine Vielzahl von Lichtemissionseinheiten 58. Bei der Lichtquelle 5e handelt es sich beispielsweise um ein VCSEL-Array (vertical cavity surface emitting laser). Die Kollimatorlinse 8 ist ein Kollimatorlinsen-Array. Das Kollimatorlinsen-Array kollimiert jeden der mehreren Lichtstrahlen 6. Das MEMS-Spiegelelement 55e im optischen Deflektor 10e beinhaltet eine Vielzahl von MEMS-Spiegeln. Jeder der Vielzahl von MEMS-Spiegeln ist so konfiguriert, dass er jeden der Vielzahl von Lichtstrahlen 6 konisch um die erste Achse 11 abtastet.
• Die Steuereinheit 40 steuert den optischen Deflektor 10e (die Vielzahl von MEMS-Spiegeln) so, dass der optische Deflektor 10e (die Vielzahl von MEMS-Spiegeln) die Vielzahl von Lichtstrahlen 6 konisch um die erste Achse 11 mit der ersten Frequenz abtastet. Die Steuereinheit 40 steuert die Lichtquelle 5e so, dass die Zeitpunkte der Lichtemission der mehreren Lichttemissionseinheiten 58 voneinander abweichen. Daher sind die Zeitpunkte, zu denen die Vielzahl von Lichtstrahlen 6 in die Vielzahl von MEMS-Spiegeln eintreten, voneinander verschieden.
• Zusätzlich zu den Auswirkungen des Hinderniserkennungsgeräts 1c der dritten Ausführungsform hat das Hinderniserkennungsgerät 1e der vorliegenden Ausführungsform die folgenden Auswirkungen:
• In dem Hinderniserkennungsgerät 1e der vorliegenden Ausführungsform ist mindestens ein Lichtstrahl 6 eine Vielzahl von Lichtstrahlen 6. Das MEMS-Spiegelelement 55e beinhaltet eine Vielzahl von MEMS-Spiegeln, von denen jeder so konfiguriert ist, dass er jeden der Vielzahl von Lichtstrahlen 6 konisch um die erste Achse 11 abtastet. Die Zeitpunkte, zu denen die mehreren Lichtstrahlen 6 in die mehreren MEMS-Spiegel eintreten, sind voneinander verschieden. Daher wird die Vielzahl der Lichtstrahlen 6 zu voneinander verschiedenen Punkten abgetastet, was es dem Hinderniserkennungsgerät 1e ermöglicht, ein Objekt mit einer höheren Auflösung zu erkennen.
• Ausführungsform 6
• Ein Hinderniserkennungsgerät 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 und 13 beschrieben. Das Hinderniserkennungsgerät 1 der vorliegenden Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie das Hinderniserkennungsgerät 1 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber im Wesentlichen in den folgenden Punkten.
• In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuereinheit 40 den optischen Deflektor 10 derart, dass der optische Deflektor 10 mindestens einen Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 mit einer ersten Frequenz abtastet. Die Steuereinheit 40 steuert die erste Antriebseinheit 24 so, dass die erste Antriebseinheit 24 den ersten Reflexionsspiegel 20 und den zweiten Reflexionsspiegel 30 um die zweite Achse 27 mit einer zweiten Frequenz dreht. Die erste Frequenz ist ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz.
• Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. In dem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Rotationsgeschwindigkeit des Keilprismas 12 6003 U/min, die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Reflexionsspiegels 20 60 U/min und die Lichtemissionsrate der Lichtquelle 5 beträgt 1 kHz. Da die Drehzahl des Keilprismas 12 6003 U/min beträgt, tastet der optische Deflektor 10 den Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 mit einer ersten Frequenz von 100,05 Hz ab. Da die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Reflexionsspiegels 20 60 U/min beträgt, rotiert der erste Reflexionsspiegel 20 mit einer zweiten Frequenz von 1 Hz um die zweite Achse 27. Die erste Frequenz ist ein nichtganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz. Wie in 13 dargestellt, wird bei jeder Drehung des ersten Reflexionsspiegels 20 und des zweiten Reflexionsspiegels 30 die Position des Erfassungspunktes leicht verschoben. Da der Lichtstrahl 6 mit einer höheren Dichte abgetastet wird, kann das Objekt mit einer höheren Auflösung erfasst werden.
• Zusätzlich zu den Effekten des Hinderniserkennungsgerätes 1 der ersten Ausführungsform hat das Hinderniserkennungsgerät 1 der vorliegenden Ausführungsform die folgenden Effekte.
• Bei dem Hinderniserkennungsgerät 1 der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuereinheit 40 den optischen Deflektor 10 derart, dass der optische Deflektor 10 mindestens einen Lichtstrahl 6 konisch um die erste Achse 11 mit der ersten Frequenz abtastet. Die Steuereinheit 40 steuert die erste Antriebseinheit 24 derart, dass die erste Antriebseinheit 24 den ersten Reflexionsspiegel 20 und den zweiten Reflexionsspiegel 30 um die zweite Achse 27 mit der zweiten Frequenz dreht. Die erste Frequenz ist ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz. Daher wird jedes Mal, wenn sich der erste Reflexionsspiegel 20 und der zweite Reflexionsspiegel 30 drehen, die Position des Erfassungspunktes leicht verschoben. Dadurch ist es dem Hinderniserkennungsgerät 1 möglich, ein Objekt mit einer höheren Auflösung zu erkennen.
• Es sollte verstanden werden, dass die hierin beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsformen in jeder Hinsicht illustrativ und nicht einschränkend sind. Mindestens zwei der hierin beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsformen können kombiniert werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll alle Änderungen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung einschließen, die den Begriffen der Unterlagen entsprechen.
• Bezugszeichenliste

1, 1b, 1c, 1d, 1e

Hinderniserkennungsgerät

4

Gehäuse

4a

Bodenplatte

4b, 4c, 4d, 4e

flache Platte

4f

Deckplatte

4g

Rückplatte

4h, 4i

Stützteil

4p

erste Öffnung

4q

zweite Öffnung

4u

erstes Transparent-Fensterelement

4w

zweites Transparent-Fensterelement

5, 5e

Lichtquelle

6

Lichtstrahl

7

optische Achse

8

Kollimatorlinse

9

Linsenhalter

10, 10b, 10c, 10d, 10e

optischer Deflektor

11

erste Achse

12

Keilprisma

12a

Oberfläche

13

Prismenhalter

14

Lager

15

erstes Zahnrad

16

zweites Zahnrad

17

zweite Antriebseinheit

18

zweite Welle

20

erster Reflexionsspiegel

21

erste Spiegelfläche

21n

erste Normallinie

24

erste Antriebseinheit

25

erster Motor

26

erste Welle

27

zweite Achse

30

zweiter Reflexionsspiegel

31

zweite Spiegelfläche

31n

zweite Normallinie

35

Kondensorlinse

36

Lichtempfänger

36v

Sichtfeld

40

Steuereinheit

41

Recheneinheit

42

toter Fleck

43

Hauptkreis

44

Punkt

46

Punkt

45

Unterkreis

47

Bahn

50

optischer Umlenkspiegel

51

dritte Spiegelfläche

55, 55d, 55e

Spiegelelement

56

Trägerelement

58

Lichtemissionseinheit

• 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
• JP 6069628 [0002, 0004]

Claims (13)

1. Hinderniserkennungsgerät, das Folgendes aufweist: einen optischen Deflektor, der so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Lichtstrahl konisch um eine erste Achse abtastet; einen ersten Reflexionsspiegel, der so angeordnet ist, dass er dem optischen Deflektor gegenüberliegt und um eine zweite Achse drehbar ist; einen zweiten Reflexionsspiegel, der distal vom optischen Deflektor in Bezug auf den ersten Reflexionsspiegel angeordnet und um die zweite Achse drehbar ist; und einen Lichtempfänger, wobei der erste Reflexionsspiegel und der zweite Reflexionsspiegel synchron zueinander um die zweite Achse drehbar angetrieben sind, der erste Reflexionsspiegel so ausgebildet ist, dass er den mindestens einen Lichtstrahl in Richtung eines Umgebungsraums des Hinderniserkennungsgeräts reflektiert, wobei eine erste Spiegelfläche des ersten Reflexionsspiegels in Bezug auf die erste Achse und die zweite Achse geneigt ist, der zweite Reflexionsspiegel so konfiguriert ist, dass er den mindestens einen Lichtstrahl, der von einem Objekt im Umgebungsraum des Hinderniserkennungsgeräts diffus reflektiert wird, in Richtung des Lichtempfängers reflektiert, wobei eine zweite Spiegelfläche des zweiten Reflexionsspiegels in Bezug auf die zweite Achse in einer Richtung entgegengesetzt zur ersten Spiegelfläche geneigt ist, und der Lichtempfänger so konfiguriert ist, dass er den mindestens einen von dem zweiten Reflexionsspiegel reflektierten Lichtstrahl empfängt, und wobei die zweite Achse koaxial mit der ersten Achse ist.
2. Hinderniserkennungsgerät nach Anspruch 1, das ferner Folgendes aufweist: eine erste Antriebseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie den ersten Reflexionsspiegel und den zweiten Reflexionsspiegel synchron zueinander um die zweite Achse dreht; und ein Gehäuse, das zur Aufnahme des optischen Deflektors, des ersten Reflexionsspiegels, des zweiten Reflexionsspiegels und der ersten Antriebseinheit konfiguriert ist, wobei der optische Deflektor und die erste Antriebseinheit unabhängig voneinander an dem Gehäuse angebracht sind, die erste Antriebseinheit einen ersten Motor und eine mit dem ersten Motor gekoppelte und um die zweite Achse drehbare Welle aufweist, der erste Reflexionsspiegel und der zweite Reflexionsspiegel an der Welle befestigt sind, und der erste Motor so konfiguriert ist, dass er die Welle um die zweite Achse dreht.
3. Hinderniserkennungsgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein erster Einheitsvektor einer ersten Normallinie der ersten Spiegelfläche, projiziert auf eine Ebene senkrecht zur zweiten Achse, im Wesentlichen parallel zu einem zweiten Einheitsvektor einer zweiten Normallinie der zweiten Spiegelfläche, projiziert auf dieselbe Ebene, ist.
4. Hinderniserkennungsgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein erster Winkel zwischen der zweiten Achse und einem ersten Einheitsvektor einer ersten Normallinie der ersten Spiegelfläche im Wesentlichen gleich einem zweiten Winkel zwischen der zweiten Achse und einem zweiten Einheitsvektor einer zweiten Normallinie der zweiten Spiegelfläche ist.
5. Hinderniserkennungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Spiegelfläche einen größeren Öffnungsdurchmesser hat als die erste Spiegelfläche.
6. Hinderniserkennungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der optische Deflektor ein um die erste Achse drehbares Keilprisma und eine zweite Antriebseinheit aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie das Keilprisma um die erste Achse dreht.
7. Hinderniserkennungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der optische Deflektor einen drehbaren optischen Umlenkspiegel und eine zweite Antriebseinheit aufweist, die zum Drehen des optischen Umlenkspiegels ausgebildet ist.
8. Hinderniserkennungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der optische Deflektor ein MEMS-Spiegelelement enthält.
9. Hinderniserkennungsgerät nach Anspruch 8, wobei ein Öffnungsdurchmesser des MEMS-Spiegelelements kleiner ist als der Durchmesser des mindestens einen Lichtstrahls.
10. Hinderniserkennungsgerät nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Lichtstrahl eine Vielzahl von Lichtstrahlen ist, das MEMS-Spiegelelement eine Vielzahl von MEMS-Spiegeln beinhaltet, von denen jeder so konfiguriert ist, dass er jeden der Vielzahl von Lichtstrahlen konisch um die erste Achse abtastet, und die Zeitpunkte, zu denen die Vielzahl von Lichtstrahlen auf die Vielzahl von MEMS-Spiegeln einfällt, voneinander verschieden sind.
11. Hinderniserkennungsgerät nach Anspruch 2, das ferner eine Steuerung aufweist, die zur Steuerung des optischen Deflektors und der ersten Antriebseinheit konfiguriert ist, wobei Die Steuerung den optischen Deflektor so steuert, dass der optische Deflektor den mindestens einen Lichtstrahl konisch um die erste Achse mit einer ersten Frequenz abtastet, die Steuerung die erste Antriebseinheit so ansteuert, dass die erste Antriebseinheit den ersten Reflexionsspiegel und den zweiten Reflexionsspiegel mit einer zweiten Frequenz um die zweite Achse dreht, und die erste Frequenz größer ist als die zweite Frequenz.
12. Hinderniserkennungsgerät nach Anspruch 11, wobei der optische Deflektor einen Öffnungsdurchmesser hat, der kleiner ist als der der ersten Spiegelfläche und der der zweiten Spiegelfläche.
13. Hinderniserkennungsgerät nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei die erste Frequenz ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz ist.

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