DE19757849A1 - Scanner für eine Vorrichtung zur optischen Erfassung von Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Scanner nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1, sowie auf eine Vorrichtung nach dem Anspruch 8.

Gattungsgemäße Scanner werden insbesondere in Vorrichtungen zur Erkennung von Objekten innerhalb z. B. eines Überwachungssektors vor Fahrzeugen einge­ setzt. Ein geeigneter Scanner bzw. eine damit ausgerüstete Vorrichtung ist z. B. aus der DE-OS 195 30 281.8 bekannt geworden. Der bekannte Scanner weist eine Sendeeinrichtung auf, die einen kollimierten Strahl von Lichtimpulsen erzeugt. Der Strahl wird von denn Scanner in wiederholten Durchläufen im Überwa­ chungssektor verschwenkt und tastet dabei die Oberflächen von im Überwa­ chungssektor befindlichen Objekten ab. In dem Scanner ist weiterhin ein Emp­ fänger vorgesehen, der aus denn Überwachungssektor reflektierte Lichtimpulse empfängt. Mittels einer Auswerteeinrichtung, die entweder im Scanner oder in der mit dem Scanner ausgerüsteten Vorrichtung enthalten ist, werden aus Winkel und Laufzeit der Impulse relative Raumkoordinaten an Objekten im Überwa­ chungssektor bestimmt und gegebenenfalls zur Erzeugung von Steuerdaten oder zur Objekterkennung ausgewertet.

Bei gattungsgemäßen Scannern ist die Sendeeinrichtung ortsfest angeordnet. Zur gewünschten Verschwenkung des Strahles ist im Abstrahlweg ein drehbar gela­ gertes Prisma bzw. Spiegel angeordnet, mit dem der Strahl in gewünschter Weise verschwenkt bzw. auch umlaufend bewegt werden kann. Nachteilig an der be­ kannten Konstruktion ist, daß diese relativ groß baut und wartungsintensiv ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Scanner für die genannten Vorrichtung zur optischen Erfassung von Objekten zu schaffen, bei dem der umlaufende Strahl auf einfachere und kostengünstigere Weise erzeugt wird.

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Scanner, der die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Sendeeinrichtung in dem Scan­ ner insgesamt rotierbar angeordnet ist und daß ein Antrieb vorgesehen ist, der die Sendeeinrichtung in einem gewünschten Winkelbereich verschwenkt bzw. mit gewünschter Geschwindigkeit kontinuierlich rotiert. Der Antrieb kann z. B. ein üblicher Elektromotor aber auch jede andere für einen Drehantrieb geeignete Ein­ richtung sein.

Der Scanner kann mit elektromagnetischen Impulsen aller Art arbeiten. Vor­ zugsweise wird mit Lichtimpulsen eines Lasers gearbeitet. Es lassen sich aber auch Impulse anderer elektromagnetischer Wellen, z. B. Radarimpulse, verwen­ den, sofern der Strahl zu geeigneter Auflösung kollimierbar, also als eng gebün­ delter Strahl aussendbar ist.

Ein wesentlicher Vorteil ist, daß mit dem erfindungsgemäßen Scanner nunmehr eine direkte Abstrahlung in den Überwachungssektor möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß der erfindungsgemäße Scanner konstruktiv einfach und in kleiner Baugröße verwirklicht werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Danach ist vorgesehen, daß der Scanner mehrere beabstandet angeordnete Sende­ einrichtungen aufweist, die um eine gemeinsame Drehachse bewegt werden kön­ nen. Auf diese Weise läßt sich pro Umlauf ein größerer Bereich des Überwa­ chungssektors abdecken. Besonders vorteilhaft, insbesondere im Hinblick auf eine einfache Auswertung, sind die Sendeeinrichtungen untereinander in einer Reihe parallel zur Drehachse angeordnet, wobei ihre Strahlen im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Mit einem solchen Scanner läßt sich in einfa­ cher Weise ein Überwachungssektor in einem gewünschten Raumwinkel abtasten und ausweiten. Man kann also in einfacher Weise mit diesen Ausgestaltungen ein 3D-''Entfernungs''-Bild des gewünschten Überwachungssektors erhalten.

In dem Scanner kann ein Strahlungsempfänger vorgesehen sein. Zur Erhöhung der Auswertegeschwindigkeit können aber auch mehrere Empfänger vorgesehen werden, die jeweils örtlichen Bereiche der reflektierten Impulsstrahlung zugeord­ net sind und die z. B. parallel ausgelesen werden.

Weitere Ausgestaltungen betreffen insbesondere Scanner, bei denen die Sende­ einrichtung rotiert wird. Im einfachsten Fall ist es möglich, pro Umlauf nur die Daten auszuwerten, die anfallen, wenn die Sendeeinrichtung den dem Überwa­ chungssektor entsprechen Winkelbereich überstreicht. Die Daten aus den verblei­ benden Winkelbereihen des Umlaufes, in denen die Sendeeinrichtung nicht in den Überwachungssektor abstrahlt, werden unterdrückt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann jedoch vorgesehen sein, daß im verbleibenden Teil des Umlaufbereiches der von der Sendeeinrichtung erzeugte Strahl zunächst zu im Scanner vorgesehenen Spiegeln gestrahlt wird, die ihrerseits dann den Strahl gegebenenfalls über weitere Spiegel in den Überwachungssektor reflektie­ ren. Durch entsprechende Neigung und Anordnung der Spiegel läßt sich der re­ flektierte Strahl in einen gewünschten Bereich des Überwachungssektors lenken und dort in einer vorgegebenen Ebene verschwenken, so daß z. B. während eines Umlaufes nacheinander in mehreren horizontalen und/oder auch vertikalen Ebe­ nen abgetastet werden kann, wodurch man ebenfalls wieder in einfacher Weise ein 3D-Entfernungsbild erhält.

Es sind hier unerschiedliche Möglichkeiten denkbar. Eine Möglichkeit ist, daß die Sendeeinrichtung so ausgerichtet wird, daß sie über einen bestimmten Ab­ schnitt des Strahlumlaufes, wie oben angegeben, direkt in den Überwa­ chungssektor abstrahlt, während der über den verbleibenden Umlaufbereich ge­ sendete Strahl mittels Spiegeln in den Sektor reflektiert wird. Eine andere Mög­ lichkeit besteht darin, die Sendeeinrichtung so auszurichten, daß die Abstrahlung in den Überwachungssektor insgesamt über Reflektion an Spiegeln (also keine direkte Abstrahlung) erfolgt. Beide Möglichkeiten können in Abhängigkeit von dem gewünschten Anwendungszweck Vorteile haben. Die zweite Möglichkeit hat z. B. den Vorteil, daß sie ausschließlich über einfache Reflektion in den Überwa­ chungssektor senden kann während der der ersten Möglichkeit eine bereichswei­ se direkte Abstrahlung in den Überwachungssektor möglich ist. Der verbleibende Bereich allerdings nun mittels doppelten Reflektion abgedeckt werden kann.

Unabhängig von der konkreten Verwirklichung erhält man so eine optimale Aus­ nutzung des gesamten Strahlumlaufes. Wird darüber hinaus, wie oben angespro­ chen, nicht mit einer Sendeeinrichtung, sondern mit mehreren, z. B. untereinander angeordneten, Sendeeinrichtungen gearbeitet, so läßt sich im Zweifelsfall der Überwachungssektor flächendeckend abtasten.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, die mit einem erfindungsge­ mäßen Scanner arbeitet. Eine solche Vorrichtung kann z. B. insbesondere in Ver­ bindung mit Fahrzeugen zur Hinderniserkennung, Objektauswertung bzw. auch zur Regelung der Einstellung der optischen Achse des Scheinwerfers relativ zum Fahrzeug und zur Fahrbahnoberfläche eingesetzt werden. In aller Regel enthält eine derartige Vorrichtung einen oder mehrere erfindungsgemäße Scanner, die außen an der Karosserie bzw. auch im Scheinwerfergehäuse angeordnet werden können und die mit einer Auswerteeinrichtung zur entsprechenden Datenverar­ beitung kombiniert sind.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand mehrerer Abbildungen im Detail erläu­ tert werden:

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Scanners mit rotierbarer Sende­ einrichtung,

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Sendeein­ richtung in einem Scanner, der mehrere Spiegel aufweist.

In Fig. 1 erkennt man einen Scanner 10, der eine Sendeeinrichtung 11 aufweist, die einen eng fokussierten Strahl von Lichtimpulsen 12 erzeugt. Die Sendeein­ richtung 11 ist in einem Hauptkörper 13 vorgesehen, der drehbar um eine Achse 14 an einer Basis 15 gelagert aufgenommen ist. In den Basis 15 kann ein nicht dargestellter Drehantrieb für denn Hauptkörper 13 vorgesehen sein. Auf der äuße­ ren Oberfläche des Hauptkörpers 13 ist im Bereich der Sendeeinrichtung 11 ein Lichtempfänger 16 vorgesehen. Der Lichtempfänger empfängt aus dem nicht dar­ gestellten Überwachungssektor reflektierte Lichtimpulse. Aus Abstrahlwinkel der Sendeeinrichtung 11 sowie Laufzeit des betreffendem Impulses nach Absendung bis zum Empfang auf dem Lichtempfänger 16 können in einer geeigneten Aus­ werteeinrichtung für jeden gesendeten Impuls die Raumkoordinaten des Reflekti­ onspunktes im Überwachungssektor bestimmt werden. Aus den in einem Umlauf gewonnenen Raumkoordinaten für die Reflektionspunkte kann in einfacher Wei­ se ein Profil von im Überwachungssektor abgetasteten Objekten ermittelt werden und einer weiteren Auswertung zugrunde gelegt werden. So kann z. B. die zeitab­ hängige Veränderung der jeweils pro Umlauf ermittelten Oberflächenprofile (z. B. bei Annäherung an ein bzw. Entfernen von einem Objekt) zur Erzeugung von Steuerdaten eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung 20 des erfindungsgemäßen Scanners. Wie in der Ausführung nach Fig. 1, so weist auch der Scanner 20 einen Hauptkörper 21 auf, der um eine Achse 22 drehbar gelagert ist. Im Unterschied zu Fig. 1 sind in dem Hauptkörper mehrere untereinander in einer Reihe angeordnete Sendeein­ richtungen 23a bis 23d aufgenommen. Bei Drehung des Hauptkörpers 21 werden die Sendeeinrichtungen 23a bis 23d gemeinsam rotiert. Der Hauptkörper 21 weist weiterhin ein den Sendeeinrichtungen 23a bis 23d zugeordneten Lichtempfänger 24 auf.

Dargestellt sind weiterhin den Hauptkörper 21 bereichsweise umgebende Spiegel 25, 26 und 27, denen jeweils Spiegel 250, 260 und 270 zugeordnet sind.

Wie nachfolgend noch genauer erläutert werden soll, ermöglichen die Spiegel 25, 26, 27, 250, 260 und 270, daß bei kontinuierlicher Drehung des Hauptkörpers 21 die Strahlen seiner Sendeeinrichtungen 23a bis 23d während des gesamten Um­ laufes in einen gewünschten Überwachungssektor gelenkt werden können. Zur Veranschaulichung ist eine Schnittebene 28 durch den Überwachungssektor dar­ gestellt, in dem eine optische Auswertung mittels des Scanners 20 erwünscht ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Aufbau strahlt der Scanner 20 mit seinen Sende­ einrichtungen 23a bis 23d über einen begrenzten Umlaufwinkelbereich (z. B. auch in der dargestellten Blickrichtung) direkt in den durch die Schnittebene 28 ange­ deuteten Überwachungssektor ab. Für Umlaufwinkelbereiche, in denen die Sen­ deeinrichtungen 23a bis 23d nicht direkt in dem Überwachungssektor abstrahlen können, sind die Spiegel 25 bis 27 vorgesehen, die (dargestellt am Beispiel des Spiegels 25) die von dem Scanner erzeugten Strahlen (dargestellt durch die ge­ strichelten Linien 230a bis 230d) auf den Spiegel 250 reflektieren, der seinerseits die Strahlen in den Überwachungssektor lenkt. Aufgrund der Drehbewegung des Hauptkörpers 21 werden bei dieser Form der Reflektion die Strahlen in einer senkrechten Schwenkebene im Überwachungssektor verschwenkt, was durch die Schnittflächen 230a' bis 230d' dargestellt ist. Prinzipiell das Gleiche passiert bei weiterer Rotation des Hauptkörpers 21, wenn die von der Sendeeinrichtung 23a bis 23d erzeugten Strahlen auf den Spiegel 26 treffen. Allerdings werden die darin in den Überwachungssektor reflektierten Strahlen nicht senkrecht, sondern in horizontalen Ebenen verschwenkt. Mittels der Spiegel 27 und 270 lassen sich darin wiederum vertikale Verschwenkungen erzeugen.

Mit dem dargestellten Aufbau erhält man also einen Scanner, der in einem Um­ lauf einen gewünschten Überwachungssektor direkt und indirekt in mehreren unterschiedlichen Ebenen abtastet. Selbstverständlich können durch entsprechen­ de Stellung der Spiegel auch nicht horizontale bzw. nicht vertikale Schwenkebe­ nen erreicht werden. Der in Fig. 2 gezeigte Aufbau erlaubt also mit geringem technischen Einsatz eine einfache und flächendeckende Abtastung eines Überwa­ chungssektors. Es versteht sich, daß die Abtastdichte mit Anzahl der Sendeein­ richtungen noch gesteigert werden kann.

Claims (10)

1. Scanner für eine Vorrichtung zur optischen Erfassung von Objekten inner­ halb eines Überwachungssektors, mit einer Sendeeinrichtung, die einen kollimierten Strahl von Impulsen elektromagnetischer Strahlung erzeugt, und einem Strahlungsempfänger, der aus dem Überwachungssektor reflek­ tierte Lichtimpulse empfängt, wobei der Scanner den Strahl umlaufend bewegt und wobei die Vorrichtung eine Auswerteeinheit aufweist, die aus Winkel und Laufzeit der Impulse relative Raumkoordinaten an Objekten erkennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (16, 23a bis 23d) um eine Achse (14, 22) drehbar gelagert ist und ein Drehantrieb für die Sendeeinrichtung (16, 23a bis 23d) vorgesehen ist.

2. Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere beab­ standete Sendeeinrichturigen (23a bis 23d) aufweist, die synchron um eine Drehachse (22) drehbar sind.

3. Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Strahlungsempfänger, vorzugsweise Lichtempfänger aufweist.

4. Scanner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeein­ richtungen (23a bis 23d) parallel zur Drehachse (22) in einer Reihe unter­ einander angeordnet sind.

5. Scanner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sendeeinrichtungen (23a bis 23d) erzeugten Strahlern im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen.

6. Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sendeeinrichtung (23a bis 23d) und der von ihr erzeugte Strahl rotiert werden und im Umlaufbereich des Strahles mehrere Plan­ spiegel (25, 26, 27, 250, 260, 270) so angeordnet sind, daß sie während eines Umlaufes den Strahl nacheinander in mehreren Schwenkebenen in den Überwachungssektor (28) reflektieren.

7. Scanner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Planspiegel 25, 26, 27, 250, 260, 270) so ausgerichtet sind, daß sie den Strahl in meh­ reren Schwenkebenen mit nichtparalleler Abtastrichtung reflektieren.

8. Scanner nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß seine Drehhachse so angeordnet ist, daß die von der Sendeeinrichtung (23a bis 23d) erzeugten Strahlen mittels einfacher Reflektion in den Überwachungssektor lenkbar sind.

9. Vorrichtung zur optischen Erfassung von Hindernissen dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie einen Scanner nach den Ansprüchen 1 bis 8 und eine damit gekoppelte Auswerteeinrichtung aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Fahr­ zeugsensor zur automatischen Steuerdatenerzeugung und/oder Objekter­ kennung und/oder Leuchtweiteinregulierung eingesetzt wird.