DE4330476A1

DE4330476A1 - Optisches Radarsystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4330476A1
Application number: DE4330476A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Hoashi
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2013-09-09
Also published as: US5541724A; DE4330476B4; JP3158707B2; JPH0694826A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Radarsy stem, das derartig betrieben werden kann, daß es ein Objekt verfolgen kann, das sich in Front eines Detektionsbereiches befindet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Laser-Radarsystem, das in einem Kraftfahrzeug Anti- Kollisionssystem eingesetzt werden kann, um automatisch die Anwesenheit oder die Abwesenheit eines vorangehenden Fahr zeuges zu detektieren und den Abstand zu dem vorangehenden Fahrzeug zu messen.

Die ersten japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichungen Nr. 61-3485 und 61-3486 beschreiben konventionelle optische Ra darsysteme, in denen ein Prisma oder ein reflektierender Spiegel in lichtemittierenden oder lichtempfangenen Einhei ten angeordnet sind, um einen weiten Detektionsbereich sicherzustellen.

Um einen weiten Detektionsbereich ohne Verwendung eines der artigen Prismas oder eines reflektierenden Spiegels zu er möglichen, ist es nötig, die lichtempfindliche Oberfläche eines lichtempfangenden Elementes zu weiten und ein Konden sorlinsensystem mit einer kurzen Brennweite in dem optischen System des lichtempfangenden Elementes einzusetzen. Das Wei ten der lichtempfindlichen Oberfläche des lichtempfangenden Elementes bedingt indessen eine, sich proportional erhö hende, parasitäre Kapazität; was dazu führt, das die Ant wortrate des lichtempfangenden Elementes sich in uner wünschter Art und Weise vermindert. Zusätzlich bedingt das Kondenser-Linsensystem einen weiten lichtempfangenden Be reich, um so viel Licht wie möglich einzufangen, was dazu führt, daß die Brennweite des Kondensor-Linsensystemes zwangsweise lang wird. Daraus resultiert, daß der erzielbare Winkel des Feldes bzw. das Bildfeld des Radarsystemes in un vorteilhafter Weise begrenzt wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein op tisches Radarsystem für die Detektion eines Zielobjektes be reitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optisches Ra darsystem gemäß dem Patentanspruch 1 bzw. dem Patentanspruch 7 gelöst.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein op tisches Radarsystem zur Detektion eines Zielobjektes bereit gestellt, das eine Lichtemissionsvorrichtung umfaßt, um Licht in Richtung des Zielobjektes zu emittieren, sowie eine Lichtempfangsvorrichtung, um das von dem Zielobjekt reflek tierte Licht zu empfangen. Die Lichtempfangsvorrichtung ent hält eine Kondensorlinse, die derartig angeordnet ist, daß sie das reflektierte Licht einfängt, und ein lichtempfindli ches Element, das bei einer Position angeordnet ist, die von einem Brennpunkt der Kondensorlinse um eine vorherbestimmte Entfernung versetzt angeordnet ist, und zwar in einem bild erzeugenden Raum von ihr, um dem Licht ausgesetzt zu sein, daß sich durch die Kondensorlinse hindurch ausgebreitet hat.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das lichtemp findliche Element bei einer Position in dem bilderzeugenden Raum der Kondensorlinse angeordnet, die einen engeren Detek tionsbereich für ein entferntes Zielobjekt und einen weite ren Detektionsbereich für ein dichteres Zielobjekt sicher stellt. Das lichtempfindliche Element wird vorzugsweise bei einer Position angeordnet, die von einer Brennfläche der Kondensorlinse in Richtung der Kondensorlinse verschoben ist. Alternative Weise kann das lichtempfindliche Element bei einer Position angeordnet werden, die einer Brennfläche der Kondensorlinse bezüglich der Kondensorlinse gegenüber liegt.

Gemäß eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Radarsystem für die Detektion eines Zielobjek tes bereitgestellt, das eine Lichtemissionsvorrichtung um faßt, zum Emittieren von Licht in Richtung eines Zielobjekt, und eine Lichtempfangsvorrichtung, um von dem Zielobjekt re flektiertes Licht zu empfangen. Die Lichtempfangsvorrichtung enthält eine erste Kondensorlinse, die bei einer ersten Po sition angeordnet ist, um das reflektierte Licht einzufan gen, sowie eine zweite Kondensorlinse, die bei einer zweiten Position angeordnet ist, die sich von der ersten Position unterscheidet, um reflektiertes Licht einzufangen, ein er stes lichtempfindliches Element, das bei einer Position an geordnet ist, die von einem Brennpunkt der ersten Kondensor linse um einen im voraus ausgewählten Abstand in einem bilderzeugenden Raum der ersten Kondensorlinse verschoben ist, um Licht ausgesetzt zu sein, das sich durch die erste Kondensorlinse ausgebreitet hat, und ein zweites lichtempfindliches Element, das bei einer Position angeord net ist, die von einem Brennpunkt der zweiten Kondensorlinse um einen im voraus ausgewählten Abstand in dem bilderzeu gendem Raum der zweiten Kondensorlinse verschoben ist, um Licht ausgesetzt zu sein, das sich durch die zweite Konden sorlinse ausgebreitet hat.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden das erste und das zweite lichtempfindliche Element bei Positionen in dem bilderzeugenden Raum der ersten und zweiten Kondensorlinse angeordnet, die jeweils einen engeren Detektionsbereich für ein entferntes Zielobjekt und einen weiteren Detektionsbe reich für ein dichtes Zielobjekt sicherstellen. Beispiels weise können das erste und das zweite lichtempfindliche Ele ment jeweils bei Positionen angeordnet werden, die in Rich tung der ersten und zweiten Kondensorlinsen von den Brenn flächen der ersten und zweiten Kondensorlinsen her verscho ben sind.

Weiterhin kann das erste lichtempfindliche Element in einer Art und Weise angeordnet werden, bei der das Zentrum des er sten lichtempfindlichen Elementes bei einer Position pla ziert wird, die von einer optischen Achse der ersten Kon densorlinse verschoben ist, und zwar in Richtung des zweiten lichtempfindlichen Elementes. Das zweite lichtempfindliche Element kann gleichfalls in einer Art und Weise angeordnet werden, bei der das Zentrum des zweiten lichtempfindlichen Elementes bei einer Position angeordnet wird, die von einer optischen Achse der zweiten Kondensorlinse in Richtung des ersten lichtempfindlichen Elementes verschoben ist.

Demgemäß sorgt die vorliegende Erfindung für ein optisches Radarsystem, das als Merkmal ein Positionsverhältnis zwi schen einem Kondensorlinsensystem und einem Lichtempfangs element aufweist, um einen weiten Detektionsbereich für ein Kraftfahrzeugradarsystem sicherzustellen, und zwar im Hin blick auf die Tatsache, daß eine detektierbare Entfernung in einer peripheren Richtung gewöhnlich kürzer sein kann als die in einer Vorwärtsrichtung.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Im folgenden werden die gegenwärtig bevorzugten Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail geschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Illustration, in der ein optisches Radarsy stem gemäß der vorliegenden Erfindung darge stellt ist;

Fig. 2(A) eine Illustration, in der ein optisches Verhält nis zwischen einer Kondensorlinse und einer PIN- Photodiode dargestellt ist, die als ein Licht empfangselement dient;

Fig. 2(B) ein Diagramm, in dem die Variation der Intensi tät des empfangenen Lichtes über das Bildfeld ei ner PIN-Photodiode dargestellt ist;

Fig. 3 ein Diagramm, in dem eine detektierbare Zone dargestellt ist, die durch ein optisches Ra darsystem gemäß der vorliegenden Erfindung si chergestellt wird;

Fig. 4 eine Illustration, in der eine alternative Anordnung eines optischen Radarsystemes darge stellt ist;

Fig. 5 eine Illustration, in der eine zweite Ausfüh rungsform eines optischen Radarsystemes gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;

Fig. 6 ein Diagramm, in dem die Variation der Lichte missionsintensität einer Lichtemissionseinheit einer zweiten Ausführungsform dargestellt ist;

Fig. 7 ein Diagramm, in dem die Variation der Intensi tät des Lichtes dargestellt ist, das von den zwei Photodioden empfangen wird, und zwar gemäß der zweiten Ausführungsform;

Fig. 8 ein Diagramm, in dem die detektierbare Zone dar gestellt ist, die durch ein optisches Radarsy stem gemäß der zweiten Ausführungsform ermög licht wird.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, und zwar insbesondere auf Fig. 1 ist dort ein optisches Radarsystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, daß beispielsweise in einem Anti-Kollisionssystem für Kraftfahrzeuge einsetzbar ist. Das optische Radarsystem 1 enthält im Wesentlichen eine lichtemittierende Einheit 20, eine lichtempfangende Einheit 30, einen Entfernungsbestimmungsschaltkreis 100 und einen Alarmgeber 200.

Die lichtemittierende Einheit 20 ist in einem Gehäuse 10 un tergebracht, und zwar koaxial mit einer zylindrischen Kammer 11. Auf ähnliche Art und Weise ist die lichtempfangende Ein heit 30 in dem Gehäuse 10 koaxial in einer zylindrischen Kammer 12 angeordnet. Die Mittellinien der zylindrischen Kammern 11 und 12 sind parallel zueinander orientiert. Die lichtemittierende Einheit 20 enthält eine Laserdiode 21, die auf einer Grundplatte 11a des Gehäuses 10 koaxial in der zy lindrischen Kammer 11 befestigt ist. Die Laserdiode 21 ist derartig ausgelegt, daß sie einen Laserstrahl über einen Be reich hinweg projizieren kann, wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet. Die lichtemittierende Einheit 20 umfaßt des weiteren eine Kondensorlinse 22, die in einer Apertur 11b der zylindrischen Kammer 11 eingepaßt ist, und zwar koaxial mit ihr, so daß sie den Laserstrahl von der Laserdiode 21 konvergiert, um ihn nach vorne zu projizieren.

Die lichtempfangende Einheit 30 enthält eine Kondensorlinse 31, die in einer Apertur der zylindrischen Kammer 12 ein gepaßt ist. Die Kondensorlinse 31 ist derartig ausgelegt, daß sie über einen Bereich hinweg, der mit Pfeilen darge stellt ist, daß Laserlicht einfangen kann, daß von der lichtemittierenden Einheit 20 transmittiert wurde und dann von einem Objekt reflektiert worden ist, das sich vor einem Systemfahrzeug befindet, um es dann auf ein lichtempfangen des Element 32 zu leiten. Das lichtempfangende Element 32 ist in einer Bodenplatte 12a der zylindrischen Kammer 12 be festigt, und zwar koaxial mit der Kondensorlinse 31, und es enthält eine PIN-Photodiode 33, die man der Fig. 2(A) ent nehmen kann, die eine lichtempfindliche Oberfläche aufweist, die in einem koaxialen Verhältnis mit der Kondensorlinse 31 optisch orientiert ist.

Mit der PIN Photodiode 33 ist der Entfernungs-Bestimmungs schaltkreis 100 verbunden, der betrieben werden kann, um den Abstand zwischen dem Fahrzeugsystem und einem Objekt zu be stimmen, das sich vor ihm befindet, und zwar basierend auf einer Phasendifferenz zwischen dem von der lich temittierenden Einheit 20 emittierten Laserlicht und dem re flektierten Laserlicht, das durch die lichtempfangende Ein heit 30 eingefangen worden ist. Zusätzlich wird ein Alarm 200 mit dem Entfernungs-Bestimmungsschaltkreis 100 verbun den, der Alarm gibt, wenn die Entfernung zwischen dem Fahr zeugsystem und dem Objekt kürzer wird als eine im voraus ausgewählte Entfernung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2(A) und 2(B) wird nun das optische Verhältnis zwischen der PIN-Photodiode 33 und der Kondensorlinse 31 im folgenden diskutiert werden. In der folgenden Diskussion wird angenommen, daß die Kondensorlinse 31 eine dünne Konvexlinse enthält, ein bilderzeugender Sei tenbrennpunkt bei einem Punkt F liegt, die Brennweite der Kondensorlinse 31 mit f bezeichnet wird, und eine optische Achse, die sich durch einen Pol O der Kondensorlinse 31 er streckt, mit L bezeichnet wird.

Mit der gezeigten Anordnung wird ein Bündel aus Laserstrah len R1, das sich parallel zu der optischen Achse L in die Kondensorlinse 31 hinein ausbreitet auf den Brennpunkt F fo kussiert. Zusätzlich wird ein Bündel aus Laserstrahlen R2, das sich in der Kondensorlinse 31 unter einem Einfallswinkel R (=R₀) relativ zu der optischen Achse L ausbreitet, auf einen Bildpunkt Q fokussiert, der von dem Brennpunkt F aus gesehen nach unten verschoben ist, wie man der Zeichnung entnehmen kann. Es wird darauf hingewiesen, daß der Ein fallswinkel R einem Bildfeld (angle of field) der PIN-Photo diode 33 entspricht, oder einem Bildfeld des optischen Ra darsystemes.

Es wird weiterhin angenommen, daß die Breite der lichtemp findlichen Oberfläche 33a der PIN-Photodiode 33 (d. h. das Intervall zwischen den beiden Enden der lichtaufnehmenden Oberfläche 33a) mit W bezeichnet wird, was dem doppelten In tervall zwischen dem Brennpunkt F und dem Bildpunkt Q ent spricht. Wenn die lichtempfindliche Oberfläche 33a der PIN- Photodiode 33 durch den Brennpunkt F gehend senkrecht zu der optischen Achse L dargestellt wird, wie durch eine strich punktierte Linie in Fig. 2(A) dargestellt, dann bildet ein Bündel von Laserstrahlen unter einem Einfallswinkel von größer als R₀=tan^-1(W/2f) ein Bild auf einen Punkt, der von dem Bildpunkt Q auf der Brennfläche der Kondensorlinse 31 nach unten verschoben ist. Daher wird kein Bild auf der lichtempfindlichen Oberfläche 33a der PIN-Photodiode 33 ge bildet und die empfangene Lichtintensität auf der PIN-Photo diode 33 wird Null. Die PIN-Photodiode 33 zeigt, wenn die lichtempfindliche Oberfläche 33 auf dem Brennpunkt F angeordnet wird, eine relative empfangende Lichtintensität eines konstanten Wertes innerhalb eines Bildfeldbereiches von -R₀ bis +R₀, wie durch die strichpunktierte Linie M1 in Fig. 2 (B) dargestellt, während sie eine relative empfangene Lichtintensität von Null außerhalb des Bereiches von -R₀ bis +R₀ zeigt.

Alternativer Weise wird, wenn die lichtempfindliche Oberflä che 33a der PIN-Photodiode 33 in Richtung der Kondensorlinse 31 von dem Brennpunkt F aus um eine im voraus ausgewählte Entfernung verschoben wird, wie durch eine gestrichelte Li nie in Fig. 2(A) dargestellt, ein Bündel von Laserstrahlen mit einem Einfallswinkel unterhalb von R₀ manchmal teilweise von der lichtempfindlichen Oberfläche 33a der PIN-Photodiode 33 verschoben, während ein Bündel von Laserstrahlen, das sich in der Kondensorlinse 31 selbst unter einem Einfalls winkel oberhalb von R₀ ausbreitet, die lichtempfindliche Oberfläche 33a der PIN-Photodiode 33 teilweise erreichen wird. Daher wird mit dieser Anordnung die durch die PIN-Pho todiode 33 empfangene Intensität des Lichtes sich linear aus dem Bildfeldbereich von -R₀ bis +R₀ vermindern, wie durch die gestrichelte Linie M2 in Fig. 2(B) dargestellt.

Zusätzlich wird, wenn die lichtempfindliche Oberfläche 33a der PIN-Photodiode 33 bei einer Position angeordnet wird, die der Kondensorlinse 31 am nähesten kommt, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 2(A) dargestellt, die Menge der Laserstrahlen unter einem Einfallswinkel oberhalb von R₀, die die lichtempfindliche Oberfläche 33a der PIN-Photodiode 33 erreichen, weiter erhöht. Die relative Intensität des mit der Photodiode 33 empfangenen Lichtes vermindert sich, wie man der durchgezogenen Linie M3 in Fig. 2(B) entnehmen kann, mit einer kleineren Rate aus dem Gesichtsfeldbereich von -R₀ bis +R₀, und zwar verglichen mit der, die durch die gestri chelte Linie M2 dargestellt ist.

Es wird daher darauf hingewiesen, daß indem man die PIN-Pho todiode 33 an einer Stelle zwischen dem Pol O der Konden sorlinse 31 und ihrem Brennpunkt F anordnet, eine zentrale relative Intensität des durch die PIN-Photodiode 33 empfan genen Lichtes bei einem konstanten Wert gehalten werden kann, obgleich eine periphere relative Lichtintensität ver mindert wird.

Mit den obigen Anordnungen des optischen Radarsystemes gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn Laserlicht von der lichtemittierenden Einheit projiziert und von einem Objekt vor dem Fahrzeugsystem reflektiert worden ist, das reflek tierte Laserlicht durch die Kondensorlinse 31 eingefangen und dann auf die PIN-Photodiode 33 des lichtempfangenden Elementes 32 geleitet. Die PIN-Photodiode 33 sorgt dann für einen elektrischen Strom, der auf der empfangenen Lichtin tensität basiert, die, wie man der durchgezogenen Linie M3 von Fig. 2(B) entnehmen kann, innerhalb des Bereiches von -R₀ bis +R₀ konstant gehalten wird, und die dann linear außerhalb des Bereiches von -R₀ bis +R₀ abnimmt, und zwar selbst dann, wenn ein Einfallswinkel oder ein Bildfeldwinkel R größer ist als R₀=tan^-1(W/2f). Mit anderen Worten wird die PIN-Photodiode 33 der vorliegenden Erfindung derartig ange ordnet, daß sie graduell einen Bereich der lichtaufnehmenden Oberfläche 33 vermindert, die dem reflektierten Laserlicht ausgesetzt ist, und zwar gemäß einem Anstieg des Bildfeld winkels R (d. h. dem Einfallswinkel). Der Gesichtsfeldwinkel R des optischen Radarsystemes kann weiter erhöht werden als der in der Anordnung, in der die PIN-Photodiode 33 auf dem Brennpunkt F der Kondensorlinse 31 angeordnet ist.

Zusätzlich ist bekannt, und zwar aus der Laserradarglei chung, daß die Intensität von Licht, das von einem reflek tierenden Objekt so wie einem Reflektor in der Schlußleuchte eines Kraftfahrzeuges reflektiert worden ist, das kleiner im Querschnitt als ein Strahl der Strahlung ist, gewöhnlich proportional zur vierten Potenz einer Entfernung zu dem re flektierenden Objekt variert. Daher wird, sofern ein vor angehendes Fahrzeug, das sich vor dem Fahrzeugsystem bewegt, als ein Detektionsziel betrachtet wird, eine maximale detek tierbare Entfernung proportional zur vierten Potenz der In tensität des Lichtes sein, das von dem vorangehenden Ziel fahrzeug reflektiert worden ist.

Demgemäß liegt eine detektierbare Zone der lichtempfangenden Einheit 30, in der die PIN-Photodiode 33 bei der Position angeordnet ist, die in Fig. 2(A) durch die durchgezogene Li nie dargestellt ist, um die Intensität des von der lichtempfindlichen Oberfläche 33a empfangenen Lichtes derart einzustellen, wie mit der durchgezogenen Linie in Fig. 2(B) dargestellt, in einem Bereich, der durch eine durchgezogene Linie in Fig. 3 dargestellt ist. Eine gestrichelte Linie zeigt eine detektierbare Zone für den Fall, in dem die PIN- Photodiode 33 auf dem Brennpunkt F der Kondensorlinse 31 an geordnet wird, wie mit der gestrichelten Linie in Fig. 2(A) dargestellt.

Beispielsweise wird es unmöglich, sofern die PIN-Photodiode 33 auf dem Brennpunkt F der Kondensorlinse 31 angeordnet wird, Laserlichtstrahlen zu empfangen, die sich von rechts durch die Kondensorlinse 31 in einer Winkelrichtung von 2R₀ ausgebeutet haben, so daß das vorangehende Zielfahrzeug nicht durch das Laserlicht verfolgt werden kann. Indessen wird, wie zuvor bereits erwähnt, die PIN-Photodiode 33 in dem Laserradarsystem gemäß der vorliegenden Erfindung derar tig angeordnet, daß sie graduell einen Bereich der lichtempfindlichen Oberfläche 33a vermindert, die den Laser strahlen ausgesetzt ist, die von dem vorangehenden Zielfahr zeug reflektiert worden sind, und zwar gemäß einem Anstieg des Einfallswinkels R, so daß die Laserstrahlen, die sich von der Kondensorlinse 31 her ausgebreitet haben, teilweise von der PIN-Photodiode 33 empfangen werden. Mit dieser An ordnung wird, und zwar gemäß dem Verhältnis zwischen der empfangenen Lichtintensität und dem Bildfeldwinkel, wie in Fig. 2(B) dargestellt, die Intensität des Lichtes, das unter einer Winkelrichtung von 2R₀ empfangen worden ist, ungefähr 28% von der Intensität des Lichtes, das von vorne (d. h. mit einer Winkelrichtung R=0°) empfangen worden ist. Indes sen wird eine detektierbare Entfernung in dieser Win kelrichtung ungefähr 73% der detektierbaren Entfernung L in einer frontalen Richtung sein, da eine detektierbare Rich tung, wie bereits zuvor beschrieben, proportional zu der vierten Potenz der Intensität des empfangenen Lichtes gemäß der Laserradargleichung definiert ist. Dies führt zu einer detektierbaren Entfernung in der Winkelrichtung von 2R₀ von 0,73L.

Aus den obigen Gründen wird eine detektierbare Zone, die von einem Laserradarsystem gemäß der vorliegenden Erfindung si chergestellt wird, im Hinblick auf das Bildfeld in einem Fernbereich kleiner sein als in der Anordnung, bei der die PIN-Photodiode 33 auf dem Brennpunkt F angeordnet wird, wie mit der gestrichelten Linie in Fig. 3 gezeigt, während sie in einem Nahbereich größer wird. Daher wird die detektier bare Zone in dem Nahbereich geweitet.

Die PIN-Photodiode 33 gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie bereits zuvor erwähnt, senkrecht zu der optischen Achse L zwischen dem Pol O der Kondensorlinse 31 der lichtempfan genden Einheit 30 und der Brennfläche über dem Brennpunkt F angeordnet. Es wird indessen darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration be schränkt ist und das die PIN-Photodiode 33 hinter der bil derzeugenden Seitenbrennfläche der Kondensorlinse 31 befe stigt werden kann, wie in Fig. 4 gezeigt (d. h. bei einer Position, die der Kondensorlinse 31 bezüglich der bilderzeu genden Seitenbrennfläche gegenüberliegt).

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 8 wird nun ein alterna tives optisches Radarsystem gemäß der folgenden Erfindung vorgestellt. Dieses optische Radarsystem enthält eine licht emittierende Einheit 40, eine erste lichtempfangende Einheit 50, und eine zweite lichtempfangende Einheit 60, welche in einem geeigneten Gehäuse (nicht dargestellt) untergebracht sind.

Die lichtemittierende Einheit 40 ist vom Multistrahltyp, der eine Drei-Array-Laserdiode 41 enthält, die angeordnet ist, um Laserstrahlen horizontal abzustrahlen. Die lichtemittie rende Einheit 40 enthält des weiteren eine Kondensorlinse 42, die mit einer aspherischen torischen Plankonvexlinse ausgestattet ist, die koaxial mit der Drei-Array-Laserdiode 41 in Front von ihr angeordnet ist, um die von der Drei-Ar ray-Laserdiode abgestrahlten Laserstrahlen in einem geeigne ten Laserstrahlungsmuster zu verteilen.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel des Laserstrahlungsmuster der Drei-Array-Laserdiode 41, in dem ein Zentrallaserstrahl über einen Bereich von -2° bis +2° abgestrahlt wird, ein linker Laserstrahl über einen Bereich von -6° bis -2°, und ein rechter Laserstrahl über einen Bereich von 2° bis 6° abge strahlt wird. Mit diesem Strahlungsmuster kann eine im we sentlichen einheitliche Laserlichtintensität in eine hori zontalen Richtung über den Bereich von -6° bis +6° erhalten werden.

Die erste lichtempfangende Einheit 50 ist gegenüberliegend der zweiten lichtempfangenden Einheit 60 über der lichtemit tierenden Einheit 40 angeordnet. Die erste lichtempfangende Einheit 50 enthält eine Kondensorlinse 51 und eine Photodi ode 52, die als ein lichtempfangendes Element fungiert. Die Kondensorlinse 51 ist mit einer kompakten und leichtgewich tigen Fresnel-Linse ausgestattet, die eine kurze Brennweite aufweist. Die Photodiode 52 weist eine weite, lichtempfind liche Oberfläche auf, um ein weites Bildfeld bzw. Gesichts feld in einer horizontalen Richtung sicherzustellen, und sie ist von einem Brennpunkt F₁ der Kondensorlinse 51 in Rich tung der Kondensorlinse verschoben angeordnet, und zwar um ein vorherbestimmtes Interval, und sie ist leicht in Rich tung der lichtemittierenden Einheit 40 verschoben (d. h. von der Zeichnung ausgesehen nach unten), und zwar auf einer op tischen Achse der Kondensorlinse, um Laserstrahlen ausge setzt zu sein, die sich von der vorderen und der linken Richtung ausbreiten, um einen linken Bildfeldwinkel von 4° und einen rechten Bildfeldwinkel von 1,5° einzurichten.

Die zweite lichtempfangende Einheit 60 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die erste lichtempfangende Einheit 50 und enthält eine Kondensorlinse 61 und eine Photodiode 62. Die Kondensorlinse 61 ist mit der gleichen Fresnel-Linse ausgestattet wie die erste lichtempfangende Einheit 50. Die Photodiode 62 weist die gleiche lichtempfindliche Oberfläche auf wie die Photodiode 52, wobei sie in Richtung der Konden sorlinse 61 von einem Brennpunkt F₂ von ihr um ein vorherbe stimmtes Interval verschoben ist, und sie ist leicht in Richtung der lichtemittierenden Einheit 40 versetzt (d. h. von der Zeichnung aus gesehen nach oben), und zwar auf einer optischen Achse der Kondensorlinse 61, um Laserstrahlen aus gesetzt zu sein, die sich von der vorderen und rechten Rich tung ausbreiten, um einen linken Bildfeldwinkel von 1,5° und einen rechten Bildfeldwinkel von 4° einzurichten.

Mit der obigen Anordnung wird die relative Intensität des Laserlichtes, das von der lichtempfangenden Einheit 50 emp fangen worden ist, wie durch die gestrichelte Linie M5 in Fig. 7 dargestellt, verschoben von dem zentralen Bereich (R=0) vermindert, wobei indessen das Bildfeld in einem Be reich von mehr als 6° in der linken Richtung bis hin zu 4° in der rechten Richtung fallen wird. Darüberhinaus wird die relative Intensität des Laserlichtes, das von der lichtemp fangenden Einheit 60 empfangen worden ist, wie durch die strichpunktierte Linie M6 in Fig. 7 dargestellt, verschoben von dem zentralen Bereich (R=0) vermindert, wobei indessen das Bildfeld in einem Bereich von mehr als 60 in einer rech ten Richtung bis hin zu mehr als 40 in einer linken Richtung fallen wird. Demgemäß wird darauf hingewiesen, daß ein Bild feldwinkel, der durch eine Kombination der lichtempfangenden Einheiten 50 und 60 erreicht wird, zwischen ±6° rangieren wird, wie durch die durchgezogene Linie M7 in Fig. 7 darge stellt.

Fig. 8 zeigt eine detektierbare Zone, die durch die empfan gene Lichtintensität definiert wird, die durch die durchge zogene Linie M7 in Fig. 7 dargestellt ist, und zwar über einen Bildfeldbereich von ±6°. In der Zeichnung stellt eine gestrichelte Linie einen Detektionsbereich A dar, der mit einer Anordnung detektierbar ist, in der die Photodioden 52 und 62 derartig angeordnet sind, daß ihre Zentren mit den Brennpunkten F₁ und F₂ der Kondensorlinsen 51 und 61 koinzi dieren, wobei das Bildfeld des Detektionsbereiches A in ei nem Bereich von ±2,75° fällt.

Wie man der Zeichnung entnehmen kann, kann ein Zielobjekt, das vor dem Radarsystem unter einem Winkel von 6° in der rechten Richtung vorhanden ist, in dem Detektionsbereich A nicht verfolgt werden, da ein Laserstrahl, der von dem Ziel objekt reflektiert worden ist, den Detektionsbereich A nicht betritt. Indessen wird in einem Radarsystem gemäß dieser Ausführungsform die Photodiode 62 derartig angeordnet, daß sie einem Teil der Laserstrahlen ausgesetzt ist, die sich durch die Kondensorlinse 61 der lichtempfangenden Einheit 60 ausbreiten, so daß sich eine Intensität des empfangenden Lichtes, das sich in einer rechten Richtung von 6° ausge breitet hat, zu ungefähr 6,7% von der einer Vorwärtsrich tung (R=0) ergibt, und zwar gemäß dem Verhältnis zwischen der empfangenden Lichtintensität und dem Bildfeld, das durch die durchgezogene Linie M7 in Fig. 7 dargestellt ist. Dar über hinaus wird, wie bereits zuvor ausgeführt, eine detek tierbare Entfernung proportional zu der vierten Potenz der empfangenen Lichtintensität sein, und zwar gemäß der Ra dargleichung, wodurch eine detektierbare Entfernung in der rechten Richtung von 6° ungefähr 50% von der in der Vor wärtsrichtung sein wird (beispielsweise 50 m).

Es wird darauf hingewiesen, daß die durch das Radarsystem gemäß der zweiten Ausführungsform ermöglichte detektierbare Zone im Hinblick auf einen Fernbereich des Bildfeldes klei ner ist als der Detektionsbereich A in Fig. 8, während sie in einem Nahbereich des Bildfeldes weiter ist.

Im allgemeinem bedingt ein Interfahrzeug-Entfernungsbestim mungssystem für Kraftfahrzeuge eine detektierbare Zone, in der ein entferntes Zielobjekt (d. h. ein vorhergehendes Fahrzeug) in einem Frontbereich von ±1° oder ±2° befolgt werden kann, während in rechten oder linken Bereichen nur vergleichsweise dichter gelegene Objekte verfolgt werden können. Es wird darauf hingewiesen, daß der Detektionsbe reich B in Fig. 8 diese Erfordernisse erfüllt.

Zusätzlich bedingt, wenn man die Ausgänge von zwei lichtemp fangenden Elementen addiert, dies eine verdoppelte Gesamt ausgangssignalkomponente, was dazu führt, daß die Gesamt rauschkomponente sich erhöht. Gewöhnlich wird ein Ausgangs signalrauschen durch eine weihe Lichtkomponente bedingt, wodurch die Gesamtrauschkomponente mit √2 multipliziert wird, was zu einem Gesamtsignal-zu-Rauschverhältnis führt, das mit √2 multipliziert wird. Daher wird in dem optischen Radarsystem gemäß der zweiten Ausführungsform, die zwei lichtempfangende Elemente (d. h. die Photodioden 52 und 62) aufweist, daß Detektionsvermögen zu √2 mal dem von der An ordnung, die ein einzelnes lichtempfangendes Element ent hält.

Zusammenfassend kann also festgehalten werden, daß ein opti sches Radarsystem zur Verfolgung eines Zielobjektes bean sprucht wird. Das Radarsystem enthält im wesentlichen eine lichtemittierende Einheit zur Emission von Licht in Richtung eines Zielobjektes, und eine lichtempfangende Einheit zum Einfangen des Lichtes, das von dem Zielobjekt reflektiert worden ist. Die lichtempfangende Einheit enthält eine Kon densorlinse, die angeordnet ist, um das reflektierte Licht einzufangen, sowie ein lichtempfindliches Element, das bei einer Position angeordnet ist, die von einem Brennpunkt der Kondensorlinse um eine im voraus ausgewählte Entfernung in einem bilderzeugenden Raum von ihr versetzt angeordnet ist, um dem Licht ausgesetzt zu sein, das sich von der Kondensor linse her kommend ausbreitet, um einen engeren Detektionsbe reich für ein entferntes Zielobjekt und einen weitern Detek tionsbereich für ein nahes Zielobjekt sicherzustellen.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf be vorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, um ein besseres Verständnis von ihr zu erleichtern, wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung auf verschiedene Arten ausge führt werden kann, ohne ihr grundlegendes Konzept zu ver lassen. Daher sollte die vorliegende Erfindung so verstanden werden, als das sie alle möglichen Ausführungsformen in Mo difikationen im Hinblick auf die gezeigten Ausführungsformen mitumfaßt, die durchgeführt werden können, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen, das den beigefügten Ansprüchen entnommen werden kann. Beispielsweise werden die Photodioden 52 und 62 wie zuvor erwähnt angeordnet, um ein Bildfeld sicherzustellen, das in der horizontalen Richtung weiter ist. Es wird indessen darauf hingewiesen, daß die vorlie gende Erfindung nicht darauf begrenzt ist und das die Photo dioden 52 und 62 auch derart ausgelegt sein können, daß sie ein Bildfeld einrichten, das in der vertikalen Richtung wei ter ist. Weiterhin können mehr als drei lichtempfangende Elemente bereitgestellt werden, um einen detektierbaren Be reich bereitzustellen, der noch weiter ist, und/oder um die Intensität des empfangenen Lichtes zu erhöhen.

Claims

1. Eine optische Radarvorrichtung zur Detektion eines Zielobjektes mit:
einer lichtemittierenden Vorrichtung für die Emission von Licht in Richtung des Zielobjektes;
einer lichtempfangenden Vorrichtung, um das von dem Zielobjekt reflektierte Licht zu empfangen;
wobei die lichtempfangende Vorrichtung
eine Kondensorlinse enthält, die angeordnet ist, um das reflektierte Licht einzufangen, und
ein lichtempfindliches Element, das bei einer Position angeordnet ist, die von einem Brennpunkt der Kondensor linse um eine vorbestimmte Entfernung in einem bilder zeugenden Raum von ihr versetzt angeordnet ist, um Licht ausgesetzt zu sein, das sich durch die Konden sorlinse hindurch ausgebreitet hat.

2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das lichtemp findliche Element bei der Position in dem bilderzeu genden Raum der Kondensorlinse angeordnet ist, die einen engeren Detektionsbereich für ein entferntes Zielobjekt und einen weiteren Detektionsbereich für ein nahes Zielobjekt sicherstellt.

3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das lichtemp findliche Element bei einer Position angeordnet ist, die von einer Brennfläche der Kondensorlinse in Rich tung der Kondensorlinse verschoben ist.

4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das lichtemp findliche Element bei einer Position angeordnet ist, die einer Brennfläche der Kondensorlinse bezüglich der Kondensorlinse gegenüberliegt.

5. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das lichtemp findliche Element mit einer PIN-Photodiode ausgestattet ist.

6. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die lichtemit tierende Vorrichtung mit einer Laserdiode ausgestattet ist.

7. Eine optische Radarvorrichtung zur Detektion eines Zielobjektes mit:
einer lichtemittierenden Vorrichtung zur Emission von Licht in Richtung des Zielobjektes; und
einer lichtempfangenden Vorrichtung zum Empfang des Lichtes, das von dem Zielobjekt reflektiert worden ist, wobei die lichtempfangende Vorrichtung
eine erste Kondensorlinse enthält, die bei einer ersten Position angeordnet ist, um das reflektierte Licht ein zufangen, sowie
eine zweite Kondensorlinse, die bei einer zweiten Posi tion angeordnet ist, die von der ersten Position ver schieden ist, um das reflektierte Licht einzufangen,
ein erstes lichtempfindliches Element, das bei einer Position angeordnet ist, die von einem Brennpunkt der ersten Kondensorlinse um eine vorbestimmte Entfernung in einem bilderzeugenden Raum der ersten Kondensorlinse versetzt angeordnet ist, um dem Licht ausgesetzt zu sein, das sich durch die erste Kondensorlinse hindurch ausgebreitet hat, und
einem zweiten lichtempfindlichen Element, das bei einer Position angeordnet ist, die von einem Brennpunkt der zweiten Kondensorlinse um eine vorbestimmte Entfernung in einem bilderzeugenden Raum der zweiten Kon densorlinse versetzt angeordnet ist, um dem Licht aus gesetzt zu sein, das sich durch die zweite Kondensor linse hindurch ausgebreitet hat.

8. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die ersten und zweiten lichtempfindlichen Elemente jeweils bei Posi tionen in dem bilderzeugenden Raum der ersten und zwei ten Kondensorlinse angeordnet sind, die einen engeren Detektionsbereich für ein entferntes Zielobjekt und einen weiteren Detektionsbereich für ein nahes Zielob jekt sicherstellen.

9. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die ersten und zweiten lichtempfindlichen Elemente jeweils bei Posi tionen angeordnet sind, die in Richtung der ersten und zweiten Kondensorlinse von den Brennflächen der ersten und zweiten Kondensorlinse verschoben sind.

10. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, worin das erste licht empfindliche Element in einer Art und Weise angeordnet ist, gemäß der das Zentrum des ersten lichtempfindli chen Elementes bei einer Position angeordnet ist, die von einer optischen Achse der ersten Kondensorlinse in Richtung des zweiten lichtempfindlichen Elementes ver schoben ist, und das zweite lichtempfindliche Element in einer Art und Weise angeordnet ist, gemäß der das Zentrum des zweiten lichtempfindlichen Elementes bei einer Position angeordnet wird, die von einer optischen Achse der zweiten Kondensorlinse in Richtung des ersten lichtempfindlichen Elementes verschoben ist.

11. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die lichtemit tierende Vorrichtung eine Drei-Array-Laserdiode und eine Kondensorlinse enthält, die mit einer aspherischen torischen Plan-Konvexlinse ausgestattet ist.

12. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die ersten und zweiten Kondensorlinsen eine Fresnel-Linse umfassen.

13. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die erste Posi tion, bei der sich die erste Kondensorlinse befindet, der zweiten Position gegenüberliegt, bei der sich die zweite Kondensorlinse befindet, und zwar über der lich temittierenden Vorrichtung in einer Strahlungsebene der lichtemittierenden Vorrichtung.