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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Radarvorrichtung, die
derartig betrieben werden kann, daß sie 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 Fahrzeuges zu detektieren und den Abstand
zu dem vorangehenden Fahrzeug zu messen.
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Die
ersten japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichungen Nr. 61-3485
und 61-3486 beschreiben konventionelle optische Radarsysteme, in denen
ein Prisma oder ein reflektierender Spiegel in lichtemittierenden
oder lichtempfangenen Einheiten angeordnet sind, um einen weiten
Detektionsbereich sicherzustellen.
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Um
einen weiten Detektionsbereich ohne Verwendung eines derartigen
Prismas oder eines reflektierenden Spiegels zu ermöglichen,
ist es nötig, die
lichtempfindliche Oberfläche
eines lichtempfangenden Elementes zu weiten und ein Kondensorlinsensystem
mit einer kurzen Brennweite in dem optischen System des lichtempfangenden
Elementes einzusetzen. Das Weiten der lichtempfindlichen Oberfläche des
lichtempfangenden Elementes bedingt indessen eine, sich proportional
erhöhende,
parasitäre
Kapazität;
was dazu führt,
das die Antwortrate des lichtempfangenden Elementes sich in unerwünschter
Art und Weise vermindert. Zusätzlich
bedingt das Kondenser-Linsensystem einen weiten lichtempfangenden
Bereich, 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 Radarsystems
in unvorteilhafter Weise begrenzt wird.
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Die
US 4 902 126 offenbart ein
System für Helikopter
zur Erfassung von Hochspannungsleitungen, um eine Kollision des
Helikopters mit Hochspannungsleitungen zu vermeiden. Das darin beschriebene
System umfasst eine lichtemittierende Vorrichtung, eine lichtempfangende
Vorrichtung, um das von einem Objekt reflektierte Licht zu empfangen,
sowie eine Kondensorlinse, um das von dem Objekt reflektierte Licht
zu empfangen.
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Die
DE 28 13 089 C2 schlägt im Zusammenhang
mit LIDAR-Geräten
vor zur Kompression der aus unterschiedlichen Zielentfernungen und
Zielreflektivitäten
resultierenden Signaldynamik die Detektor-Empfangsfläche außerhalb
der Brennebene der Empfangsoptik anzuordnen.
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Demgegenüber ist
es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Radarsystem
für die
Detektion eines Zielobjekts bereitzustellen, das einen weiten Detektionsbereich
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
optische Radavorrichtungr gemäß dem Patentanspruch
1 gelöst.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Radarsystem
zur Detektion eines Zielobjektes bereitgestellt, das eine Lichtemissionsvorrichtung
umfaßt,
um Licht in Richtung des Zielobjektes zu emittieren, sowie eine
Lichtempfangsvorrichtung, um das von dem Zielobjekt reflektierte
Licht zu empfangen. Die Lichtempfangsvorrichtung enthält eine
Kondensorlinse, die derartig angeordnet ist, daß sie das reflektierte Licht
einfängt,
und ein lichtempfindliches Element, das bei einer Position angeordnet
ist, die von einem Brennpunkt der Kondensorlinse um eine vorherbestimmte
Entfernung versetzt angeordnet ist, und zwar in einem bilderzeugenden
Raum von ihr, um dem Licht ausgesetzt zu sein, das sich durch die
Kondensorlinse hindurch ausgebreitet hat.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
das lichtempfindliche Element bei einer Position in dem bilderzeugenden
Raum der Kondensorlinse angeordnet, die einen engeren Detektionsbereich
für ein
entferntes Zielobjekt und einen weiteren Detektionsbereich für ein dichteres
Zielobjekt sicherstellt. 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 gegenüberliegt.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Radarsystem für die Detektion
eines Zielobjektes bereitgestellt, das eine Lichtemissionsvorrichtung
umfaßt,
zum Emittieren von Licht in Richtung eines Zielobjekt, und eine
Lichtempfangsvorrichtung, um von dem Zielobjekt reflektiertes Licht
zu empfangen. Die Lichtempfangsvorrichtung enthält eine erste Kondensorlinse, die
bei einer ersten Position angeordnet ist, um das reflektierte Licht
einzufangen, sowie eine zweite Kondensorlinse, die bei einer zweiten
Position angeordnet ist, die sich von der ersten Position unterscheidet, um
reflektiertes Licht einzufangen, ein erstes lichtempfindliches Element,
das bei einer Position angeordnet ist, die von einem Brennpunkt
der ersten Kondensorlinse 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 angeordnet ist, die von einem Brennpunkt der
zweiten Kondensorlinse um einen im voraus ausgewählten Abstand in dem bilderzeugendem
Raum der zweiten Kondensorlinse verschoben ist, um Licht ausgesetzt
zu sein, das sich durch die zweite Kondensorlinse ausgebreitet hat.
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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 Detektionsbereich für ein dichtes
Zielobjekt sicherstellen. Beispielsweise können das erste und das zweite lichtempfindliche
Ele ment jeweils bei Positionen angeordnet werden, die in Richtung
der ersten und zweiten Kondensorlinsen von den Brennflächen der ersten
und zweiten Kondensorlinsen her verschoben sind.
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Weiterhin
kann das erste lichtempfindliche Element in einer Art und Weise
angeordnet werden, bei der das Zentrum des ersten lichtempfindlichen Elementes
bei einer Position plaziert wird, die von einer optischen Achse
der ersten Kondensorlinse 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.
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Demgemäß sorgt
die vorliegende Erfindung für
ein optisches Radarsystem, das als Merkmal ein Positionsverhältnis zwischen
einem Kondensorlinsensystem und einem Lichtempfangselement aufweist,
um einen weiten Detektionsbereich für ein Kraftfahrzeugradarsystem
sicherzustellen, und zwar im Hinblick auf die Tatsache, daß eine detektierbare Entfernung
in einer peripheren Richtung gewöhnlich kürzer sein
kann als die in einer Vorwärtsrichtung.
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Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Im
folgenden werden die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im
Detail geschrieben. Es zeigt:
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1 eine
Illustration, in der ein optisches Radarsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt ist;
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2(A) eine Illustration, in der ein optisches Verhältnis zwischen
einer Kondensorlinse und einer PIN-Photodiode dargestellt ist, die als
ein Lichtempfangselement dient;
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2(B) ein Diagramm, in dem die Variation der Intensitet
des emfangenen Lichtes über
das Bildfeld einer PIN-Photodiode dargestellt ist;
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3 ein
Diagramm, in dem eine detektierbare Zone dargestellt ist, die durch
ein obtisches Radarsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung sichergestellt wird;
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4 eine
Illustration, in der eine alternative Anordnung eines optischen
Radarsystemes dargestellt ist;
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5 eine
Illustration, in der eine zweite Ausführungsform eines optischen
Radarsystemes gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt ist;
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6 ein
Diagramm, in dem die Variation der Lichtemissionsintensität einer
Lichtemissionseinheit einer zweiten Ausführungsform dargestellt ist;
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7 ein
Diagramm, in dem die Variation der Intensität des Lichtes dargestellt ist,
das von den zwei Photodioden empfangen wird, und zwar gemäß der zweiten
Ausführungsform;
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8 ein
Diagramm, in dem die detektierbare Zone dargestellt ist, die durch
ein optisches Radarsystem gemäß der zweiten
Ausführungsform
ermöglicht
wird.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnung, und zwar insbesondere auf 1 ist
dort ein optisches Radarsystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt,
das 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.
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Die
lichtemittierende Einheit 20 ist in einem Gehäuse 10 untergebracht,
und zwar koaxial mit einer zylindrischen Kammer 11. Auf ähnliche
Axt und Weise ist die lichtempfangende Einheit 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 zylindrischen Kammer 11 befestigt ist. Die Laserdiode 21 ist
derartig ausgelegt, daß sie einen
Laserstrahl über
einen Bereich hinweg projizieren kann, wie durch die Pfeile in 1 angedeutet. Die
lichtemittierende Einheit 20 umfaßt desweiteren 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.
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Die
lichtempfangende Einheit 30 enthält eine Kondensorlinse 31,
die in einer Apertur der zylindrischen Kammer 12 eingepaßt ist.
Die Kondensorlinse 31 ist derartig ausgelegt, daß sie über einen
Bereich hinweg, der mit Pfeilen dargestellt ist, daß Laserlicht einfangen
kann, das von der lichtemittierenden Einheit 20 transmittiert
werde und dann von einem Objekt reflektiert worden ist, das sich
vor einem Systemfahrzeug befindet, um es dann auf ein lichtempfangendes
Element 32 zu leiten. Das lichtempfangende Element 32 ist
in einer Bodenplatte 12a der zylindrischen Kammer 12 befestigt,
und zwar koaxial mit der Kondensorlinse 31, und es enthält eine
PIN-Photodiode 33, die man der 2(A) entnehmen
kann, die eine lichtempfindliche Oberfläche aufweist, die in einem
koaxialen Verhältnis
mit der Kondensorlinse 31 optisch orientiert ist.
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Mit
der PIN Photodiode 33 ist der Entfernungs-Bestimmungsschaltkreis 100 verbunden,
der betrieben werden kann, um den Abstand zwischen dem Fahrzeugsystem
und einem Objekt zu bestimmen, das sich vor ihm befindet, und zwar
basierend auf einer Phasendifferenz zwischen dem von der lichtemittierenden
Einheit 20 emittierten Laserlicht und dem reflektierten
Laserlicht, das durch die lichtempfangende Einheit 30 eingefangen
worden ist. Zusätzlich
wird ein Alarm 200 mit dem Entfernungs-Bestimmungsschaltkreis 100 verbunden,
der Alarm gibt, wenn die Entfernung zwischen dem Fahrzeugsystem und
dem Objekt kürzer
wird als eine im voraus ausgewählte
Entfernung.
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Unter
Bezugnahme auf die 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 Seitenbrennpunkt 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 erstreckt,
mit L bezeichnet wird.
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Mit
der gezeigten Anordnung wird ein Bündel aus Laserstrahlen R1,
das sich parallel zu der optischen Achse L in die Kondensorlinse 31 hinein
ausbreitet auf den Brennpunkt F fokussiert. Zusätzlich wird ein Bündel aus
Laserstrahlen R2, das sich in der Kondensorlinse 31 unter
einem Einfallswinkel θ (= θ0) 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
Einfallswinkel θ einem
Bildfeld (angle of field) der PIN-Photodiode 33 entspricht,
oder einem Bildfeld des optischen Radarsystemes.
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Es
wird weiterhin angenommen, daß die Breite
der lichtempfindlichen 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 Intervall zwischen dem
Brennpunkt F und dem Bildpunkt Q entspricht. 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 strichpunktierte Linie in 2(A) dargestellt, dann bildet ein Bündel von Laserstrahlen
unter einem Einfallswinkel von größer als θ0 =
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 gebildet
und die empfangene Lichtintensität
auf der PIN-Photodiode 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 –θ0 bis +θ0, wie durch die strichpunktierte Linie M1
in 2(B) dargestellt, während sie
eine relative empfangene Lichtintensität von Null außerhalb des
Bereiches von –θ0 bis +θ0 zeigt.
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Alternativer
Weise wird, wenn die lichtempfindliche Oberfläche 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 Linie in 2(A) dargestellt, ein Bündel von Laserstrahlen mit
einem Einfallswinkel unterhalb von θ0 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 Einfallswinkel oberhalb von θ0 ausbreitet,
die lichtempfindliche Oberfläche 33a der
PIN-Photodiode 33 teilweise erreichen wird. Daher wird
mit dieser Anordnung die durch die PIN-Photodiode 33 empfangene
Intensität des
Lichtes sich linear aus dem Bildfeldbereich von –θ0 bis
+θ0 vermindern, wie durch die gestrichelte
Linie M2 in 2(B) dargestellt.
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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 2(A) dargestellt,
die Menge der Laserstrahlen unter einem Einfallswinkel oberhalb
von θ0, 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 2(B) entnehmen
kann, mit einer kleineren Rate aus dem Gesichtsfeldbereich von –θ0 bis +θ0, und zwar verglichen mit der, die durch
die gestrichelte Linie M2 dargestellt ist.
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Es
wird daher darauf hingewiesen, daß indem man die PIN-Photodiode 33 an
einer Stelle zwischen dem Pol O der Kondensorlinse 31 und
ihrem Brennpunkt F anordnet, eine zentrale relative Intensität des durch
die PIN-Photodiode 33 empfangenen Lichtes bei einem konstanten
Wert gehalten werden kann, obgleich eine periphere relative Lichtintensität vermindert
wird.
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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 Lichtintensität basiert, die, wie man der
durchgezogenen Linie M3 von 2(B) entnehmen
kann, innerhalb des Bereiches von –θ0 bis +θ0 konstant gehalten wird, und die dann linear
außerhalb
des Bereiches von –θ0 bis +θ0 abnimmt, und zwar selbst dann, wenn ein
Einfallswinkel oder ein Bildfeldwinkel θ größer ist als θ0 = tan–1(W/2f). Mit anderen
Worten wird die PIN-Photodiode 33 der vorliegenden Erfindung
derartig angeordnet, daß sie
graduell einen Bereich der lichtaufnehmenden Oberfläche 33 vermindert,
die dem reflektierten Laserlicht ausgesetzt ist, und zwar gemäß einem
Anstieg des Bildfeldwinkels θ (d.
h. dem Einfallswinkel). Der Gesichtsfeldwinkel θ 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.
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Zusätzlich ist
bekannt, und zwar aus der Laserradargleichung, daß die Intensität von Licht,
das von einem reflektierenden 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 reflektierenden Objekt variiert.
Daher wird, sofern ein vorangehendes Fahrzeug, das sich vor dem
Fahrzeugsystem bewegt, als ein Detektionsziel betrachtet wird, eine maximale
detektierbare Entfernung proportional zur vierten Potenz der Intensität des Lichtes
sein, das von dem vorangehenden Zielfahrzeug reflektiert worden
ist.
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Demgemäß liegt
eine detektierbare Zone der lichtempfangenden Einheit 30,
in der die PIN-Photodiode 33 bei der Position angeordnet
ist, die in 2(A) durch die durchgezogene
Linie dargestellt ist, um die Intensität des von der lichtempfindlichen Oberfläche 33a empfangenen
Lichtes derart einzustellen, wie mit der durchgezogenen Linie in 2(B) dargestellt, in einem Bereich, der durch
eine durchgezogene Linie in 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 angeordnet wird,
wie mit der gestrichelten Linie in 2(A) dargestellt.
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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 2θ0 ausgebreitet 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 derartig angeordnet, daß sie graduell einen Bereich
der lichtempfindlichen Oberfläche 33a vermindert,
die den Laserstrahlen ausgesetzt ist, die von dem vorangehenden
Zielfahrzeug reflektiert worden sind, und zwar gemäß einem Anstieg
des Einfallswinkels θ,
so daß die
Laserstrahlen, die sich von der Kondensorlinse 31 her ausgebreitet
haben, teilweise von der PIN-Photodiode 33 empfangen werden.
Mit dieser Anordnung wird, und zwar gemäß dem Verhältnis zwischen der empfangenen
Lichtintensität
und dem Bildfeldwinkel, wie in 2(B) dargestellt,
die Intensität
des Lichtes, das unter einer Winkelrichtung von 2θ0 empfangen worden ist, ungefähr 28 %
von der Intensität
des Lichtes, das von vorne (d. h. mit einer Winkelrichtung θ = 0°) empfangen
worden ist. Indessen wird eine detektierbare Entfernung in dieser
Winkelrichtung ungefähr 73
% der detektierbaren Entfernung L in einer frontalen Richtung sein,
da eine detektierbare Richtung, 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 2θ0 von 0,73L.
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Aus
den obigen Gründen
wird eine detektierbare Zone, die von einem Laserradarsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung sichergestellt 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 3 gezeigt, während
sie in einem Nahbereich größer wird.
Daher wird die detektierbare Zone in dem Nahbereich geweitet.
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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 lichtempfangenden Einheit 30 und
der Brennfläche über dem
Brennpunkt F angeordnet. Es wird indessen darauf hingewiesen, daß die PIN-Photodiode 33 hinter
der bilderzeugenden Seitenbrennfläche der Kondensorlinse 31 befestigt
werden kann, wie in 4 gezeigt (d. h. bei einer Position,
die der Kondensorlinse 31 bezüglich der bilderzeugenden Seitenbrennfläche gegenüberliegt).
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Unter
Bezugnahme auf die 5 bis 8 wird nun
ein alternatives optisches Radarsystem gemäß der Erfindung vorgestellt.
Dieses optische Radarsystem enthält
eine lichtemittierende Einheit 40, eine erste lichtempfangende
Einheit 50, und eine zweite lichtempfangende Einheit 60,
welche in einem geeigneten Gehäuse
(nicht dargestellt) untergebracht sind.
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Die
lichtemittierende Einheit 40 ist vom Multistrahltyp, der
eine Dxei-Array-Laserdiode 41 enthält, die angeordnet ist, um
Laserstrahlen horizontal abzustrahlen. Die lichtemittierende 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-Array-Laserdiode abgestrahlten
Laserstrahlen in einem geeigneten Laserstrahlungsmuster zu verteilen.
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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° abgestrahlt
wird. Mit diesem Strahlungsmuster kann eine im wesentlichen einheitliche
Laserlichtintensität
in eine horizontalen Richtung über
den Bereich von –6° bis +6° erhalten werden.
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Die
erste lichtempfangende Einheit 50 ist gegenüberliegend
der zweiten lichtempfangenden Einheit 60 über der
lichtemittierenden Einheit 40 angeordnet. Die erste lichtempfangende
Einheit 50 enthält eine
Kondensorlinse 51 und eine Photodiode 52, die als
ein lichtempfangendes Element fungiert. Die Kondensorlinse 51 ist
mit einer kompakten und leichtgewichtigen Fresnel-Linse ausgestattet,
die eine kurze Brennweite aufweist. Die Photodiode 52 weist
eine weite, lichtempfindliche Oberfläche auf, um ein weites Bildfeld
bzw. Gesichtsfeld in einer horizontalen Richtung sicherzustellen,
und sie ist von einem Brennpunkt F1 der
Kondensorlinse 51 in Richtung der Kondensorlinse verschoben
angeordnet, und zwar um ein vorherbestimmtes Interval, und sie ist
leicht in Richtung der lichtemittierenden Einheit 40 verschoben
(d. h. von der Zeichnung ausgesehen nach unten), und zwar auf einer
optischen Achse der Kondensorlinse, um Laserstrahlen ausgesetzt
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.
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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 Kondensorlinse 61 von
einem Brennpunkt F2 von ihr um ein vorherbestimmtes
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 ausgesetzt zu sein, die sich von der vorderen und
rechten Richtung ausbreiten, um einen linken Bildfeldwinkel von
1,5° und
einen rechten Bildfeldwinkel von 4° einzurichten.
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Mit
der obigen Anordnung wird die relative Intensität des Laserlichtes, das von
der lichtempfangenden Einheit 50 empfangen worden ist,
wie durch die gestrichelte Linie M5 in 7 dargestellt,
verschoben von dem zentralen Bereich (θ = 0) vermindert, wobei indessen
das Bildfeld in einem Bereich 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 lichtempfangenden Einheit 60 empfangen
worden ist, wie durch die strichpunktierte Linie M6 in 7 dargestellt,
verschoben von dem zentralen Bereich (θ = 0) vermindert, wobei indessen
das Bildfeld in einem Bereich von mehr als 6° in einer rechten Richtung bis hin
zu mehr als 4° in
einer linken Richtung fallen wird. Demgemäß wird darauf hingewiesen,
daß ein
Bildfeldwinkel, der durch eine Kombination der lichtempfangenden
Einheiten 50 und 60 erreicht wird, zwischen ±6° rangieren
wird, wie durch die durchgezogene Linie M7 in 7 dargestellt.
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8 zeigt
eine detektierbare Zone, die durch die empfangene Lichtintensität definiert
wird, die durch die durchgezogene Linie M7 in 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 koinzidieren,
wobei das Bildfeld des Detektionsbereiches A in einem Bereich von ±2,75° fällt.
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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 Zielobjekt 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° ausgebreitet hat,
zu ungefähr
6,7 % von der einer Vorwärtsrichtung
(θ = 0)
ergibt, und zwar gemäß dem Verhältnis zwischen
der empfangenden Lichtintensität
und dem Bildfeld, das durch die durchgezogene Linie M7 in 7 dargestellt
ist. Darüber
hinaus wird, wie bereits zuvor ausgeführt, eine detektierbare Entfernung
proportional zu der vierten Potenz der empfangenen Lichtintensität sein,
und zwar gemäß der Radargleichung,
wodurch eine detektierbare Entfernung in der rechten Richtung von
6° ungefähr 50 %
von der in der Vorwärtsrichtung
sein wird (beispielsweise 50 m).
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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 8, während sie
in einem Nahbereich des Bildfeldes weiter ist.
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Im
allgemeinem bedingt ein Interfahrzeug-Entfernungsbestimmungssystem
für Kraftfahrzeuge
eine detektierbare Zone, in der ein entferntes Zielobjekt (d. h.
ein vorhergehendes Fahrzeug) in einem Frontbereich von ±1° oder ±2° verfolgt
werden kann, während
in rechten oder linken Bereichen nur vergleichsweise dichter gelegene
Objekte verfolgt werden können.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Detektionsbereich
B in 8 diese Erfordernisse erfüllt.
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Zusätzlich bedingt,
wenn man die Ausgänge von
zwei lichtempfangenden Elementen addiert, dies eine verdoppelte
Gesamtausgangssignalkomponente, was dazu führt, daß die Gesamtrauschkomponente
sich erhöht.
Gewöhnlich
wird ein Ausgangssingnalrauschen durch eine weiße 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 Anordnung,
die ein einzelnes lichtempfangendes Element enthält.
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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 Kondensorlinse, 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 Kondensorlinse her
kommend ausbreitet, um einen engeren Detektionsbereich für ein entferntes
Zielobjekt und einen weitern Detektionsbereich für ein nahes Zielobjekt sicherzustellen.
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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 Photodioden 52 und 62 auch
derart ausgelegt sein können,
daß sie
ein Bildfeld einrichten, das in der vertikalen Richtung weiter ist.
Weiterhin können mehr
als drei lichtempfangende Elemente bereitgestellt werden, um einen
detektierbaren Bereich bereitzustellen, der noch weiter ist, und/oder
um die Intensität
des empfangenen Lichtes zu erhöhen.