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Die
Erfindung betrifft eine optische Entfernungsmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 2. Eine derartige optische Entfernungsmeßvorrichtung ist aus der JP
3-30 116 B2 bzw. der JP 60-149 984 A bekannt.
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Außerdem betrifft
die Erfindung die Verwendung einer optischen Entfernungsmeßvorrichtung.
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9 zeigt ein Blockschaltbild
einer herkömmlichen
optischen Entfernungsmeßvorrichtung, die
aus den vorstehend genannten beiden Druckschriften bekannt ist.
Das von einer Lichtemissionseinheit 1 abgegebene Licht
wird auf ein Objekt 7 gerichtet. Die Lichtemissionseinheit 1 umfaßt eine
Laserdiode 11, einen Impulstreiberkreis 12 und
eine Emissionslinse 13. Die Laserdiode 11 wird
von dem Impulstreiberkreis 12 angesteuert, um Lichtimpulse zu
erzeugen, die von der Emissionslinse 13 zu dem Objekt 7 konvergent
gemacht werden. Das von dem Objekt 7 reflektierte Licht
wird von einer Lichtempfangseinheit 2 empfangen. Das empfangene
Licht wird von einer Empfangslinse 21 und ein Lichtempfangselement 22 konvergent
gemacht. Eine Verarbeitungsschaltung 3 berechnet die Entfernung
zum Objekt 7 auf der Basis der Messung des Zeitintervalls zwischen
der Erregung der Laserdiode 11 durch den Impulstreiberkreis 12 und
der Erfassung des reflektierten Lichts durch das Lichtempfangselement 22. Transparente
Glasplatten sind vor der Lichtemissionseinheit 1 und der
Lichtempfangseinheit 2 angeordnet, um ein Emissionsfenster 4 und
ein Empfangsfenster 5 zu bilden.
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Eine
Unschärfedetektoreinheit 6 detektiert die
Unschärfe
bzw. Verwischung, die beispielsweise auf dem Emissionsfenster 4 vorhanden
ist. Dabei wird im folgenden unter Unschärfe bzw. Verwischung eine Verschmutzung
bzw. unerwünschte
Streuung des Lichts an einem optischen Fenster verstanden. Ein Lichtempfangselement 61 empfängt das
von dem Emissionsfenster 4 gestreute und durch eine Abschirmung 63 geleitete
Licht und erzeugt ein elektrisches Signal, das der Intensität des empfangenen Lichts
entspricht. Eine Unschärfeverarbeitungsschaltung 62 detektiert
die Unschärfe
auf dem Emissionsfenster 4 auf der Basis des Werts des
elektrischen Signals, das von dem Lichtempfangselement 61 abgegeben
wird.
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Nachstehend
wird der Betrieb der Vorrichtung gemäß 9 beschrieben. Wenn die Laserdiode 11 von
dem Impulstreiberkreis 12 erregt wird, gibt sie ein gepulstes
Laserlicht ab. Das Laserlicht wird von der Verarbeitungsschaltung 3 konvergent
gemacht und nach vorn durch das Emissionsfenster 4 ausgesandt.
Wenn vor der Vorrichtung ein Objekt 7 existiert, wird das
von dem Objekt 7 reflektierte Licht von der Lichtempfangseinheit 2 durch
das Empfangsfenster 5 empfangen. Das empfangene Licht wird
von der Empfangslinse 21 auf das Lichtempfangselement 22 konvergent
gemacht, das eine lichtelektrische Umwandlung durchführt, um
ein elektrisches Signal entsprechend der Intensität des empfangenen
Lichts zu erhalten.
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Die
Verarbeitungsschaltung 3 vergleicht das von der Lichtempfangseinheit 2 abgegebene
Signal mit einem Schwellenwert, und wenn der Signalpegel größer als
der Schwellenwert ist, entscheidet die Verarbeitungsschaltung 3,
daß das
Signal dem vom Objekt 7 reflektierten Licht entspricht.
Unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitszählers (nicht gezeigt) mißt die Verarbeitungsschaltung 3 außerdem das
Zeitintervall zwischen der Erregung der Emissionslinse 13 durch
den Impulstreiberkreis 12 und dem Lichtempfang an dem Lichtempfangselement 22.
Die Messung entspricht der Umlaufzeit, in der das Laserlicht sich
von der Vorrichtung zum Objekt 7 ausbreitet und von dort
zur Vorrichtung zurückkehrt.
Schließlich bestimmt
die Verarbeitungsschaltung 3 die Entfernung zwischen der
Vorrichtung und dem Objekt 7 aus der Umlaufzeit unter Anwendung
der folgenden Gleichung: (ENTFERNUNG) = (UMLAUFZEIT)·(LICHTGESCHWINDIGKEIT)/2 (1).
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Andererseits
empfängt
die Unschärfedetektoreinheit 6 das
an den inneren und äußeren Zwischenflächen des
Emissionsfensters 4 gestreute Licht und gibt ein elektrisches
Signal ab, das der Intensität
des Streulichts entspricht. Die Intensität des Streulichts entspricht
dem Grad der Unschärfe
an dem Emissionsfenster 4. Somit stellt die Unschärfedetektierungs-Verarbeitungsschaltung 62 fest,
daß das
Emissionsfenster 4 nicht unscharf ist, wenn das Ausgangssignal
des Lichtempfangselements 61 einen vorbestimmten Pegel
unterschreitet. Wenn dagegen das Ausgangssignal des Lichtempfangselements 61 den
vorbestimmten Pegel überschreitet, entscheidet
die Unschärfedetektierungs-Verarbeitungsschaltung 62,
daß das
Emissionsfen ster 4 unscharf ist, und gibt ein Unschärfedetektiersignal
ab.
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Die
Unschärfedetektoreinrichtung
von 9 weist jedoch folgenden
Nachteil auf. Das von der Unschärfe
an dem Emissionsfenster 4 usw. gestreute Licht wird dem
Lichtempfangselement 61 über die Abschirmung 63 zugeführt. Die
Unschärfe
wird auf der Basis der Intensität
des am Lichtempfangselement 61 empfangenen Streulichts
detektiert. Somit ist der Unschärfedetektierbereich
durch die Abschirmung 63 innerhalb des Bereichs des Emissionsfensters 4,
auf den das Licht gerichtet ist, beschränkt. Die Unschärfedetektierung
kann somit unzuverlässig werden,
wie nachstehend beschrieben wird.
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Wenn
die Unschärfe
gleichmäßig über das Emissionsfenster 4 verteilt
ist, entspricht der Wert des Streulichts dem Grad der Unschärfe, der
die Entfernungsmessung stört.
Wenn jedoch die Unschärfe auf
einen Bereich außerhalb
des Unschärfedetektierbereichs
konzentriert ist, bleibt der Pegel des von dem Lichtempfangselement 61 aufgenommenen Streulichts
niedrig, obwohl ein erheblicher Teil des von der Lichtemissionseinheit 1 ausgehenden
Lichts von dem Emissionsfenster 4 gestreut wird. Die Empfindlichkeit
der Unschärfedetektierung
verschlechtert sich dadurch. Wenn dagegen die Unschärfe innerhalb
des Unschärfedetektierbereichs
konzentriert ist, wird der Pegel des von dem Lichtempfangselement 61 detektierten
Streulichts höher
als ein Pegel, der dem Gesamtbetrag der an dem Emissionsfenster 4 vorhandenen
Unschärfe
entspricht. Die Unschärfedetektoreinrichtung
wird daher überempfindlich.
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Ein
weiterer Nachteil der Unschärfedetektoreinrichtung
von 9 besteht darin,
daß die
Unschärfedetektoreinrichtung
ein gesondertes Lichtempfangselement 61 und eine gesonderte
Unschärfedetektierungs-Verarbeitungsschaltung 62 aufweist, so
daß die
Einrichtung teuer wird.
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Die
Veröffentlichung
Skolnik, Merrill I., „Radar
Handbook", McGraw-Hill
Book Company, New York, 1970, Seiten 2-6 bis 2-8 und 15-4 gibt allgemeine
Hinweise für
den Aufbau von amplitudenmodulierten oder frequenzmodulierten Radareinrichtungen. Dabei
wird insbesondere auf die notwendige Impulsenergie sowie die Wiederholungsfrequenz
beim Betrieb von derartigen Radareinrichtungen eingegangen. Weitere
Einzelheiten dieser Veröffentlichung
beschäftigen
sich mit dem erreichbaren Signal-Rausch-Verhältnis und
damit der Meßgenauigkeit.
Optische Entfernungsmeßvorrichtungen,
insbesondere solche für
Fahrzeuge, von dem hier interessierenden Typ gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche sind
dort nicht angegeben.
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Die
DE 31 10 773 C2 betrifft
eine Einrichtung zur Messung der Entfernung zu einem aufzunehmenden
Objekt für
ein automatisches Fokussiersystem einer Kamera. Dort ist im einzelnen
dargelegt, daß eine
Entfernungsmessung durch Auswertung von Intensitätsverhältnissen erfolgen kann. Konkret
ist dort ein Komparator vorhanden, der die Intensität des Umgebungslichtes
bei Ausrichtung des Fokussiersystems auf ein Objekt ohne Sendestrahl
mit der Intensität
des reflektierten Lichts im Sendefall vergleicht. Mit einer Auswerteschaltung
wird unter Berücksichtigung
des Vergleiches festgestellt, ob der Abstand größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert
ist. Das Problem der Verschmutzung von optischen Fenstern einer
Entfernungsmeßvorrichtung sowie
das Erkennen von derartigen Verschmutzungen ohne aufwendige technische
Lösungen
ist dort nicht behandelt.
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In
der
DE 39 23 281 A1 ist
ein Schmutzsensor für
Kraftfahrzeug-Scheiben angegeben, der die Erfassung von Fremdkörpern auf
einer transparenten Scheiben ermöglicht
und die Betriebssicherheit verbessern soll. Zu diesem Zweck ist
dort vorgesehen, einen speziellen optoelektronischen Sensor zu verwenden.
Im einzelnen ist an der Innenseite einer Streuscheibe eines Scheinwerfers
eine Reflexionslichtschranke vorgesehen, die aus einer Sendediode und
einem Fototransistor besteht. Die Sendediode wird mit einem Impulsgenerator
betrieben. Am Fototransistor ist eine spezielle Signalauswerteschaltung angeordnet,
die der Analyse von Nutz- und Fremdlichtanteilen dient. Mit den
analysierten Signalen kann dann durch Aktivieren von Schaltausgängen beispielsweise
eine Wascheinrichtung oder eine Warneinrichtung aktiviert werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Entfernungsmeßvorrichtung
der genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß ohne zusätzliche Detektoreinrichtungen
mit gesonderten Lichtempfangselementen Verschmutzungen und/oder
unerwünschte
Streuungen des Lichtes an den optischen Fenstern bestimmt werden
können,
so daß sich
die Zuverlässigkeit
beim Betrieb der Vorrichtung erhöht.
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Gemäß einem
ersten Grundgedanken der Erfindung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung
gelöst
durch in einem vorgegebenen Zeitraum sich wiederholende Bestimmungen
eines Verhältnisses
von einer Anzahl von Messungen, bei denen das Objekt nicht detektiert
wird, zu einer Gesamtanzahl von Messungen, die periodisch über einen
vorbestimmten Zeitraum durchgeführt
werden, wobei eine Verschmutzung und/oder unerwünschte Streuung des Lichtes
an den optischen Fenstern detektiert wird, wenn das Verhältnis größer oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist.
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In
dem Falle, in dem das Verhältnis
gleich einem oder größer als
ein vorbestimmter Wert ist, wird auf eine Verschmutzung und/oder
unerwünschte Streuung
an den optischen Fenstern geschlossen, so daß beispielsweise ein Alarm
ausgelöst
werden kann oder eine Reinigungsvorrichtung für die Fenster aktiviert werden
kann bzw. bei Taupunktunterschreitung die Fenster beispielsweise
analog einer Heckscheibenheizung mit Wärme beaufschlagt werden können.
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Gemäß einem
zweiten Grundgedanken der Erfindung ist ein Zähler vorgesehen, der mit der
Entfernungsmeßeinrichtung
verbunden ist und aufeinanderfolgende Messungen unterhalb eines
vorbestimmten Entfernungswertes speichert, wobei dann, wenn eine
vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen erreicht
oder überschritten
ist, auf eine Verschmutzung und/oder unerwünschte Streuung der optischen
Fenster geschlossen wird.
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In
Weiterbildung einer optischen Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung
ist ein Objektidentitätsdetektor
vorgesehen, um zu bestimmen, ob ein erstes Objekt, dessen Entfernung
in einem aktuellen Meßzyklus
von der Entfernungsmeßeinrichtung
gemessen wird, mit einem zweiten Objekt identisch ist, dessen Entfernung
von der Entfernungsmeßeinrichtung
in einem unmittelbar vorhergehenden Meßzyklus gemessen worden ist.
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Die
erfindungsgemäße optische
Entfernungsmeßvorrichtung
kann bei Fahrzeugen verwendet werden.
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Mit
der optischen Entfernungsmeßvorrichtung
gemäß der Erfindung,
die optische Fenster aufweist, gelingt somit ohne zusätzlichen
Aufwand eine Überprüfung, ob
die inneren und äußeren Fensterflächen einen
Zustand aufweisen, der die Meßempfindlichkeit
bzw. die Meßgenauigkeit
in an sich unerwünschter
Weise verringert. Dabei können
im Bedarfsfall geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Separate
optische Detektoren, die jeweils nur einen Teil der Fensterfläche überwachen,
sind somit nicht notwendig.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 ein
Blockbild der optischen Entfernungsmeßvorrichtung mit einer Unschärfedetektoreinrichtung
gemäß der Erfindung;
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2 ein
Flußdiagramm,
das den Ablauf zeigt, dem die Vorrichtung gemäß 1 zur Detektierung
der Unschärfe
in dem optischen Weg folgt;
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3 ein
Blockbild der optischen Entfernungsmeßvorrichtung mit einer anderen
Unschärfedetektoreinrichtung
gemäß der Erfindung;
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4 ein
Flußdiagramm,
das den Ablauf zeigt, dem die Vorrichtung von 3 zur
Detektierung der Unschärfe
in dem optischen Weg folgt;
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5 ein
Blockbild einer optischen Entfernungsmeßvorrichtung mit einer anderen
Unschärfedetektoreinrichtung
gemäß der Erfindung;
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6 ein
Flußdiagramm,
das den Ablauf zeigt, dem die Vorrichtung von 5 zur
Detektierung der Unschärfe
in dem optischen Weg folgt;
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7 ein
Blockbild einer optischen Entfernungsmeßvorrichtung mit einer weiteren
Unschärfedetektoreinrichtung
gemäß der Erfindung;
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8 ein
Flußdiagramm,
das den Ablauf zeigt, dem die Vorrichtung von 7 zur
Detektierung der Unschärfe
in dem optischen Weg folgt; und
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9 ein
Blockbild, das eine herkömmliche Unschärfedetektoreinrichtung
für eine
optische Entfernungsmeßvorrichtung
zeigt.
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In
den Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile oder Bereiche
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Nachstehend
werden die bevorzugten Ausführungsformen
der Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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1 ist
ein Blockbild einer optischen Entfernungsmeßvorrichtung mit einer Unschärfedetektoreinrichtung.
In 1 entsprechen die Lichtemissionseinheit 1,
die Lichtempfangseinheit 2, das Emissionsfenster 4 und
das Empfangsfenster 5 den gleichen Komponenten in 9.
Die Lichtemissionseinheit 1 hat daher eine Laserdiode 11,
einen Impulstreiberkreis 12 und eine Emissionslinse 13.
Die Laserdiode 11 wird von dem Impulstreiberkreis 12 erregt,
um gepulstes Laserlicht zu erzeugen, das von der Emissionslinse 13 konvergent
gemacht und in Vorwärtsrichtung
durch das Emissionsfenster 4 abgegeben wird. Das von einem
Objekt 7 reflektierte Licht wird von der Lichtempfangseinheit 2,
die eine Empfangslinse 21 und ein Lichtempfangselement 22 hat,
empfangen. Das durch das Empfangsfenster 5 empfangene reflektierte
Licht wird von der Empfangslinse 21 auf das Lichtempfangselement 22 konvergent
gemacht.
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Die
Verarbeitungsschaltung 3A umfaßt eine Entfernungsmeßeinrichtung 31,
eine Objektdetektoreinrichtung 32 und eine Unschärfedetektoreinrichtung 33.
Die Entfernungsmeßeinrichtung 31 mißt die Zeitdauer
zwischen der Emission und dem Empfang des Laserlichts und bestimmt
die Entfernung zum Objekt 7 auf der Basis der gemessenen
Zeitdauer unter Anwendung der obigen Formel. Auf der Basis des Ausgangswerts
des Lichtempfangselements 22 entscheidet die Objektdetektoreinrichtung 32,
ob ein Objekt 7 detektiert worden ist. Ferner bestimmt
die Unschärfedetektoreinrichtung 33 das
Verhältnis
der Zahl C2 von erfolglosen Meßversuchen
(d. h. von Meßversuchen,
durch die das Objekt 7 nicht detektiert wird) und der Gesamtzahl
C1 von Meßversuchen,
die von der Verarbeitungsschaltung 3A durchgeführt werden,
und auf der Basis des Verhältnisses C2/C1
bestimmt die Unschärfedetektoreinrichtung 33,
ob das Emissionsfenster 4 der Lichtemissionseinheit 1 und
das Empfangsfenster 5 der Lichtempfangseinheit 2 unscharf
bzw. verwischt sind. Die Einzelheiten der Operation der Unschärfedetektoreinrichtung 33 werden
nachstehend beschrieben. Es ist zu beachten, daß das Verhältnis C2/C1 der Frequenz von
erfolglosen Meßvorgängen über einen
vorbestimmten Zeitraum entspricht.
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Nachstehend
wird das Arbeitsprinzip der optischen Entfernungsmeßvorrichtung
von 1 und insbesondere der Unschärfedetektoreinrichtung beschrieben.
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Die
Entfernungsmeßeinrichtung 31 der
Verarbeitungsschaltung 3A bestimmt die Entfernung zum Objekt 7 auf
der Basis der Messung der Umlaufzeit des Laserlichts. Dabei mißt die Entfernungsmeßeinrichtung 31 die
Umlaufzeit des Laserlichts von der Lichtemissionseinheit 1 aus
zum Objekt 7 und von dort zurück zur Lichtempfangseinheit 2 und
berechnet dann unter Anwendung der obigen Formel (1) die Entfernung
zum Objekt 7.
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Das
von der Laserdiode 11 erzeugte Licht wird zwar von der
Emissionslinse 13 konvergent gemacht, aber der aus der
Lichtemissionseinheit 1 austretende Lichtkegel wird bei
der Ausbreitung des Lichts in Vorwärtsrichtung divergent. Somit
ist die Intensität
des auf das Objekt 7 gerichteten Lichts dem Quadrat der
Entfernung zwischen der optischen Entfernungsmeßvorrichtung und dem Objekt 7 umgekehrt
proportional. Gleichermaßen
divergiert das von dem Objekt 7 reflektierte Licht auf
seinem Rückweg zu
der optischen Entfernungsmeßvorrichtung.
Somit ist die Intensität
des Lichts, das an der Lichtempfangseinheit 2 empfangen
wird, relativ zu der Intensität
des vom Objekt 7 reflektierten Lichts dem Quadrat der Entfernung
zwischen dem Objekt 7 und der optischen Entfernungsmeßvorrichtung
umgekehrt proportional. Infolgedessen ist die Intensität des von
der Lichtempfangseinheit 2 empfangenen Lichts relativ zu
der Intensität
des von der Vorrichtung ausgesandten Lichts der vierten Potenz der
Entfernung zwischen der optischen Entfernungsmeßvorrichtung und dem Objekt 7 umgekehrt
proportional.
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Der
Wert des Ausgangssignals des Lichtempfangselements 22 entspricht
der Intensität
des empfangenen Lichts. Die Objektdetektoreinrichtung 32 vergleicht
den Wert des Ausgangssignals des Lichtempfangselements 22 mit
einem vorbestimmten Schwellenwert und beurteilt auf der Basis des
Vergleichsergebnisses, ob das Objekt 7 vorhanden ist. Somit
wird die Erfassung des Objekts 7 mit zunehmender Entfernung
davon schwieriger.
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Die
Unschärfe
oder Verwischung auf dem Emissionsfenster 4 oder dem Empfangsfenster 5 beeinflußt auch
die Empfindlichkeit der Objektdetektierung. Dabei verringert die
Unschärfe
in dem Lichtemissionsweg, d. h. die Unschärfe an dem Emissionsfenster 4,
die Intensität
des auf das Objekt 7 auftreffenden Lichts. Außerdem wird
durch die Unschärfe
in dem Lichtempfangsweg, d. h. die Unschärfe an dem Empfangsfenster 5,
die Intensität
des Lichts, das vom Lichtempfangselement 22 empfangen wird,
weiter verringert. Das Ausgangssignal des Lichtempfangselements 22 wird
dadurch verkleinert, und die Entfernung, die mit der Vorrichtung
gemessen werden kann, wird kürzer.
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Zur
weiteren Konkretisierung sei beispielsweise angenommen, daß die Verwischung
bzw. Unschärfe
gleichmäßig an den
Fenstern 4 und 5 der Lichtemissions- und Lichtempfangseinheiten 1 und 2 auftritt
und daß das
Lichtdurchlaßvermögen durch die
Fenster 4 und 5 um 50 % herabgesetzt ist. Dann wird
das Licht beim Aussenden durch das Emissionsfenster 4 um
50 % verringert. Das vom Objekt 7 reflektierte Licht wird
am Empfängerfenster 5 bei
Empfang weiter um 50 % verringert. Infolgedessen wird die Intensität des empfangenen
Lichts auf das 0,5 × 0,5
= 0,25 fache des normalen (unverwischten bzw. scharfen) Werts verringert.
Die Entfernung zu dem Objekt 7, die mit der Vorrichtung
gemessen werden kann, wird daher auf das 0,7 fache der normalerweise
meßbaren
Entfernung herabgesetzt, da 0,7 die vierte Wurzel (biquadratische
Wurzel) von 0,25 ist. Daher wird die meßbare Entfernung in bezug auf
die normalerweise meßbare
Entfernung um 30 % herabgesetzt.
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Die
meßbare
Entfernung ändert
sich daher proportional zu der Quadratwurzel des Durchlaßvermögens des
Lichtemissions- und Lichtempfangswegs. (Im vorstehenden Fall wird
beispielsweise die meßbare
Entfernung auf das 0,7 fache der Normalentfernung verringert, die
die Quadratwurzel des Durchlaßvermögens 0,5 des
Lichtwegs ist.) Die Unschärfe
an den Fenstern 4 und 5 wirkt sich nicht auf die
Detektierung des Objekts 7 aus, das sich in einer kurzen
Entfernung befindet. Die Detektierung des Objekts 7 in
großer
Entfernung wird jedoch infolge der Unschärfe unmöglich, und bei Meßversuchen gibt
die Entfernungsmeßeinrichtung 31 nur
dann das Resultat ab, wenn sich das Objekt 7 in kurzer
Entfernung befindet.
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Es
sei angenommen, daß die
optische Entfernungsmeßvorrichtung
von 1 am vorderen Teil eines Fahrzeugs angebracht
ist, um periodisch die Entfernung zu einem willkürlichen, davor befindlichen Objekt,
wie etwa einem vorausfahrenden Fahrzeug oder einem davor befindlichen
Hindernis zu messen. Dann sollen sich die Objekte, deren Entfernung
gemessen werden soll, willkürlich
in einer geringen und einer großen
Entfernung befinden. Wenn die Unschärfe oder Verwischung an den
Fenstern 4 und 5 die Vorrichtung für Objekte
in gröberer
Entfernung blind macht, wird das Zeitintervall, in dem keine Entfernungsmessung
durchgeführt
werden kann, länger. Wenn
die Messung periodisch in kurzen Intervallen erfolgt, kann das Verhältnis der
Zahl von erfolglosen Messungen (von Messungen, mit denen das Objekt nicht
detektiert wird) relativ zu der Gesamtzahl von Meßversuchen
als Index für
das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Unschärfe an den
Fenstern 4 und 5 genutzt werden. Wenn beispielsweise
das Verhältnis
von erfolglosen Messungen größer als oder
gleich 0,8 ist, kann entschieden werden, daß in dem optischen Weg eine
bedeutende Unschärfe
vorhanden ist (d. h. an den Fenstern 4 und 5 vorhanden ist).
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2 ist
ein Flußdiagramm,
das den Ablauf zeigt, dem die Vorrichtung von 1 folgt,
um die Unschärfe
im optischen Weg zu detektieren. Bei dem Ablauf von 2 werden
Messungen 1000 mal mit einer unveränderlichen Periode (z. B. 0,1
s) durchgeführt,
und wenn das Verhältnis
der erfolglosen Versuche (der Messungen, mit denen kein Objekt detektiert wird)
größer als
oder gleich 0,8 ist, wird das Unschärfe-Flag gesetzt, das die Anwesenheit
von Unschärfe in
dem optischen Weg bezeichnet. Der Ablauf von 2 wird von
der Verarbeitungsschaltung 3A von 1 wiederholt
alle 0,1 s ausgeführt.
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In
Schritt S11 wird der erste Zähler
C1 zum Zählen
der Zahl von Meßversuchen
inkrementiert. In Schritt S12 wird abgefragt, ob ein Objekt detektiert worden
ist. Wenn das Ausgangssignal des Lichtempfangselements 22 einen
vorbestimmten Wert überschreitet,
wird festgestellt, daß ein
Objekt detektiert worden ist. Andernfalls wird festgestellt, daß kein Objekt
detektiert worden ist. Wenn die Antwort in Schritt S12 positiv ist
(d. h. wenn kein Objekt detektiert worden ist), geht der Ablauf
zu Schritt S13 weiter, in dem der zweite Zähler C2 zum Zählen der
Zahl von erfolglosen Meßversuchen
inkrementiert wird. Der Zählerstand
des zweiten Zählers
C2 entspricht der Länge des
Zeitintervalls, gemessen in Einheiten von 0,1 s, in dem kein Objekt
detektiert wird. Nach Schritt S13 geht der Ablauf zu Schritt S14
weiter. Wenn dagegen die Antwort in Schritt S12 negativ ist (d.
h. wenn ein Objekt detektiert worden ist), geht der Ablauf direkt zu
Schritt S14 weiter.
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In
Schritt S14 wird auf den ersten Zähler C1 Bezug genommen und
abgefragt, ob der Zählstand des
ersten Zählers
C1 größer als
oder gleich 1000 ist. Da der Inhalt des ersten Zählers C1 alle 0,1 s inkrementiert
wird, bedeutet Schritt S14 eine Abfrage, ob die laufende Gesamtsumme
der Meßzeitdauern
größer als
oder gleich 100 s (= 0,1 Sekunden × 1000) ist. Wenn die Antwort
in Schritt S14 negativ ist, wird der Ablauf von 2 beendet,
und es erfolgt ein Rücksprung
zu Schritt S11 im nächsten
Ausführungszyklus.
Somit werden die Schritte S11 bis S14 tausendmal wiederholt, bis
der Zählstand
im ersten Zähler
C1 größer als
oder gleich 1000 wird, wobei der zweite Zähler C2 bei jeder erfolglosen
Detektierung eines Objekts inkrementiert wird.
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Wenn
die Beurteilung in Schritt S14 schließlich positiv wird (d. h. bei
C1 ≥ 1000),
geht der Ablauf zu Schritt S15 weiter, in dem das Verhältnis C2/C1 der
beiden Zähler
berechnet wird. Das Verhältnis C2/C1
entspricht dem Verhältnis
der Länge
von erfolglosen Meßintervallen
zu der Meßdauergesamtlänge. Das
Verhältnis
C2/C1 liefert daher eine Anzeige dafür, ob eine wesentliche Unschärfe im optischen Weg
vorhanden ist. In Schritt S16 wird abgefragt, ob das Verhältnis C2/C1
kleiner als 0,8 ist. Wenn die Antwort in Schritt S16 positiv ist
(d. h. bei C2/C1 < 0,8),
geht der Ablauf zu Schritt S17 weiter, in dem das Unschärfe-Flag
gelöscht
wird, um anzuzeigen, daß die
Unschärfe
vernachlässigbar
ist. Wenn dagegen die Antwort in Schritt S16 negativ ist (bei C2/C1 ≥ 0,8), geht
der Ablauf zu Schritt S18 weiter, in dem das Unschärfe-Flag
gesetzt wird, um anzuzeigen, daß eine
erhebliche Unschärfe
vorhanden ist und die Meßleistung
der Vorrichtung beeinträchtigt
ist.
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In
der vorstehenden Beschreibung wird der Ablauf von 2 alle
0,1 s ausgeführt,
und das Unschärfe-Flag
wird alle 100 s (= 0,1 Sekunden × 1000) gesetzt. Die Meßperiode
(d. h. 0,1 s) und die Gesamtzahl der Messungen (d. h. 1000) sind
beispielhafte Werte und können
modifiziert werden, um für eine
spezielle Anwendung am besten geeignet zu sein. Ferner kann die
zeitliche Länge
von Meßversuchen
direkt mittels Zeitgebern gemessen werden. Außerdem kann auch der Schwellenwert
der Unschärfedetektierung
(d. h. der Schwellenwert von 0,8, der in Schritt S16 angewandt wird)
modifiziert werden, um einer bestimmten Anwendung zu entsprechen.
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3 ist
ein Blockbild einer optischen Entfernungsmeßvorrichtung mit einer weiteren
Ausführungsform
der Unschärfedetektoreinrichtung. 4 ist
ein Flußdiagramm,
das den Ablauf zeigt; dem die Vorrichtung von 3 folgt,
um die Unschärfe
im optischen Weg zu detektieren. Wenn die Unschärfe im optischen Weg einen
vorbestimmten Wert überschreitet,
können
Objekte, die weiter als eine vorbestimmte Strecke (z. B. 50 m) entfernt
sind, nicht mehr detektiert werden. Bei der Ausführungsform von 3 wird
daher ein Unschärfedetektieralarm
erzeugt, wenn die detektierte Entfernung 100 mal nacheinander kleiner
als 50 m ist (ohne Unterbrechung durch Messungen einer Entfernung
von mehr als oder gleich 50 m).
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Die
optische Entfernungsmeßvorrichtung von 3 gleicht
derjenigen von 1 mit Ausnahme des Aufbaus der
Verarbeitungsschaltung 3B, die einen Zähler 34 sowie eine
Entfernungsmeßeinrichtung 31 und
eine Unschärfedetektoreinrrichtung 33 aufweist.
Der Ablauf von 4 wird 100 mal, beispielsweise
alle 0,1 s wiederholt.
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In
Schritt S21 wird abgefragt, ob ein Objekt detektiert wird. Wenn
die Antwort in Schritt S21 negativ ist (d. h. wenn kein Objekt detektiert
wird), geht der Ablauf direkt zu Schritt S25 weiter. Wenn dagegen die
Antwort in Schritt S21 positiv ist, geht der Ablauf zu Schritt S22,
in dem die Entfernung zum Objekt 7 gemessen und abgefragt
wird, ob die Entfernung kürzer
als 50 m ist. Bei positiver Antwort in Schritt S22 (wenn die gemessene
Entfernung kürzer
als 50 m ist), geht der Ablauf zu Schritt S23 weiter, in dem der Zähler 34,
der die Zahl der aufeinanderfolgenden Messungen einer Entfernung
von weniger als 50 m speichert, inkrementiert wird. Wenn dagegen
in Schritt S22 die Antwort negativ ist, geht der Ablauf zu Schritt
S24, in dem der Zähler 34 gelöscht (d.
h. auf Null rückgesetzt)
wird.
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In
Schritt S25 wird abgefragt, ob der Zählstand C im Zähler 34 kleiner
als 100 ist. Wenn er kleiner als 100 ist, kann es der Fall sein,
daß die
Aufeinanderfolge von Messungen einer Entfernung von weniger als
50 m, deren Zahl im Zähler 34 gespeichert ist,
nur zufällig
stattgefunden hat und daß zukünftig eine
Entfernung von mehr als oder gleich 50 m immer noch detektiert werden
kann. Wenn also die Antwort in Schritt S25 positiv ist (d. h. bei
C < 100), geht
der Ablauf zu Schritt S26, in dem keine Unschärfe detektiert wird. Wenn dagegen
in Schritt S25 die Antwort negativ ist (d. h. bei C ≥ 100), geht
der Ablauf zu Schritt S27 weiter, in dem der Unschärfedetektieralarm
von einer Alarmeinrichtung (nicht gezeigt) erzeugt wird.
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Die
Vorrichtung nach 3 detektiert also die Unschärfe, wenn
die gemessene Entfernung 100 mal nacheinander kleiner als 50 m ist.
Der Schwellenwert der Entfernung (d. h. 50 m) und der Schwellenwert
(d. h. 100 mal) der ununterbrochenen Entfernungsmessungen einer
den Schwellenwert unterschreitenden Entfernung kann nach Maßgabe der gewünschten
Ansprechgeschwindigkeit und der Genauigkeit der Unschärfedetektierung
modifiziert werden.
-
5 ist
ein Blockbild einer optischen Entfernungsmeßvorrichtung mit noch einer
anderen Ausführungsform
der Unschärfedetektoreinrichtung. 6 ist
ein Flußdiagramm,
das den Ablauf zeigt, dem die Vorrichtung von 5 folgt,
um eine Unschärfe
im optischen Weg zu detektieren. Die optische Entfernungsmeßvorrichtung
von 5 gleicht derjenigen von 3 mit der
Ausnahme, daß die Verarbeitungsschaltung 3C einen
Objektidentitätsdetektor 35 sowie
eine Entfernungsmeßeinrichtung 31, einen
Zähler 34 und
eine Unschärfedetektoreinrichtung 33 aufweist.
-
Der
Objektidentitätsdetektor 35 bestimmt,
ob das Objekt 7, dessen Entfernung im aktuellen Meßzyklus
gemessen wird, mit dem Objekt 7 identisch ist, dessen Entfernung
im vorhergehenden Meßzyklus gemessen
wurde. Es sei angenommen, daß das
Objekt 7, dessen Entfernung gemessen wird, ein Objekt (z.
B. ein vorausfahrendes Fahrzeug) ist, das sich vor dem Fahrzeug
befindet, an dem die optische Entfernungsmeßvorrichtung angebracht ist.
Ferner sei angenommen, daß die
relative Geschwindigkeit des Objekts 7 zu der optischen
Entfernungsmeßvorrichtung
konstant ist und die Messungen mit einer unveränderlichen Periode (von z.
B. 0,1 s) vorgenommen werden. Dann ist die Änderung der relativen Bewegung
der Objekts 7 gegenüber
dem aktuellen und dem vorhergehenden Meßzyklus normalerweise vernachlässigbar
klein, wenn das aktuell gemessene Objekt 7 mit dem Objekt 7 des
vorhergehenden Meßzyklus
identisch ist. Wenn jedoch das aktuelle Objekt 7 mit dem
vorhergehenden Objekt 7 nicht identisch ist, weicht die Änderung
der relativen Bewegung des Objekts 7 gegenüber dem
aktuellen und dem vorhergehenden Meßzyklus erheblich von Null
ab. Somit bestimmt der Objektidentitätsdetektor 35, daß das Objekt 7 des
aktuellen Meßzyklus
mit dem des vorhergehenden Meßzyklus
identisch ist, wenn die Änderung
der relativen Bewegung des Objekts 7 gegenüber dem
aktuellen und dem vorhergehenden Meßzyklus Null (oder vernachlässigbar
klein) ist. Im Fall der vorliegenden Ausführungsform wird die Entfernung
alle 0,1 s gemessen.
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Die Änderung
der relativen Bewegung des Objekts 7 gegenüber dem
aktuellen und dem vorhergehenden Meßzyklus kann wie folgt ermittelt
werden. Die aktuelle und die vorhergehende Messung der Entfernung
zum Objekt 7 sollen mit Dn bzw. Dn-1 bezeichnet werden.
Dann ergibt sich die relative Bewegung des Objekts 7 für den aktuellen
Meßzyklus durch
die Differenz (Dn – Dn-1).
Ferner soll die der Messung Dn-1 unmittelbar vorhergehende Messung mit
Dn-2 bezeichnet werden. Dann ergibt sich die relative Bewegung des
Objekts 7 für
den vorhergehenden Meßzyklus
durch die Differenz (Dn-1 – Dn-2). Somit
ergibt sich die Änderung
der relativen Bewegung des Objekts 7 gegen über dem
aktuellen und dem vorhergehenden Meßzyklus wie folgt: (Dn – Dn-1) – (Dn-1 – Dn-2).
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Der
Ablauf von 6 gleicht demjenigen von 4 mit
Ausnahme des zusätzlichen
Schritts S22a nach der positiven Antwort von Schritt S22. Wenn in Schritt
S22 die Antwort positiv ist (d. h. wenn die gemessene Entfernung
kleiner als 50 m ist), geht der Ablauf zu Schritt S22a, in dem der
Objektidentitätsdetektor 35 abfragt,
ob das Objekt 7, dessen Entfernung im aktuellen Meßzyklus
gemessen wird, mit dem Objekt 7 identisch ist, dessen Entfernung
im vorhergehenden Meßzyklus
gemessen wurde. Wenn in Schritt S22a die Antwort negativ ist (wenn
das Objekt 7 nicht identisch ist), geht der Ablauf zu Schritt
S23, in dem der Zähler 34 inkrementiert
wird. Wenn in Schritt S22a die Antwort positiv ist, geht der Ablauf
direkt zu Schritt S25. Mit Ausnahme des Schritts 22a sind
die Schritte S21 bis S27 die gleichen wie in 4.
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Gemäß dem Ablauf
von 6 wird also der Zähler 34 nur dann inkrementiert,
wenn die Entfernung zu einem Objekt, das von dem vorher gemessenen
Objekt verschieden ist, geringer als 50 m ist. Wenn das aktuelle
Objekt 7 mit dem vorhergehenden Objekt identisch ist, wird
der Zähler 34 nicht
inkrementiert. Auch wenn daher die Entfernung zu ein und demselben
Objekt 7, das in einer Entfernung von weniger als 50 m
liegt, wiederholt über
einen längeren Zeitraum
gemessen wird, wird der Zähler 34 nicht
inkrementiert, und somit wird in Schritt S27 kein falscher Unschärfedetektieralarm
erzeugt.
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7 ist
ein Blockbild einer optischen Entfernungsmeßvorrichtung mit einer weiteren
Ausführungsform
der Unschärfedetektoreinrichtung. 8 ist
ein Flußdiagramm,
das den Ablauf zeigt, dem die Vorrichtung von 7 folgt,
um eine Unschärfe
im optischen Weg zu detektieren.
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Die
optische Entfernungsmeßvorrichtung von 7 gleicht
derjenigen von 3 mit der Ausnahme, daß die Verarbeitungsschaltung 3D eine Schwellenwert-Modifizierungseinrichtung 36 zusätzlich zu
einer Entfernungsmeßeinrichtung 31,
einer Unschärfedetektoreinrichtung 33 und
einem Zähler 34 aufweist.
Der Ablauf von 8 gleicht ferner demjenigen
von 4, wobei die Schritte S31, S32 und S35 bis S40
von 8 den Schritten S21-S27 von 4 entsprechen.
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Allerdings
wird in Schritt S39 und S40 in 8 das Unschärfe-Flag
nach Maßgabe
des Abfrageresultats in Schritt S38 gelöscht bzw. gesetzt. Dabei wird
in Schritt S38 abgefragt, ob der Inhalt des Zählers 34 kleiner als
100 ist, und bei positiver Antwort (d. h. wenn der Inhalt des Zählers 34 kleiner
als 100 ist) geht der Ablauf zu Schritt S39, in dem das Unschärfe-Flag
zur Anzeige der Detektierung einer Unschärfe gelöscht wird. Wenn dagegen die
Antwort in Schritt S38 negativ ist, geht der Ablauf zu Schritt S40,
in dem das Unschärfe-Flag gesetzt wird.
Nach einer positiven Antwort in Schritt S31 wird ferner der Entfernungs-Schwellenwert
in den Schritten S32 bis S34 modifiziert, bevor der Ablauf zu Schritt
S35 weitergeht.
-
Dabei
wird in Schritt S32 von der Schwellenwert-Modifizierungseinrichtung 36 abgefragt,
ob das Unschärfe-Flag
gelöscht
ist. Bei positiver Antwort in Schritt S32 (d. h. wenn das Unschärfe-Flag
rückgesetzt
ist) geht der Ablauf zu Schritt S33 weiter, wobei dem im vorhergehenden
Schritt S34 verwendeten Schwellenwert der erste Wert von 50 m zugeordnet wird.
Wenn dagegen in Schritt S32 die Antwort negativ ist, geht der Ablauf
zu Schritt S34 weiter, wobei dem im folgenden Schritt S35 verwendeten
Schwellenwert der zweite Wert von 60 m zugeordnet wird. In Schritt
S35 wird abgefragt, ob die gemessene Entfernung kleiner als der
in Schritt S33 oder Schritt S34 gewählte Schwellenwert ist.
-
Bei
dem Ablauf von 8 bleibt daher der in Schritt
S35 verwendete Schwellenwert gleich 50 m, bis der Inhalt des Zählers 34 100
erreicht und das Unschärfe-Flag
gesetzt wird. Nachdem jedoch in Schritt S40 das Unschärfe-Flag
gesetzt. wurde, wird der bei der Abfrage von Schritt S35 verwendete
Schwellenwert auf 60 m erhöht,
so daß der
Zähler 34 in
Schritt S37 nur dann gelöscht
wird, wenn erfolgreich eine Entfernung von mehr als oder gleich
60 m gemessen wird. Wenn also das Unschärfe-Flag einmal gesetzt ist,
wird es nur gelöscht,
wenn eine Entfernung von größer als
oder gleich 60 m erfolgreich gemessen wird.
-
Die
Modifizierung des Schwellenwert vom ersten Wert (d. h. 50 m) zum
zweiten Wert (d. h. 60 m) beim Setzen des Unschärfe-Flags führt zu einer Hysterese-Charakteristik
beim Setzen und Löschen des
Unschärfe-Flags.
Es sei beispielsweise angenommen, daß eine geringfügig über dem
ersten Schwellenwert liegende Entfernung (z. B. 52 m) kurzzeitig
gemessen wird, nachdem das Unschärfe-Flag gesetzt
wurde. Wenn der Schwellenwert nicht modifiziert ist, wird das Unschärfe-Flag
durch die Messung sofort gelöscht.
Somit kann das Unschärfe-Flag zwischen dem
gesetzten und dem gelöschten
Zustand schwanken. Bei dem Ablauf nach 8 wird jedoch der
Schwellenwert auf einen zweiten Wert (d, h. 60 m) modifiziert, der
um einen vorbestimmten Spielraum größer als der erste Wert (d.
h. 50 m) ist. Somit löst
die Messung einer Entfernung, die geringfügig über dem ersten Schwellenwert
liegt (z. B.
-
52
m), kein Löschen
des Unschärfe-Flags aus.
Die Unschärfedetektierung
wird dadurch stabilisiert.
-
Der
zweite Schwellenwert ist jedoch ausreichend niedrig, um das Unschärfe-Flag
bei Entfernen der Unschärfe
zu löschen.
Angenommen, daß nach dem
Setzen des Unschärfe-Flags
die Unschärfe
entweder manuell beseitigt oder vom Regen abgewaschen wird. Dann
wird eine Entfernung, die größer als
oder gleich 60 m ist, wieder meßbar,
und die Antwort in Schritt S35 wird bald negativ (d. h. die Messung
wird größer als
oder gleich wie der zweite Schwellenwert), so daß der Zähler 34 rückgesetzt wird.
Die Antwort in Schritt S38 wird daher positiv, und das Unschärfe-Flag
wird in Schritt S39 gelöscht. Danach
wird die Antwort in Schritt S32 positiv, und der Schwellenwert kehrt
zum ersten Wert (d. h. 50 m) zurück.
-
Die
Parameter des Ablaufs von 8, wie etwa
der erste und der zweite Schwellenwert, die in Schritt S35 verwendet
werden, können
modifiziert werden, damit sie für
den Anwendungsfall nach Maßgabe
der gewünschten
Ansprechgeschwindigkeit und Präzision
geeignet sind. Wenn beispielsweise die Zahl der aufeinanderfolgenden
Messungen einer Entfernung, die kleiner als der erste Schwellenwert ist,
der in Schritt S38 zum Setzen des Unschärfe-Flags genutzt wird, zunimmt,
wird die Zuverlässigkeit
der Unschärfedetektierung
verbessert.
-
Legende für 1:
- 7
- Objekt
- 12
- Impulstreiber
- 31
- Entfernungsmesser
- 32
- Objektdetektor
- 33
- Unschärfedetektor
-
Legende für 2:
-
- Start
- S11
- C1
inkrementieren
- S12
- Kein
Objekt detektiert?
- S13
- C2
inkrementieren
- S14
- C1 ≥ 1000?
- S15
- Verhältnis C2/C1
berechnen
- S16
- C2/C1 < 0,8?
- S17
- Unschärfe-Flag
löschen
- S18
- Unschärfe-Flag
setzen
-
- Yes
= Ja
-
- No
= Nein
-
- Ende
-
Legende für 3:
- 7
- Objekt
- 12
- Impulstreiber
- 31
- Entfernungsmesser
- 34
- Zähler
- 33
- Unschärfedetektor
-
Legende für 4:
-
- Start
- S21
- Objekt
detektiert?
- S22
- Entfernung
unter 50 m?
- S23
- Zähler inkrementieren
- S24
- Zähler löschen
- S25
- Zähler unter
100?
- S26
- keine
Unschärfe
detektiert
- S27
- Unschärfedetektierungs-Alarm
-
- Yes
= Ja
-
- No
= Nein
-
- Ende
-
Legende für 5:
- 7
- Objekt
- 12
- Impulstreiber
- 31
- Entfernungsmesser
- 35
- Objektidentitätsdetektor
- 34
- Zähler
- 33
- Unschärfedetektor
-
Legende für 6:
-
- Start
- S21
- Objekt
detektiert?
- S22
- Entfernung
unter 50 m?
- S22a
- Objekt
identisch?
- S23
- Zähler inkrementieren
- S24
- Zähler löschen
- S25
- Zähler unter
100?
- S26
- keine
Unschärfe
detektiert
- S27
- Unschärfedetektierungs-Alarm
-
- Yes
= Ja
-
- No
= Nein
-
- Ende
-
Legende für 7:
- 7
- Objekt
- 12
- Impulstreiber
- 31
- Entfernungsmesser
- 34
- Zähler
- 33
- Unschärfedetektor
- 36
- Schwellenwert-Modifizierer
-
Legende für 8:
-
- Start
- S31
- Objekt
detektiert?
- S32
- Unschärfe-Flag
gelöscht?
- S33
- Schwellenwert
= 50 m
- S34
- Schwellenwert
= 60 m
- S35
- Mebwert < Schwellenwert?
- S36
- Zähler inkrementieren
- S37
- Zähler löschen
- S38
- Zähler unter
100?
- S39
- Unschärfe-Flag
löschen
- S40
- Unschärfe-Flag
setzen
-
- Yes
= Ja
-
- No
= Nein
-
- Ende
-
Legende für 9:
- 62
- Unschärfeverarbeitungsschaltung
- 12
- Impulstreiber
- 1
- Emissionseinheit
- 2
- Empfangseinheit
- 3
- Verarbeitungsschaltung