DE4433082A1

DE4433082A1 - Entfernungsmeßvorrichtung

Info

Publication number: DE4433082A1
Application number: DE4433082A
Authority: DE
Inventors: Masahira Akasu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2014-09-17
Also published as: DE4433082B4; JPH0784045A; JP3042278B2; US5552893A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entfernungsmeßvorrichtung, welche eine Abtastung mit einem Laserstrahl in einer Richtung durchführt und das von einem Objekt in der genannten Richtung reflektierte Licht empfängt, um auf der Grundlage des empfangenen Lichtsignals die Entfernung zu dem Objekt zu berechnen.

Als Beispiel für eine derartige Entfernungsmeßvorrichtung wird in der japanischen Veröffentlichung eines geprüften Patents Nr. Sho. 55-1555 eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche von einer Lichtquelle ausgesandtes Laserlicht in der Horizontalrichtung durch ein optisches System einschränkt, um einen elliptischen oder rechteckigen Laserstrahl auszubilden, der in der Vertikalrichtung vergrößert ist, und eine Abtastung mit dem sich ergebenden Laserstrahl in Horizontalrichtung in einem festen Zeitraum durchführt, um die Entfernung zu einem Objekt in Strahlrichtung für den Abtastwinkel zu messen.

Die japanische Veröffentlichung eines geprüften Patents Nr. Sho. 61-54187 schlägt eine Vorrichtung vor, welche eine Rasterabtastung eines Gesichtsfeldes mit einem Laserstrahl durch eine X-Y-Abtastvorrichtung durchführt, um zweidimensional eine Entfernung zu messen.

Wenn bei einer derartigen Entfernungsmeßvorrichtung eine Entfernungsmessung in mehreren Richtungen erfolgen soll, so ist es zur Durchführung der Entfernungsmessung in sämtlichen gewünschten Richtungen erforderlich, die Messung der Entfernung in einer Richtung so häufig durchzuführen, wie dies der Anzahl der Richtungen entspricht. Im allgemeinen ist für das Aussenden eines Laserstrahls von einer Lichtquelle ein verhältnismäßig langer Zeitraum erforderlich infolge mehrerer elektrischer Einschränkungen. Es wird Zeit für eine große Anzahl von Projektionen, also bei der Entfernungsmessung, benötigt. Tatsächlich muß der Abtastmechanismus, welcher dazu dient, den Strahl in eine vorbestimmte Richtung zu richten, so häufig angetrieben werden, wie dies der Unterteilung auf verschiedene Richtungen entspricht. Die Durchführung der Entfernungsmessung für sämtliche Richtungen benötigt daher eine beträchtliche Zeit.

Eine derartige Art einer Entfernungsmeßvorrichtung ist beispielsweise in einem Fahrzeug angebracht, etwa in dessen Fahrtrichtung, um gleichzeitig mehrere vorausfahrende Fahrzeuge und/oder Hindernisse auf einer Straße zu erfassen, um hierdurch diese voraus fahrenden Fahrzeuge festzustellen oder eine Warnung bezüglich der Hindernisse auszugeben. Da das Fahrzeug und die voraus fahrenden Fahrzeuge sich in Bewegung befinden, erfahren die Objekte (vorausfahrende Fahrzeuge, Hindernisse usw.) im Gesichtsfeld vor dem betreffenden Fahrzeug eine wesentliche Verschiebung während der Entfernungsmessung, wenn die Entfernungsmessung viel Zeit erfordert. Dies führt dazu, daß eine Erfassung der Entfernungen zu den Objekten und eine zeitliche Änderung der Abtastrichtungen verzögert wird. Dies führt zu einer Verzögerung der Erkennung der Fahrzeuge und Hindernisse oder sogar zu einer fehlerhaften Erfassung, so daß fehlerhafte Warnungen ausgegeben werden. Daher ist es möglich, daß in der Praxis eine voranstehend beschriebene Vorrichtung gar nicht eingesetzt werden kann.

Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung derartiger Schwierigkeiten entwickelt und soll eine Abtast- Entfernungsmeßvorrichtung zur Verfügung stellen, weiche eine Entfernungsmessung mit hoher Geschwindigkeit in mehreren Richtungen durchführen kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Entfernungsmeßvorrichtung vorgeschlagen, welche mehrere Laserstrahlen in unterschiedlichen Richtungen aussendet und das von jedem Objekt reflektierte Licht in den jeweiligen Strahlrichtungen empfängt, um die jeweilige Entfernung zu berechnen, wobei die mehreren Laserstrahlen gleichzeitig ausgestrahlt werden, um die Entfernungen zu den Objekten in den jeweiligen Strahlrichtungen zu messen.

Bei dieser Entfernungsmeßvorrichtung, welche mehrere Laserstrahlen in unterschiedlichen Richtungen aussendet und das von jedem Objekt in den jeweiligen Strahlrichtungen reflektierte Licht empfängt, um die jeweiligen Entfernungen zu berechnen, führt die Entfernungsmeßvorrichtung eine Abtastung der mehreren Laserstrahlen in derselben Richtung durch wie in deren Ausrichtungsrichtung, um die Entfernung in jeder Strahlrichtung zu messen.

Weiterhin führt bei der Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher mehrere Laserstrahlen in unterschiedlichen Richtungen ausgesandt werden und das von jedem Objekt reflektierte Licht jeweils in der Strahlrichtung empfangen wird, um die jeweilige Entfernung zu berechnen, die Entfernungsmeßvorrichtung eine Abtastung der mehreren Laserstrahlen in Richtungen orthogonal zu ihrer jeweiligen Ausrichtungsrichtung durch, um die Entfernung in jeder Strahlrichtung zu messen.

Weiterhin sendet die Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung die mehreren Laserstrahlen in unterschiedlichen, getrennten Richtungen aus, so daß sie einander nicht überlappen, und hierbei erfolgt die Abtastung mit den jeweiligen Laserstrahlen auf solche Weise, daß die Intervalle zwischen den Strahlen interpoliert werden.

Weiterhin sendet die Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung die mehreren Laserstrahlen in unterschiedlichen, getrennten Richtungen aus, so daß sie einander nicht überlappen, und führt dann eine Abtastung mit den jeweiligen Laserstrahlen auf solche Weise durch, daß die Intervalle zwischen ihnen interpoliert werden, und verschiebt daraufhin die Abtastung auf die äußerste, benachbarte Position des nächsten vorherigen Abtastzustandes.

Weiterhin unterteilt die Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung jedes Intervall zwischen zwei benachbarten Laserstrahlen von N-Laserstrahlen in Intervalle, die ganzzahlige Vielfache und weniger als das Quadrat von N oder eine Primzahl von N ungleich 1 betragen, und führt die Abtastung auf solche Weise durch, daß die Verschiebung der unterteilten N-Intervalle als eine Abtastung erfolgt.

Bei der Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Zeitraum für eine Abtastung auf einen Bruchteil der Anzahl der mehreren Strahlen verringert werden.

Darüber hinaus kann mit der Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine eindimensionale Entfernungsmessung in einer Abtastrichtung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.

Weiterhin läßt sich mit der Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung mit hoher Geschwindigkeit eine zweidimensionale Entfernungsmessung durchführen.

Darüber hinaus kann bei der Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung ein optisches System zur Erzeugung mehrerer Laserstrahlen verkleinert werden.

Weiterhin kann bei der Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung ein optisches System zur Erzeugung mehrerer Laserstrahlen verkleinert werden, und es ergeben sich mehr Freiheiten beim Entwurf des optischen Systems.

Schließlich können bei der Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung die Intervalle zwischen mehreren Laserstrahlen wirksam gefüllt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht des Aufbaus einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung des Betriebsablaufs der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung des Betriebs der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Darstellung des Betriebs einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Darstellung des Betriebs einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine Darstellung des Betriebs einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 8 eine Darstellung des Betriebs der fünften Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 3 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Laserlichtquelle zum Aussenden von Laserstrahlen in drei Richtungen. Die Lichtquelle 1 weist Laserdioden 11, 12 und 13 auf, die im Abstand von 1 mm angeordnet sind und impulsförmiges Laserlicht aussenden, sowie eine Sammellinse 14, die eine Brennweite von 115 mm aufweist und das gepulste Licht sammelt, welches von den Laserdioden 11, 12 und 13 ausgesandt wird. Mit der Bezugsziffer 2 ist eine Abtastvorrichtung bezeichnet, die einen Spiegel 21 zum Reflektieren von Laserstrahlen aufweist, die von der Laserlichtquelle 1 ausgesandt werden, sowie einen Schrittmotor 22 zum Verschwenken/Antreiben des Spiegels 21, um eine Abtastung mit den Laserstrahlen zu erreichen. Mit der Bezugsziffer 3 ist eine Lichtempfangsvorrichtung bezeichnet, die zum Empfang des gepulsten Lichtes dient, welches von Objekten reflektiert wird und von diesen zurückkehrt, wenn die impulsförmigen Laserstrahlen, welche von den Laserdioden 11, 12 und 13 ausgesandt werden, die Abtastung durchführen und auf die Objekte auftreffen, und weiterhin dient die Lichtempfangsvorrichtung zur Umwandlung des empfangenen Lichtes in ein elektrisches Signal.

Die Bezugsziffer 4 bezeichnet eine Bearbeitungsvorrichtung zur Berechnung der Entfernung in jeder der Richtungen, durch Messen der Zeit für die Hin- und Herbewegung des reflektierten, gepulsten Lichtes, welches von der Lichtempfangsvorrichtung 3 empfangen wird, auf der Grundlage des Betriebs der Laserdioden 11, 12 und 13 der Laserlichtquelle 1, des Antriebs des Schrittmotors 22 der Abtastvorrichtung 2 und der gepulsten Lichtaussendezeiten der Laserdioden 11, 12 und 13.

Nachstehend wird der Betrieb der auf diese Weise aufgebauten, ersten Ausführungsform erläutert. Wie durch 11T, 12T und 13T in Fig. 2 angegeben ist, führt die Bearbeitungsvorrichtung 4 einen sequentiellen Impulsantrieb der Laserdioden 11, 12 und 13 der Laserlichtquelle 1 in einem Zeitraum von 100 µs in Zeitintervallen durch, die um 33 µs gegeneinander verschoben sind, um so die Impulse auszusenden, die eine sehr geringe Zeitdauer von etwa 300 ns aufweisen. Das gepulste Laserlicht, welches aufeinanderfolgend von den Laserdioden 11, 12 und 13 ausgesandt wird, besteht im allgemeinen aus Strahlen, die nur schwach gerichtet sind. Allerdings werden diese Strahlen durch die Sammellinse 14 so gesammelt, daß drei im wesentlichen parallele Strahlen erzeugt werden, deren Richtungen nur eine Winkeldifferenz von tan^-1 (1/115) = 0,5° aufweisen. In der Abtastvorrichtung 2 ist der Spiegel 21 so angeordnet, daß die gesammelten drei Laserstrahlen bei annähernd 45° auftreffen. Die Welle des Spiegels 21, die orthogonal zur Ausrichtungsrichtung der drei Laserstrahlen verläuft, wird durch den Schrittmotor 22 angetrieben. Ein Schrittwinkel des Schrittmotors 22 beträgt 0,75°, so daß sich in jedem Schritt der Spiegel 21 um 0,75° dreht. Die gepulsten Laserlichtstrahlen, die von dem Spiegel 21 reflektiert werden, werden daher in ihrer Strahlrichtung um etwa 1,5° abgelenkt, also das Doppelte des Drehwinkels des Spiegels 21. Die von dem Spiegel 21 reflektierten Laserstrahlen werden von (nicht gezeigten) Objekten reflektiert und treffen auf die Lichtempfangsvorrichtung 3 als reflektiertes, gepulstes Licht auf. Die Signalformen des reflektierten, impulsförmigen Lichtes entsprechend den drei Laserstrahlen sind in Fig. 2 mit 11R, 12R und 13R bezeichnet. Die Lichtempfangsvorrichtung 3 wandelt das reflektierte, gepulste Licht in ein elektrisches Signal um, welches der Bearbeitungsvorrichtung 4 zugeführt wird. Die Bearbeitungsvorrichtung 4 ermittelt die Zeit Δt, also den Zeitraum vom Aussenden des gepulsten Lichtes von beispielsweise der Laserdiode 11 bis zu dem Zeitpunkt, wenn das reflektierte, gepulste Licht von der Lichtempfangsvorrichtung 3 empfangen wird. Die Bearbeitungsvorrichtung 4 multipliziert die Hälfte der Zeit Δt mit der Lichtgeschwindigkeit (ca. 3 × 10⁸ m/s), um die Entfernung zu einem Objekt zu berechnen. Auf entsprechende Weise wird das reflektierte, impulsförmige Licht von der Lichtempfangsvorrichtung 3 empfangen, welches dem impulsförmigen Licht entspricht, das von den Laserdioden 12 und 13 ausgesandt wurde. Die Entfernung in der jeweiligen Richtung wird durch die Bearbeitungsvorrichtung 4 berechnet. Wie voranstehend geschildert, senden die Laserdioden 11, 12 und 13 Licht in Intervallen von 100 µs aus, so daß das reflektierte Licht für jeden der Strahlen von dem der anderen Strahlen leicht zeitlich unterschieden werden kann. Kurz gesagt, wird die Entfernung in jeder Strahlrichtung in Intervallen von 100 µs gemessen. Diese Messung wird für jeden Strahl zehnmal bei einem Abtastschritt in der Abtastvorrichtung 2 wiederholt. Der Mittelwert der zehnfach gemessenen Entfernungen wird als die Meßentfernung in einer Richtung verwendet, um die Verläßlichkeit der Entfernungsdaten zu verbessern. Daher beträgt die Meßzeit für einen Abtastschritt etwa 1 ms. Wird die Abtastung in Fig. 3 von links nach rechts durchgeführt, in insgesamt zehn Schritten, so kann unter Berücksichtigung der Tatsache, daß für jeden Schritt drei Richtungen vorgesehen sind, die Entfernungsmessung in insgesamt 30 Richtungen in 10 ms durchgeführt werden. Das Gesichtsfeld, welches in dieser Zeit erhalten wird, beträgt 15°, nämlich 1,5° × 10 (Schrittzahl).

Da die Entfernungsmessung in drei Richtungen praktisch gleichzeitig ausgeführt wird (in kleinen Zeitintervallen von 33 µm, unter Verwendung der Laserlichtquelle 1 mit den Laserdioden 11, 12 und 13, so kann die Bearbeitungsvorrichtung 4 die Entfernungsmessung in insgesamt 30 Richtungen durchführen, wenn die Abtastvorrichtung 2 die Strahlabtastung in zehn Schritten durchführt. Daher läßt sich eine Entfernungsmeßvorrichtung mit Hochgeschwindigkeitsabtastung ausbilden, verglichen mit einer Entfernungsmeßvorrichtung, welche eine Abtastung mit einem einzigen Strahl in 30 Richtungen durchführt. Zwar wurde bei der vorliegenden Ausführungsform die Abtastung in derselben Richtung durchgeführt wie der Ausrichtungsrichtung der drei Laserdioden 11, 12 und 13, jedoch ist dies nicht notwendigerweise erforderlich. Es ist nicht erforderlich, daß die Laserdioden 11, 12 und 13 auf einer Linie ausgerichtet sind. Je nach Einsatzzweck kann die Abtastung in irgendeiner optischen Richtung erfolgen.

Bei einer zweiten Ausführungsform sind die Laserdioden 11, 12 und 13 in einer Richtung orthogonal zu ihrer Abtastrichtung ausgerichtet, so daß gemäß Fig. 4 eine zweidimensionale Entfernungsmessung ausgeführt werden kann. Da die bei der ersten Ausführungsform verwendete Abtastvorrichtung, welche den Spiegel 21 und den Schrittmotor 22 aufweist, unverändert eingesetzt werden kann, läßt sich eine zweidimensionale Hochgeschwindigkeits-Entfernungsmeßvorrichtung mit einfachem Aufbau und geringen Kosten verwirklichen, ohne daß ein komplizierter Mechanismus, wie beispielsweise ein X-Y- Abtaster für eine Rasterabtastung erforderlich ist. Die Entfernungsmeßfläche ist ein Quadrat, welches sich aus dem Produkt der Anzahl an Laserdioden (3) und der Anzahl an Abtastpunkten ergibt, jedoch kann jede Fläche für die zweidimensionale Entfernungsmessung gebildet werden, durch geeignete Auswahl der Anzahl an Laserdioden in der Laserlichtquelle 1 und der Abtastpunkte der Abtastvorrichtung 2.

Bei der ersten Ausführungsform werden die von den drei Laserdioden 11, 12 und 13 in der Laserlichtquelle 1 ausgesandten Laserstrahlen durch die Sammellinse (Konvexlinse) gesammelt, die eine Brennweite von 115 mm aufweist, und die Abtastvorrichtung 2 führt eine gleichzeitige Abtastung für jeweils 1,5° jedes dieser Strahlen durch, deren Richtungen sich um eine Winkeldifferenz von 0,5° voneinander unterscheiden. Wie jedoch in Fig. 5 gezeigt ist, kann der Abstand zwischen den jeweiligen Strahlen auf einen größeren Wert eingestellt werden, so daß die offenen Flächen zwischen den Strahlen durch die Abtastung gefüllt werden. Wird beispielweise eine Konvex- oder Sammellinse mit einer Brennweite von 28.5 mm verwendet, so erfolgt bei einem Intervall von 2° zwischen den Laserstrahlen eine Abtastung der drei Strahlen jeweils mit einem Schritt von 0,5°. Dann können die Intervalle zwischen den Laserstrahlen gleichmäßig ausgefüllt werden, durch eine vierfache Abtastung, so daß ein gesamtes Gesichtsfeld von 6° erzielt wird. Bei dieser Ausführungsform wurde das Strahlintervall auf 2° eingestellt, also auf das Vierfache der Auflösung des sich ergebenden Gesichtsfeldes. Erfolgt eine Einstellung nicht auf das Vierfache, sondern auf ein ganzzahliges Vielfaches, so können die Intervalle oder Zwischenräume durch die Abtastung für jede Auflösung des Gesichtsfelds (bei der vorliegenden Ausführungsform 0,5°) ausgefüllt werden. Daher läßt sich ein größeres Gesichtsfeld erzielen. Eine Linse zum Sammeln der Laserstrahlen mit einer kürzeren Brennweite kann hierbei verwendet werden, so daß sich ein optisches System mit kompakten Abmessungen ergibt.

Bei der dritten Ausführungsform können die Intervalle zwischen den drei Strahlen dadurch gleichmäßig ausgefüllt werden, daß die Abtastung auf solche Weise durchgeführt wird, daß eine gleichmäßige Füllung erfolgt. Bei einer vierten Ausführungsform ist jedoch das Gesichtsfeld durch das optische System begrenzt, welches die Intervalle zwischen den drei Strahlen vergrößert. Im einzelnen ergibt sich das Gesichtsfeld als Produkt des Winkels zwischen den Strahlen und der Anzahl der Strahlen. Um derartige Schwierigkeiten auszuschalten, werden die Laserstrahlen so durch die Abtastvorrichtung 2 abgetastet, daß die Abtastung von 0,5° viermal wiederholt wird, und die von 4,5° einmal, wie in Fig. 6 gezeigt ist, nämlich so, daß die Strahlen in darauffolgende Bereiche bewegt werden, nachdem die Intervalle zwischen den Strahlen durch die Abtastung gefüllt wurden. Daher können die Intervalle zwischen den Strahlen vollständig durch jeden Schritt von 0,5° gefüllt werden, und ist auch das Gesichtsfeld nicht durch das optische System begrenzt, und hierdurch läßt sich eine größere Freiheit beim Entwurf sowie eine Verringerung der Abmessungen des optischen Systems erzielen.

Bei einer fünften Ausführungsform wird eine Sammellinse mit einer Brennweite von 28,5 mm verwendet, und die Intervalle zwischen den sich ergebenden drei Strahlen, die in einem Intervall von 2° angeordnet sind, werden durch Abtastung bei jeweils 0,5° gefüllt, nämlich die Auflösung des Gesichtsfeldes. In diesem Fall wird, wie aus Fig. 7 hervorgeht, die Abtastung der Laserstrahlen durch die Abtastvorrichtung 2 in zehn Schritten von jeweils 1,5° durchgeführt, die sich aus der Multiplikation der Anzahl der Laserstrahlen mit der Auflösung des Gesichtsfelds von 0,5° ergeben. Daher werden die Intervalle zwischen zentralen 24 Punkten vollständig durch die Strahlen für jeweils 0,5° gefüllt, wogegen die Strahlen zwischen Punkten am Umfang mit gröberen Schritten bewegt werden. Die Art und Weise der Ausbildung der Meßrichtung für die voranstehend beschriebenen Abtastschritte in Fig. 8 dargestellt. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, wird am Umfang die Entfernungsmessung jeweils für einen groben Schritt über ein weites Gesichtsfeld durchgeführt, wogegen in der Nähe des Zentrums die Entfernungsmessung für jeden der dicht zusammenliegenden Schritte durchgeführt wird. Wenn die Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform, die in einem Fahrzeug angebracht ist, zur Erfassung von Hindernissen oder Fahrzeugen vor dem betreffenden Fahrzeug verwendet wird, so ist es möglich, die Entfernung zu den Hindernissen oder Fahrzeugen in einer betreffenden Fahrspur innerhalb eines Zentralbereichs zu messen, der eng durch Strahlen ausgefüllt ist, und weiterhin ein störendes Fahrzeug aus einer benachbarten Fahrspur am Umfang zu erkennen, an welchem die Intervalle zwischen den Strahlen gröber sind. Die vorliegende Ausführungsform, bei welcher der Abtastschritt jeweils ein fester Schritt von 1,5° sein kann, kann eine Entfernungsmeßvorrichtung zur Verfügung stellen, welche eine einfache Abtastung aufweist und keinen nutzlose Entfernungsmessung ohne Überlappung der Strahlen durchführt. Die Anzahl der Strahlen, das jeweilige Intervall und der jeweilige Abtastschritt, durch welche ein derartiger Vorteil erreicht werden kann, sind nicht auf ihre spezielle Kombination bei dieser Ausführungsform eingeschränkt. Es läßt sich eine solche Auswahl treffen, daß jedes Intervall zwischen zwei benachbarten Laserstrahlen von N Laserstrahlen in eine Anzahl der Intervalle unterteilt wird, die kleiner ist als das Quadrat von N, nicht ein ganzzahliges Vielfaches irgendeiner Primzahl kleiner als N beträgt, und ungleich 1 ist, und die Abtastung wird auf solche Weise durchgeführt, daß die Verschiebung der unterteilten N-Intervalle als eine Abtastung erfolgt.

Wie voranstehend erläutert, sendet eine Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere Laserstrahlen in unterschiedlichen Richtungen aus und empfängt das Licht, welches von jedem Objekt reflektiert wird, in der jeweiligen Strahlrichtung zur Berechnung der jeweiligen Entfernung, und führt gleichzeitig eine Abtastung mit den mehreren Laserstrahlen durch, um die Entfernungen zu den Objekten in den jeweiligen Strahlrichtungen zu messen. Bei der Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform kann daher die Zeit zur Messung der Entfernung, die zur Durchführung einer einmaligen Abtastung erforderlich ist, auf ein Bruchteil der Anzahl der mehreren Strahlen verringert werden, verglichen mit einem Fall, in welchem die Entfernungen in mehreren Richtungen durch eine Abtastung unter Verwendung nur eines Strahls gemessen werden. Dies ermöglicht es, daß die Vorrichtung zur Benutzung bei Fahrzeugen eingesetzt wird, welche eine Berechnung mit hoher Geschwindigkeit erfordern, und stellt in der Praxis bemerkenswert nützliche Wirkungen zur Verfügung.

Darüber hinaus führt die Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eine Abtastung der mehreren Laserstrahlen in derselben Richtung wie in ihren Ausrichtungsrichtungen durch, um die Entfernung in jeder Strahlrichtung zu messen. Dadurch kann die Vorrichtung bei einem Gerät eingesetzt werden, welches eine zeitliche Änderung der Entfernung zum Objekt in eine Abtastebene erfaßt, um eine Warnung zu erzeugen, verglichen mit einer Vorrichtung, welche die Entfernungen in einem Gesichtsfeld mißt, welches in zahlreiche Teile in den Abtastrichtungen durch Abtastung unter Verwendung nur eines Strahls unterteilt ist.

Eine Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher mehrere Laserstrahlen in unterschiedlichen Richtungen ausgesandt werden und das Licht empfangen wird, welches von jedem Objekt reflektiert wird, in den jeweiligen Strahlrichtungen, um die jeweiligen Entfernungen zu berechnen, führt eine Abtastung der mehreren Laserstrahlen in Richtungen orthogonal zur jeweiligen Ausrichtungsrichtung des Laserstrahls durch, um die Entfernung in jeder Strahlrichtung zu messen. Bei der Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform führt die Abtastung in einer Richtung dazu, daß die Entfernungsmessung auch in der Richtung orthogonal zur Abtastrichtung durchgeführt werden kann. Die für eine zweidimensionale Entfernungsmessung erforderliche Zeit kann auf einen Bruchteil entsprechend der Anzahl an Strahlen verringert werden, verglichen mit einer Entfernungsmessung mittels Rasterabtastung. Darüber hinaus muß die Abtastvorrichtung nur die Abtastung in einer Richtung durchführen. Daher läßt sich eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende, zweidimensionale Entfernungsmeßvorrichtung kostengünstig herstellen.

Eine Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform schickt die mehreren Laserstrahlen in unterschiedlichen, getrennten Richtungen aus, so daß die Abtastung durch den jeweiligen Laserstrahl auf solche Weise durchgeführt wird, daß die Intervalle zwischen den Strahlen interpoliert werden. Daher müssen die mehreren Laserstrahlen nicht nebeneinanderliegen und können durch eine Linse gesammelt werden, welche eine kurze Brennweite aufweist. Daher läßt sich eine Verringerung der Abmessungen der geamten Vorrichtung erreichen.

Die Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sendet die mehreren Laserstrahlen in unterschiedlichen, getrennten Richtungen aus und führt eine Abtastung mit den Laserstrahlen auf solche Weise durch, daß die Intervalle zwischen den Strahlen interpoliert werden, und verschiebt daraufhin die Abtastung zur äußersten, benachbarten Position des nächsten, vorherigen Abtastzustands. Die mehreren Strahlen müssen nicht nebeneinanderliegen, und das Intervall zwischen den mehreren Strahlen kann frei gewählt werden, so daß sich größere Freiheiten beim Entwurf eines optischen Systems ergeben und die mehreren Strahlen durch eine Linse gesammelt werden können, welche eine kurze Brennweite aufweist. Die gesamte Vorrichtung kann daher verkleinert werden.

Die Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterteilt jedes Intervall zwischen zwei benachbarten Laserstrahlen von N- Laserstrahlen in eine Anzahl an Intervallen, die kleiner ist als das Quadrat von N, nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen einer Primzahl kleiner als N ist, und ungleich 1 ist, und führt die Abtastung auf solche Weise durch, daß die Verschiebung der unterteilten N-Intervalle als eine Abtastung erfolgt. Bei diesem Vorgang können daher die Intervalle zwischen den Laserstrahlen wirksam und gleichmäßig gefüllt werden, ohne daß eine Überlappung der mehreren Strahlrichtungen erfolgt.

Claims

1. Entfernungsmeßvorrichtung, gekennzeichnet durch:
eine Projektionseinrichtung zum Aussenden mehrerer Laserstrahlen in unterschiedlichen Richtungen;
eine Lichtempfangsvorrichtung zum Empfang des von jedem Objekt reflektierten Lichts in der jeweiligen Strahlrichtung;
eine Berechnungsvorrichtung zur Berechnung der Entfernungen zu den Objekten auf der Grundlage des reflektierten Lichtes; und
eine Abtasteinrichtung zur aufeinanderfolgenden Änderung der Projektionsrichtungen der mehreren Laserstrahlen.

2. Entfernungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Laserstrahlen in derselben Richtung wie ihrer jeweiligen Ausrichtungsrichtung abgetastet werden.

3. Entfernungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtastung durch die mehreren Laserstrahlen in Richtungen senkrecht zu ihren jeweiligen Ausrichtungsrichtungen durchgeführt wird.

4. Entfernungsmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Laserstrahlen in unterschiedlichen, getrennten Richtungen ausgesandt werden, und daß die Abtastung mit dem jeweiligen Strahl auf solche Weise durchgeführt wird, daß die Intervalle zwischen den Strahlen interpoliert werden.

5. Entfernungsmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Laserstrahlen in unterschiedlichen, getrennten Richtungen ausgesendet werden, daß die Abtastung mit den jeweiligen Strahlen so durchgeführt wird, daß die Intervalle zwischen den Strahlen interpoliert werden, und daraufhin die Abtastung zur äußersten, benachbarten Position des nächsten, vorherigen Abtastzustands verschoben wird.

6. Entfernungsmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Intervall zwischen zwei benachbarten Laserstrahlen von N-Laserstrahlen in eine Anzahl von Intervallen unterteilt wird, die kleiner ist als das Quadrat von N, ungleich einem ganzzahligen Vielfachen irgendeiner Primzahl kleiner als N, und ungleich 1, und daß die Abtastung auf solche Weise durchgeführt wird, daß die Verschiebung der unterteilten N-Intervalle als eine Abtastung erfolgt, wobei N die Anzahl der Laserstrahlen ist.