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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.
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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.
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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.
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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.
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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 vorausfahrenden Fahrzeuge festzustellen oder eine Warnung
bezüglich
der Hindernisse auszugeben. Da das Fahrzeug und die vorausfahrenden
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
werden. 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 vorstehend beschriebene Vorrichtung gar
nicht eingesetzt werden kann.
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Aus
US
5,210,586 ist eine Entfernungsmessvorrichtung bekannt mit
einer Projektionseinrichtung zum nichtüberlappenden Aussenden mehrerer
Laserstrahlen in unterschiedliche getrennte Richtungen, mit einer
Lichtempfangsvorrichtung zum Empfangen des von einem Objekt reflektierten
Lichts in der jeweiligen Strahlrichtung, eine Abtasteinrichtung zum
aufeinanderfolgenden Ändern
der Projektionsrichtung der Laserstrahlen und einer Berechnungsvorrichtung
zum Berechnen der Entfernung zu den Objekten basierend auf dem reflektierenden
Licht. Hierbei sind mehrere Zeilen von Projektionseinrichtungen
und Lichtempfangseinrichtungen untereinander angeordnet, wobei insbesondere
quer zur Zeilenrichtung eine Interpolations-, d.h. Einfüge- bzw.
Interlacing-Bewegung eines Abtastspiegels einzelne Zeilen ersetzen
kann. Die Abtastung erfolgt mit einem maschennetzförmigen Muster,
das große
Bereiche des Gesichtsfeldes zwischen den Maschen unbeachtet lässt. Eine
solche Entfernungsmessvorrichtung ist folglich nur geeignet, um
die Entfernung von Gegenständen
schnell zu erfassen, die größer sind
als die Maschenweite, beispielsweise elektrische Freileitungen,
Geländeformationen,
größere Gebäude, etc.
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Die vorliegende Erfindung wurde zur
Lösung derartiger
Schwierigkeiten entwickelt und soll eine Abtast-Entfernungsmessvorrichtung zur Verfügung stellen,
welche eine Entfernungsmessung mit hoher Geschwindigkeit in mehreren
Richtungen durchführen
kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Entfernungsmessvorrichtung vorgeschlagen, welche eine
Projektionseinrichtung zum Aussenden mehrerer Laserstrahlen in unterschiedliche,
getrennte Richtungen mit Intervallen zwischen den Laserstrahlen hat,
eine Lichtempfangseinrichtung zum Empfangen des von jedem Objektreflektierten
Lichtes, eine Berechnungsvorrichtung zum Berechnen der Entfernungen
zu den Objekten auf der Grundlage des reflektierten Lichtes und
eine Abtasteinrichtung zum aufeinanderfolgenden Ändern der Projektionsrichtungen
der mehreren Laserstrahlen, wobei die Abtastung mit dem jeweiligen
Laserstrahl auf solche Weise durchgeführt wird, dass die Intervalle
zwischen den Laserstrahlen interpoliert werden, und wobei die Abtastung
in Ausrichtungsrichtung der mehreren Laserstrahlen derart verschoben
wird, dass die Intervalle vollständig
gefüllt
werden.
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Bei einer ersten Weiterbildung 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.
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Bei einer weiteren Weiterbildung
der Entfernungsmessvorrichtung gemäß der Erfindung führt die
Entfernungsmessvorrichtung eine Abtastung der mehreren Laserstrahlen
in Richtungen orthogonal zu ihrer jeweiligen Ausrichtungsrichtung
durch, um die Entfernung in jeder Strahlrichtung zu messen.
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Bei noch einer weiteren Weiterbildung
führt die
Entfernungsmessvorrichtung gemäß der Erfindung
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.
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Weiterhin unterteilt die Entfernungsmessvorrichtung
gemäß noch einer
weiteren Weiterbildung 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.
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Bei der Entfernungsmessvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Zeitraum für eine
Abtastung auf einen Bruchteil der Anzahl der mehreren Strahlen verringert
werden.
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Darüber hinaus kann mit der Entfernungsmessvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine eindimensionale Entfernungsmessung in einer Abtastrichtung
mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
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Weiterhin lässt sich mit der Entfernungsmessvorrichtung
gemäß der Erfindung
mit hoher Geschwindigkeit eine zweidimensionale Entfernungsmessung
durchführen.
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Darüber hinaus kann bei der Entfernungsmessvorrichtung
gemäß der Erfindung
ein optisches System zur Erzeugung mehrerer Laserstrahlen verkleinert
werden.
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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.
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Schließlich können bei der Entfernungsmessvorrichtung
gemäß der Erfindung
die Intervalle zwischen mehreren Laserstrahlen wirksam gefüllt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Auführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine
Ansicht des Aufbaus einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Darstellung des Betriebsablaufs der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
Darstellung zum allgemeinen Erläutern
von Betriebsschritten der ersten Ausführungsform einer Entfernungsmessvorrichtung,
nur teilweise Aspekte der vorliegenden Erfindung widerspiegelnd;
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4 eine
Darstellung einer zweiten Ausführungsform
einer Entfernungsmessvorrichtung, nur einen Teil der Aspekte der
vorliegenden Erfindung widerspiegelnd;
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5 eine
Darstellung des Betriebs einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine
Darstellung des Betriebs einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine
Darstellung des Betriebs einer fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8 eine
Darstellung des Betriebs der fünften
Ausführungsform
der Erfindung.
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In 1 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.
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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.
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Nachstehend wird der Betrieb der
auf diese Weise aufgebauten, ersten Ausführungsform erläutert. Wie
durch 11T, 12T und 13T in 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 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 vorstehend 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
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3 in
von der Erfindung abweichender Weise in insgesamt zehn Schritten
von links nach rechts durchgeführt,
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).
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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.
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Bei einer zweiten Ausführungsform
sind die Laserdioden 11, 12 und 13 in
einer Richtung orthogonal zu ihrer Abtastrichtung ausgerichtet,
so dass gemäß 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.
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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 5 gezeigt
ist, wird der Abstand zwischen den jeweiligen Strahlen auf einen
größeren Wert
eingestellt, 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 aufgefüllt 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.
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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
-
6 gezeigt
ist, nämlich
so, dass die Strahlen in darauf folgende 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.
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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 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 vorstehend
beschriebenen Abtastschritte in 8 dargestellt.
Wie aus 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 zusammen
liegenden 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.
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Wie vorstehend 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.
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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.
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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.
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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 nebeneinander liegen und können durch
eine Linse gesammelt werden, welche eine kurze Brennweite aufweist.
Daher lässt
sich eine Verringerung der Abmessungen der gesamten Vorrichtung
erreichen.
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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
nebeneinander liegen, 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.
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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 und nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen einer Primzahl,
die kleiner als N 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.