EP1421404A2 - Vorrichtung zur abtastung einer szene - Google Patents

Vorrichtung zur abtastung einer szene

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Publication number
EP1421404A2
EP1421404A2 EP02796185A EP02796185A EP1421404A2 EP 1421404 A2 EP1421404 A2 EP 1421404A2 EP 02796185 A EP02796185 A EP 02796185A EP 02796185 A EP02796185 A EP 02796185A EP 1421404 A2 EP1421404 A2 EP 1421404A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
prism
scanning
scanning beam
scene
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02796185A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Schanz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Original Assignee
ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ADC Automotive Distance Control Systems GmbH filed Critical ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Publication of EP1421404A2 publication Critical patent/EP1421404A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/108—Scanning systems having one or more prisms as scanning elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
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    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device for scanning a scene according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a device is known for example from DE 41 1 5 747 C2.
  • This device has a transmitting part for emitting and deflecting a scanning beam scanning a scene and a receiving part for detecting a reflection beam resulting from reflection on objects of the scene from the scanning beam.
  • the transmitting part comprises a radiation source which emits a laser beam as a scanning beam, and two prisms located in the beam path of the scanning beam, which are rotated about a vertical or horizontal axis of rotation for horizontal and vertical deflection of the scanning beam. Both prisms have plane-parallel side surfaces on which the scanning beam is refracted. Due to their parallelism, the side surfaces cause a parallel shift of the scanning beam by a value depending on the angular position of the respective prism.
  • the prism rotating about the vertical axis of rotation causes a horizontal displacement and the prism rotating about the horizontal axis of rotation causes a vertical displacement of the scanning beam.
  • the scanning beam is then imaged on the scene through a convergent lens.
  • the main disadvantage of this device is that two prisms are required for the horizontal and vertical deflection of the scanning beam and that they take up a considerable amount of space.
  • JP 620081 1 9 A discloses a polygon mirror with a plurality of mirrored side surfaces which are inclined at different angles with respect to an axis of rotation and which enables two-dimensional scanning of a scene by means of a laser beam.
  • this device has the disadvantage that the mirrored Side surfaces must be large to ensure deflection of the entire laser beam.
  • the invention has for its object to provide a device according to the preamble of claim 1, which can be implemented inexpensively and in a space-saving manner and which enables the scanning of a large angular range.
  • the device according to the invention for scanning a scene comprises a transmitting part for emitting a scanning beam moving over the scene and a receiving part for detecting a reflection beam which results from the scanning beam when the scanning beam is reflected on an object of the scene.
  • the transmitting part has an optical radiation source for generating the scanning beam and a prism which can be rotated about an axis of rotation and has a plurality of side surfaces which are inclined at different angles of inclination with respect to the axis of rotation.
  • the prism is made transparent so that the scanning beam can penetrate into the prism, and it is positioned in the beam path of the scanning beam such that the scanning beam is deflected by total reflection on one of the side surfaces of the prism during the scanning of the scene inside the prism.
  • the angle of reflection in the prism is varied and the scanning beam is thus pivoted across the scene transversely to the axis of rotation along a plurality of scanning planes lying one above the other.
  • the position of the scanning planes is determined by the angle of inclination of the side surfaces, the scanning plane being changed when the side surfaces lying in the beam path of the scanning beam change due to the rotation of the prism.
  • the transmitting part has a lens device in the beam path of the scanning beam emerging from the prism for focusing the scanning beam.
  • angles of inclination of the side surfaces of the prism are advantageously selected such that the scene is scanned in several strips without gaps.
  • the use of a prism with a triangular cross-section has proven to be particularly advantageous, which has three side surfaces lying in the beam path of the scanning beam, which are inclined by 2 °, 3 ° or 4 ° with respect to the axis of rotation of the prism.
  • the transmitting part and the receiving part are designed in the same way, except for the difference that the radiation source of the transmitting part in the receiving part is replaced by a photodetector.
  • the receiving part thus comprises a prism of the receiving end which is similar to the prism of the transmitting part and rotates synchronously with the prism of the transmitting part, via which the reflection beam is imaged on the photodetector.
  • the two prisms rotate around the same or parallel axes of rotation.
  • the device according to the invention is ideally suited for realizing a distance radar for a system for regulating the distance between motor vehicles or for a system for recognizing objects in the vicinity of a motor vehicle.
  • the device according to the invention has the advantage that it has a larger light exit surface. It is therefore less sensitive to dirt and also presents a lower risk to the eyes of a person looking at the device.
  • FIG. 1 shows a basic illustration of an optical distance radar for scanning a scene
  • FIG. 2 shows a prism of the distance radar from FIG. 1.
  • the optical distance radar 1 comprises a transmitting part 2 and a receiving part 3.
  • the transmitting part 2 in turn comprises a transmitting-side prism 2 which can be rotated about an axis of rotation 10, an optical radiation source 21, for example an infrared laser diode, and one, for example a Fresnel lens embodied transmission-side lens device 22.
  • the receiving part 3 is designed analogously to the transmitting part 2. It differs from the transmitting part 2 only in that the radiation source 21 is replaced by a photodetector 31, for example in the form of a PIN diode.
  • the receiving part 3 thus comprises a receiving-side prism 30 similar to the transmitting-side prism 20 and one of the transmitting-side prism 30
  • Lens device 21 of the same type on the reception side lens device 31 The two prisms 20, 30 are positioned one above the other and are rotated about the same axis of rotation 10 during the scanning process.
  • FIG. 2 shows a detailed representation of the transmission-side prism 20.
  • This has a triangular cross section and three side surfaces 201, 202, 203, which are each inclined by different angles of inclination ⁇ 1 or ⁇ 2 or ⁇ 3 with respect to the axis of rotation 10.
  • the angle of inclination ⁇ 1 between the side surface 201 and the axis of rotation 10 is the angle between a straight line 21 2 parallel to the axis of rotation 10 and a cutting line 21 1, which represents the intersection of the side surface 201 with a cutting plane 200 perpendicular to the side surface 201 and containing the axis of rotation 10 ,
  • the inclination angles ⁇ 2 and ⁇ 3 with respect to the side surfaces 202 and 203 are also defined accordingly.
  • the radiation source 21 emits an unbundled light beam as a scanning beam T in the direction of the prism 20 on the transmission side.
  • the radiation source 21 is positioned with respect to the prism 20 such that the
  • Scanning beam T is emitted in a plane perpendicular to the axis of rotation 1 0.
  • the scanning beam T is refracted on the relevant side surface by a value dependent on the angular position of the prism 20 and the inclination of this side surface.
  • the scanning beam T then becomes the next on one of the remaining side surfaces by total reflection
  • the scanning beam T is imaged via the lens device 22 onto a scanning surface P of the scene S to be scanned.
  • the bundling takes place in such a way that the scanning beam T is imaged onto the scene S with a certain opening angle, for example with a vertical opening angle of 3 ° and a horizontal opening angle of 1 °.
  • the opening angle determines the dimensions of the scanning surface P. If there is an object in the scene S at the scanning point P, then part of the scanning beam T is reflected on this object to the receiving part 3.
  • the reflected part is thereby imaged onto the photodetector 31 as a reflection beam R via the reception-side lens device 32 and the reception-side prism 30.
  • the reflection beam R is refracted when it hits the prism 30 on the relevant side surface of the prism, deflected inside the prism 30 on one of the side surfaces by total reflection and refracted again when it emerges from the prism 30 on the relevant side surface.
  • the identical design of the prisms 20, 30 and by corresponding positioning of the radiation source 31 and the photodetector 31 with respect to the transmitter-side prism 20 and receiver-side prism 30 ensures that the photodetector 31 is in each case a light beam resulting from the scanning beam T. Reflection beam R detected.
  • the prisms 20, 30 are rotated about the axis of rotation 10, which leads to a change in the reflection angle in the interior of the respective prism 20 or 30, which is dependent on the change in the angle of rotation.
  • the scanning beam T is pivoted over the scene S in a direction transverse to the axis of rotation 10. With a vertical alignment of the axis of rotation 10, the scene S is thus scanned essentially in the horizontal direction.
  • the scanning beam T is guided along one of three superimposed scanning planes across the scene. The positions of these scanning planes are determined by the inclination angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3 of the side surfaces.
  • a change from one scanning plane to another scanning plane occurs when, due to the rotation of the prism 20, there is a change in the side surfaces 201, 202, 203 lying in the beam path of the scanning beam T.
  • Each change of the scanning planes means a vertical deflection of the scanning beam T.
  • the scene S is thus scanned strip by strip in three strips L1, L2, L3 one above the other, the widths of the strips L1, L2, L3 being determined by the dimensions of the scanning surface P.
  • angles of inclination ⁇ 1, ⁇ 2, 3 are chosen such that their values are as small as possible that between the scanned strips L1, L2, L3 - these are not parallel to one another due to the different angles of inclination 1, ⁇ 2, ⁇ 3 - none Gaps arise and that the strips L1, L2, L3 overlap at most slightly.
  • the present optical distance radar is ideally suited for use in a driver support system, in particular in a distance control system for motor vehicles.
  • the distance radar serves as a sensor for generating two-dimensional distance images of a scene in front of a motor vehicle.
  • the determination of distance values is based on a determination of the signal transit time of the scanning beam and the resulting reflection beam.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Abtastung einer Szene umfasst üblicherweise einen Sendeteil zum Aussenden und Ablenken eines die Szene abtastenden Abtaststrahls und einen Empfangsteil zur Detektion eines aus dem Abtaststrahl resultierenden Reflexionsstrahls. Die horizontale und vertikale Ablenkung des als Lichtstrahl ausgesendeten Abtaststrahls erfolgt dabei mittels zweier planparalleler Prismen, die um zueinander senkrechte Rotationsachsen rotieren und durch Brechung des Abtaststrahls eine Verschiebung der optischen Achse des Sendeteils bewirken. Die neue Vorrichtung soll kostengünstig und platzsparend realisierbar sein. Die neue Vorrichtung weist ein rotierendes Prisma mit mehreren um unterschiedliche Neigungswinkel gegen die Rotationsachse geneigten Seitenflächen auf. Während des Abtastvorgangs wird der Abtaststrahl beim Eintritt in das Prisma und beim Austritt aus dem Prisma an jeweils einer der Seitenflächen gebrochen und im Inneren des Prismas an einer der Seitenflächen durch Totalreflexion abgelenkt. Aufgrund der unterschiedlichen Neigungswinkel der Seitenflächen wird der Abtaststrahl während der Rotation des Prismas in mehreren Zeilen über die Szene bewegt. Laserradar für Objekterkennungssysteme oder für Abstandsregelsysteme für Kraftfahrzeuge.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Abtastung einer Szene
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtastung einer Szene gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 41 1 5 747 C2 bekannt. Diese Vorrichtung weist einen Sendeteil zum Aussenden und Ablenken eines eine Szene abtastenden Abtaststrahls und einen Empfangsteil zur Detektion eines durch Reflexion an Objekten der Szene aus dem Abtaststrahl resultierenden Reflexionsstrahls auf. Der Sendeteil umfaßt dabei eine Strahlungsquelle, die einen Laserstrahl als Abtaststrahl aussendet, sowie zwei im Strahlengang des Abtaststrahls liegende Prismen, die zur horizontalen und vertikalen Auslenkung des Abtaststrahls um eine vertikale bzw. horizontale Rotationsachse rotiert werden. Beide Prismen weisen planparallele Seitenflächen auf, an denen der Abtaststrahl gebrochen wird. Aufgrund ihrer Parallelität bewirken die Seitenflächen eine parallele Verschiebung des Abtaststrahls um jeweils einen von der Winkellage des jeweiligen Prismas abhängigen Wert. Dabei bewirkt das um die vertikale Rotationsachse rotierend Prisma eine horizontale Verschiebung und das um die horizontale Rotationsachse rotierende Prisma eine vertikale Verschiebung des Abtaststrahls. Der Abtaststrahl wird danach durch eine konvergente Linse auf die Szene abgebildet. Der wesentliche Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß zwei Prismen zur horizontalen und vertikalen Auslenkung des Abtaststrahls benötigt werden und daß diese einen erheblichen Bauraum beanspruchen.
Aus der JP 620081 1 9 A ist ein Polygonspiegel mit mehreren gegenüber einer Rotationsachse um unterschiedliche Winkel geneigten verspiegelten Seitenflächen bekannt, der eine zweidimensionale Abtastung einer Szene mittels eines Laserstrahls ermöglicht. Diese Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß die verspiegelten Seitenflächen groß sein müssen, um eine Ablenkung des gesamten Laserstrahls zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, die kostengünstig und platzsparend realisierbar ist, und die die Abtastung eines großen Winkelbereichs ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abtastung einer Szene umfaßt einen Sendeteil zum Aussenden eines über die Szene bewegten Abtaststrahls und einen Emp- fangsteil zur Detektion eines Reflexionsstrahls, der bei einer Reflexion des Abtaststrahls an einem Objekt der Szene aus dem Abtaststrahl resultiert. Der Sendeteil weist dabei eine optische Strahlungsquelle zur Erzeugung des Abtaststrahls und ein um eine Rotationsachse rotierbares Prisma mit mehreren gegenüber der Rotationsachse jeweils um unterschiedliche Neigungswinkel geneigten Seitenflächen auf. Das Prisma ist transparent ausgeführt, so daß der Abtaststrahl ins Prisma eindringen kann, und es ist im Strahlengang des Abtaststrahl derart positioniert, daß der Abtaststrahl während des Abtastens der Szene im Inneren des Prismas an einer der Seitenflächen des Prismas durch Totalreflexion abgelenkt wird. Durch die Rotation des Prismas wird der Reflexionswinkel im Prisma variiert und der Abtaststrahl somit quer zur Rotationsachse entlang mehrerer übereinanderiiegender Abtastebenen über die Szene geschwenkt. Die Lage der Abtastebenen wird dabei durch die Neigungswinkel der Seitenflächen bestimmt, wobei ein Wechsel der Abtastebene dann erfolgt, wenn sich aufgrund der Rotation des Prismas ein Wechsel der im Strahlengang des Abtaststrahls liegenden Seitenflächen ergibt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Sendeteil im Strahlengang des aus dem Prisma austretenden Abtaststrahls eine Linsenvorrichtung zur Bündelung des Abtaststrahls auf.
Vorteilhafterweise sind die Neigungswinkel der Seitenflächen des Prismas derart gewählt sind, daß die Szene in mehreren Streifen lückenlos abgetastet wi.rd. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei die Verwendung eines Prismas mit dreieckigem Querschnitt erwiesen, das drei im Strahlengang des Abtaststrahls liegende Seitenflächen aufweist, die um 2° bzw. um 3° bzw. um 4° gegenüber der Rotationsachse des Prismas geneigt sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind der Sendeteil und Empfangsteil gleichartig ausgeführt, bis auf den Unterschied, daß die Strahlungsquelle des Sendeteils im Empfangsteil durch einen Photodetektor ersetzt ist. Der Empfangsteii umfaßt somit ein dem Prisma des Sendeteils gleichartiges und synchron zum Prisma des Sendeteils rotierendes empfangsseitiges Prisma, über das der Reflexionsstrahl auf den Photodetektor abgebildet wird. Die beiden Prismen rotieren dabei um die gleiche oder um zueinander parallele Rotationsachsen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich bestens zur Realisierung eines Abstandsradars für ein System zur Regelung des Abstands zwischen Kraftfahrzeugen oder für ein System zur Erkennung von Objekten in der Umgebung eines Kraftfahr- zeugs.
Gegenüber der vorbekannten Vorrichtung mit rotierendem Polygonspiegel weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, daß sie eine größere Lichtaustrittsfläche aufweist. Damit weist sie eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen auf und stellt zudem für die Augen einer zur Vorrichtung blickenden Person eine geringere Gefahr dar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines optischen Abstandsradars zur Abtastung einer Szene,
Figur 2 ein Prisma des Abstandsradars aus Figur 1.
Gemäß der Figur 1 umfaßt der optische Abstandsradar 1 einen Sendeteil 2 und einem Empfangsteil 3. Der Sendeteil 2 umfaßt seinerseits ein um eine Rotationsachse 1 0 rotierbares sendeseitiges Prisma 2, eine beispielsweise als Infrarot-Laserdiode ausgeführte optische Strahlungsquelle 21 und eine beispielsweise als Fresnellinse ausgeführte sendeseitige Linsenvorrichtung 22. Der Empfangsteil 3 ist analog zum Sendeteil 2 ausgeführt. Er unterscheidet sich vom Sendeteil 2 lediglich dadurch, daß die Strahlungsquelle 21 durch einen beispielsweise als PIN-Diode ausgeführten Photodetektor 31 ersetzt ist. Der Empfangsteil 3 umfaßt somit ein dem sendeseitigen Prisma 20 gleichartiges empfangsseitiges Prisma 30 und eine der sendeseitigen
Linsenvorrichtung 21 gleichartige empfangsseitige Linsenvorrichtung 31 . Die beiden Prismen 20, 30 sind übereinander positioniert und werden während des Abtastvorgangs um dieselbe Rotationsachse 10 rotiert.
Figur 2 zeigt eine Detaildarstellung des sendeseitigen Prismas 20. Dieses weist ei- nen dreieckigen Querschnitt und drei Seitenflächen 201 , 202, 203 auf, welche jeweils um unterschiedliche Neigungswinkel α1 bzw. α2 bzw. α3 gegenüber der Rotationsachse 10 geneigt sind. Der Neigungswinkel α1 zwischen der Seitenfläche 201 und der Rotationsachse 10 ist dabei der Winkel zwischen einer zur Rotationsachse 10 parallelen Geraden 21 2 und einer Schnittlinie 21 1 , welche die Schnittmenge der Seitenfläche 201 mit einer zur Seitenfläche 201 senkrechten und die Rotationsachse 10 enthaltenden Schnittebene 200 darstellt. In entsprechender Weise sind auch die Neigungswinkel α2 und α3 bezüglich den Seitenflächen 202 bzw. 203 definiert.
Während des Abtastvorgangs sendet die Strahlungsquelle 21 einen ungebündelten Lichtstrahl als Abtaststrahl T in Richtung des sendeseitigen Prismas 20 aus. Die Strahlungsquelle 21 ist dabei bezüglich dem Prisma 20 derart positioniert, daß der
Abtaststrahl T in einer zur Rotationsachse 1 0 senkrechten Ebene ausgesendet wird. Beim Eindringen in das Prisma 20 wird der Abtaststrahl T an der betreffenden Seitenfläche um einen von der Winkellage des Prismas 20 und der Neigung dieser Seitenfläche abhängigen Wert gebrochen. Im Inneren des Prismas 20 wird der Abtast- strahl T dann an einer der übrigen Seitenflächen durch Totalreflexion zur nächsten
Seitenfläche umgelenkt, durch die er anschließend aus dem Prisma 20 austritt und dabei wiederum gebrochen wird. Danach wird der Abtaststrahl T über die Linsenvorrichtung 22 gebündelt auf eine Abtastfläche P der abzutastenden Szene S abgebildet. Die Bündelung erfolgt derart, daß der Abtaststrahl T mit einem bestimmten Öff- nungswinkel, beispielsweise mit einem vertikalen Öffnungswinkel von 3° und horizontalen Öffnungswinkel von 1 ° auf die Szene S abgebildet wird. Der Öffnungswinkel bestimmt dabei die Abmessungen der Abtastfläche P. Wenn sich in der Szene S am Abtastpunkt P ein Objekt befindet, dann wird ein Teil des Abtaststrahls T an diesem Objekt zum Empfangsteil 3 reflektiert. Der reflektierte Teil wird dabei als Reflexionsstrahl R über die empfangsseitige Linsenvorrichtung 32 und das empfangsseitige Prisma 30 auf den Photodetektor 31 abgebildet. Dabei wird der Reflexionsstrahl R beim Auftreffen auf das Prisma 30 an der betreffenden Seitenfläche des Prismas gebrochen, im Inneren des Prismas 30 an einer der Seitenflächen durch Totalreflexion umgelenkt und beim Austritt aus dem Prisma 30 an der betreffenden Seitenfläche wiederum gebrochen.
Durch die identische Ausführung der Prismen 20, 30 und durch einander entspre- chende Positionierungen der Strahlungsquelle 31 und des Photodetektors 31 bezüglich dem sendeseitigen Prisma 20 bzw. empfangseitigen Prisma 30, wird sichergestellt, daß der Photodetektor 31 jeweils einen aus dem Abtaststrahl T resultierenden Lichtstrahl als Reflexionsstrahl R detektiert.
Während des Abtastvorgangs werden die Prismen 20, 30 um die Rotationsachse 10 gedreht, was zu einer von der Drehwinkeländerung abhängigen Änderung des Reflexionswinkels im Inneren des jeweiligen Prismas 20 bzw. 30 führt. Durch die Änderung des Reflexionswinkels wird der Abtaststrahl T in einer quer zur Rotationsachse 10 verlaufenden Richtung über die Szene S geschwenkt. Bei einer vertikalen Ausrichtung der Rotationsachse 10 wird die Szene S somit im wesentlichen in horizontaler Richtung abgetastet. Der Abtaststrahl T wird dabei entlang einer von drei übereinanderliegender Abtastebenen über die Szene geführt. Die Lagen dieser Abtastebenen sind durch die Neigungswinkel α1 , α2, α3 der Seitenflächen bestimmt. Ein Wechsel von einer Abtastebene zu einer anderen Abtastebene erfolgt jeweils dann, wenn sich aufgrund der Rotation des Prismas 20 ein Wechsel der im Strahlengang des Abtaststrahls T liegenden Seitenflächen 201 , 202, 203 ergibt.
Jeder Wechsel der Abtastebenen bedeutet dabei eine vertikale Auslenkung des Abtaststrahls T. Die Szene S wird somit streifenweise in drei übereinanderliegenden Streifen L1 , L2, L3 abgetastet, wobei die Breiten der Streifen L1 , L2, L3 durch die Abmessungen der Abtastfläche P bestimmt sind.
Die Neigungswinkel α1 , α2, 3 sind derart gewählt, daß ihrer Werte möglichst gering sind, daß zwischen den abgetasteten Streifen L1 , L2, L3 - diese sind aufgrund der unterschiedlichen Neigungswinkel 1 , α2, α3 nicht parallel zueinander - keine Lücken entstehen und daß die Streifen L1 , L2, L3 sich höchstens geringfügig überschneiden.
Die folgenden Werte der Neigungswinkel erfüllen diese Bedingungen: α1 = 2°, α2 = 3° und α3 = 4°.
Der vorliegende optischen Abstandsradar ist für den Einsatz in einem Fahrerunterstützungssystem, insbesondere in einem Abstandsregelsystem für Kraftfahrzeuge bestens geeignet. Der Abstandsradar dient dabei als Sensor zur Erzeugung zweidi- mensionaler Abstandsbilder einer vor einem Kraftfahrzeug befindlichen Szene. Die Ermittlung von Abstandswerten beruht dabei auf einer Ermittlung der Signallaufzeit des Abtaststrahls und des hieraus resultierenden Reflexionsstrahls. Durch Auswertung der Abstandsbilder ist es möglich, vor dem Kraftfahrzeug befindliche Objekte, insbesondere vorausfahrende Fahrzeuge, zu erkennen und den Fahrer vor gefährlichen Fahrsituationen zu warnen und/oder und durch Steuerung der Fahrgeschwindigkeit eine Abstandsregelung vorzunehmen.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Abtastung einer Szene (S), die einen Sendeteil (2) zum Aussenden eines über die Szene (S) bewegten Abtaststrahls (T) und einen Empfangsteil (3) zur Detektion eines aus dem Abtaststrahl (T) resultierenden Reflexionsstrahls (R) aufweist, wobei der Sendeteil (2) eine optische Strahlungsquelle (21 ) zur Erzeugung des Abtaststrahls (T) und ein um eine Rotationsachse (1 0) rotierbares Prisma (20) zum Ablenken des Abtaststrahls (T) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (20) mehrere gegenüber der Rotationsachse (10) um unterschiedliche Nei- gungswinkel ( 1 , α2, α3) geneigte Seitenflächen (201 , 202, 203) aufweist und daß das Prisma (20) im Strahlengang des Abtaststrahls (T) derart positioniert ist, daß der Abtaststrahl (T) während des Abtastens der Szene (S) im Inneren des Prismas (20) an einer der Seitenflächen (201 , 202, 203) des Prismas (20) durch Totalreflexion abgelenkt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeteil (2) im
Strahlengang des aus dem Prisma (20) austretenden Abtaststrahls (T) eine Linsenvorrichtung (22) zur Bündelung des Abtaststrahls (T) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel (α1 , 2, α3) der Seitenflächen (201 , 202, 203) des Prismas (20) derart gewählt sind, daß die Szene (S) streifenweise lückenlos abgetastet wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (20) drei Seitenflächen (201 , 202, 203) aufweist, die um 2° bzw. um 3° bzw. um 4° gegenüber der Rotationsachse (10) des Prismas (20) geneigt sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsteil (3) ein dem Prisma (20) des Sendeteils (2) gleichartiges und synchron zum Prisma (20) des Sendeteils (2) rotierendes Prisma (30) und einen Photodetektor (31 ), auf den der Reflexionsstrahl (R) abbildbar ist, aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsteil (3) im Strahlengang des in das Prisma (30) des Empfangsteils (3) einfallenden Reflexionsstrahls (R) eine Linsenvorrichtung (32) zur Fokussierung des Reflexionsstrahls (R) auf den Photodetektor (31 ) aufweist.
7. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche zur Erkennung von Objekten in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs.
8. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Abstandsradar in einem System zur Regelung des Abstands zwischen Kraftfahrzeugen.
EP02796185A 2001-08-23 2002-08-09 Vorrichtung zur abtastung einer szene Withdrawn EP1421404A2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

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