JP2002323561A - 距離プロフィール定量装置 - Google Patents

距離プロフィール定量装置

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JP2002323561A JP2002059070A JP2002059070A JP2002323561A JP 2002323561 A JP2002323561 A JP 2002323561A JP 2002059070 A JP2002059070 A JP 2002059070A JP 2002059070 A JP2002059070 A JP 2002059070A JP 2002323561 A JP2002323561 A JP 2002323561A
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ヒッピ ヨハン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置にたいして相対的に不動な光線が、定常
な方向に向けて、装置によって送信され、それによっ
て、前記光線の伝播方向に沿って配置される複数の対象
物の、装置にたいする距離の定量を可能とする。 【解決手段】 距離プロフィール定量装置であって、監
視空間の方向にパルス状光信号を送信する光送信器、監
視空間から反射／返送される光信号を受信する光受信
器、および、距離値を、前記光信号の送信および受信間
の光伝送時間に基づいて定量する評価ユニットを含む距
離プロフィール定量装置に関わり、前記光送信器は、前
記監視空間において相互に隔てられて配置される複数の
反射／返送点の方向に複数の光信号を同時に送信するよ
う設計され、かつ、前記光受信器は、前記反射／返送点
によって反射／返送される光信号を受容するための複数
のフォトダイオードを含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、距離プロフィール
定量装置であって、監視空間の方向にパルス状光信号を
送信する光送信器、監視空間から反射／返送される光信
号を受信する光受信器、および、距離値を、前記光信号
の送信および受信間の光伝送時間に基づいて定量する評
価ユニットを含む距離プロフィール定量装置に関わる。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】前記の種類の装置は一
般に二つの異なる実施態様において知られる。第一実施
態様では、装置にたいして相対的に不動な光線が、定常
な方向に向けて、装置によって送信され、それによっ
て、前記光線の伝播方向に沿って配置される複数の対象
物の、装置にたいする距離の定量が可能となる。第二実
施態様では、光線は、ある特定の角度範囲、例えば、１
８０°または３６０°において変位され、それによっ
て、前記光線は最終的に装置に隣接して延長する平面内
において軸回転させられる。このような装置が、例え
ば、ドイツ国特許ＤＥ４３４０７５６Ｃ２に開示され
る。この装置では、従って、光によって走査される平面
内の任意の位置に配される、複数の対象物の距離を定量
することが可能である。同様に、複数の対象物の厳密な
位置定量または輪郭測定も、例えば、前記距離値の他
に、光線の、関連する変位角度も定量されるならば、可
能である。なぜなら、距離および角度情報から、反射／
返送点の位置についても結論を引出すことが可能だから
である。
【０００３】上述の装置の欠点は、いずれの場合におい
ても、ごく限定された領域しか監視されないという事実
に存する。前記第一実施態様では（不動化光線）、装置
に対して相対的に静的な直線に沿って配置される、複数
の対象物しか実際には検出されない。第二実施態様では
（「スキャナー」の軸回転光線）、光線がそこにおいて
軸回転される平面内部の対象物しか検出されず、その平
面の外側に配置される対象物は検出されない。複数のス
キャナーが相互に重層して配置され、かつ、複数の軸回
転平面が相互に重層して配置された場合でも、ギャップ
を伴う不完全な結像しか検出されない。なぜなら、結像
の個々の線だけは走査が可能であるけれども、線の間の
ギャップは走査されないからである。
【０００４】従って、本発明の目的は、最初に名指した
種類の装置について、より広い監視空間を検出可能とし
ながらも、その目的を、特に妥当と考えられる経済的努
力で実現可能とすることにおいて、改善することにあ
る。
【０００５】前記目的は、光送信器が、監視空間におい
て相互に隔てられて配置される、複数の反射／返送点の
方向に、複数の光信号を同時送信するよう設計されるこ
と、および、光受信器が、前記反射／返送点によって反
射／返送される光信号の受信のために複数のフォトダイ
オードを含むこと、によって満足される。
【０００６】従って、本発明によれば、受信器と相互作
用を持つのは単に一つだけの送信器ではなく、複数の光
信号が別々の方向に同時に送信され、その際、個別のフ
ォトダイオードが、反射／返送光信号の受信のために各
光信号と関連する。かくして、一連の利点の実現が可能
となる。
【０００７】―異なる方向に複数の光線を同時に送信す
るために、単一の光線に沿って延長する直線の監視のみ
を可能とする単一光線送信によるよりも、より広い領
域、すなわち、同時に発射される光線全体によってカバ
ーされる領域の監視が可能となる。
【０００８】―前記複数の光線は同時に送信されるもの
であるから、従来技術による装置に通常見られる光線の
継時的送信に比べて、時間の節約が得られる。
【０００９】―全ての光線の送信時点は同じであり、か
つ、各光線について個別のフォトダイオードが関連する
のであるから、各光線に関連する距離値が同時に確定可
能である。なぜなら、光線の送信と受信に必要とされ
る、それぞれの期間が、全ての光線について実質的に同
時に得られるからである。
【００１０】前記複数の送信光信号が扇形光束の成分で
あるならば、それは好ましい。この場合、単一光源であ
って、継時的で、次に扇形に広げられ、そのために、前
記光源の単一光パルスが最終的に、複数の同時送信光信
号に分解される、そのような単一光源を供給すれば十分
である。しかしながら、光束の生成のためには、複数の
光信号も同様に使用が可能である。
【００１１】この扇形光束は、好ましくは、一平面内部
に延長が可能である。しかしながら、別態様として、こ
の光束の個々の光線は異なる平面に延長することも可能
である。
【００１２】本発明によって供給される光送信器は、好
ましくは、光の線、特に、光の直線を、監視空間に投射
するように設計される。好ましくは、投射方向にたいし
て垂直に延長するこの光の線は、例えば、前述の扇形光
束によって生成が可能であり、扇形光束は、光の直線の
場合は一平面内に延長しなければならない。
【００１３】そのような光の線が装置にたいして相対的
に動かないように送信されるならば、最終的には、従来
技術において既知の複数のスキャナーによって得られる
ものと実質的に同じ機能を、光線の変動性変位のために
本発明の装置にたいして可動部分の供給を要することな
く、実現することが可能となる。光の線分の長さ、また
は、この光線分を形成する光線の数がすなわち、従来の
スキャナーの変位角度範囲に相当する角度範囲を定義す
る。次に、この角度範囲は、装置に光変位ユニットの供
給を要することなく、かつ、個々の光線の継時的送信を
要することなく、前述の利点を実現しながら、本発明に
よる監視が可能である。この光束の全角度範囲は、むし
ろ単一の扇形光束の送信によってカバーしかつ監視する
ことが可能である。
【００１４】光送信器は好ましくはレーザーダイオード
として製造される。必要電力を実現するためまたは増加
させるため、複数のレーザーダイオードが合わさって前
記光送信器を形成することも可能である。
【００１５】光受信器は好ましくは、フォトダイオード
が直線にそって延長するフォトダイオード列として形成
される。この直線は、例えば、その内部おいて扇形光束
が延長する平面内に存在する。
【００１６】光変位装置が、光送信器側に供給されるな
らばそれは特に好ましい。そのような光変位ユニットに
よって、扇形光束を、例えば、そこにおいてその扇形光
束が延長する平面にたいして垂直に変位させることが可
能となる。従って、変位方向に光の「迷走」線が生成さ
れ、これが、従来技術で既知のスキャナーと対照的に、
一平面の監視のみならず、空間の監視をも可能とする。
この場合、光受信器が、フォトダイオード二次元配列と
して形成されると有利である。
【００１７】光の迷走線を有する本実施態様では、次に
光の垂直に延びる直線が周期的に水平方向に平面を掃引
し、それによって、この平面と装置の間に配置される全
ての空間の監視が可能となる。これと関連して、光の線
分はその角度変化を次第に増加させながら送信され、複
数の点であって、それらの点から光線分が反射／返送さ
れて装置に戻されるのであるが、その際、それらの点
の、装置にたいする距離が、各角度位置について計算さ
れる。検出速度が十分に速く、かつ、光の送信線分のパ
ルス持続時間が十分に短ければ、このようにして前記空
間の連続監視が確実に実行される。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の、この他の好ましい実施
態様は、従属請求項に記載される。
【００１９】本発明は、下記において、一つの実施態様
と図面を参照しながら説明される。
【００２０】図１は、一平面内に延びる、複数の光線３
から成る扇形光束２を送信する、本発明による装置１を
示す。光束２の生成は、例えば、１個以上のレーザーに
よって実現が可能である。例えば４個のレーザーが使用
された場合、各レーザーの前に送信レンズを挿入すれ
ば、最終的に、光束２の８本の光線３の各レンズによる
送信が可能となり、全体では、２４本の光線３から成
る、１本の光束が送信される。しかしながら、使用され
るレーザーの数は、如何様にも好みのやり方でそれぞれ
の用途に適合が可能であり、レーザーによって生成され
る光線３の数についても同様である。
【００２１】光束２は、図示の例では、光束２の伝播方
向にたいして実質的に垂直に延びる平面４の方向に送信
される。しかしながら、この平面はまた、他の用途にお
いては、光束２の伝播方向にたいして如何様にも好みの
傾きを持って延長することが可能である。光束２によっ
て光の直線５が表面４の上に生成される。装置１によっ
て送信される光は、この光直線５によって、装置１に反
射／返送され、この反射／返送された光は装置１に受信
される。装置１と、表面４に結像される光直線５の反射
／返送点との間にあって、個々の光線３と関連する距離
は、光線３の送信と、この光線３と関連する反射光／返
送光の受信との間の時間から、装置１において計算が可
能となる。
【００２２】装置１と表面４の間の空間にある対象を挿
入すると、この対象の領域における反射／返送はもはや
表面４では起こらず、光線３がその対象に入射する点で
起こる。従って、この対象の装置１からの距離、また
は、対象の輪郭は、図１による配置によって定量される
距離信号から計算が可能である。
【００２３】光束２は、軸Ａの周囲に周期的に軸回転さ
れる。このことは特に図２から見て取ることができる。
この軸回転は、図１に示した光束２の領域に配置された
対象物が、図１および２による配置によって検出可能と
なるという作用をもたらすばかりではない。作用はむし
ろ、光束２の、全軸回転範囲内に配される全ての対象物
が検出可能となることである。軸回転範囲は、例えば、
１８０°にまで増えてもよいばかりでなく３６０°でも
問題はない。約１６０°の軸運動でも、装置１を取り巻
く全空間を監視することが可能である。
【００２４】図３は装置１に配置される光受信器６を示
し、ここに前記光受信器は複数の、並べて配置されたフ
ォトダイオード列７から成る。これと関連して、各フォ
トダイオードは一つの反射／返送光線３と関連し、その
ため各フォトダイオード７は、それと関連する前記反射
／返送光線の受容時に信号を送信することが可能であ
り、そしてこの信号は評価ユニット８に供給される。評
価ユニット８にはさらに、全ての光線３の同時送信時点
に一致する信号Ｓが供給される。この信号Ｓと、フォト
ダイオード７によって利用可能とされる信号から、評価
ユニット８において、各光線３の光伝送時間が計算可能
となる。次に、光速を考慮に入れて、各光線３と関連す
る反射／返送点の、装置１からの距離について結論を引
出すことが可能になる。
【００２５】本発明の枠組みにおいて、光速２の必ずし
も全ての光線３が同時に送信される必要はない。各場合
においていくつかの光線から成る個々の単位を時間をず
らして送信し、かつ、それらの単位の個々の光線につい
てはそれぞれ同時に送信することも可能である。次に、
最終的に適正な距離の定量が可能となるためには、評価
ユニット８に、光束３の、個々の単位の送信時間に一致
する信号が供給されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配置の模式的側面図である。
【図２】図１による配置の平面図である。
【図３】本発明によって使用される、評価ユニットを含
む光受信器のブロックダイアグラムである。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA51 DD06 FF12 FF31 GG06 GG08 JJ01 JJ18 MM25 NN01 5J084 AA05 AD01 BA03 BA05 BA16 BA36 BA39 BA40 CA03 EA05 EA07 FA01

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 監視空間の方向に、パルス状光信号
    （３）を送信するための光送信器、前記監視空間から反
    射／返送される光信号を受容するための光受信器、およ
    び、前記光信号（３）の送信および受信の間の光伝送時
    間に基づいて距離を定量するための評価ユニット（８）
    を含む距離プロフィールの定量装置において、前記光送
    信器は、前記監視空間に配され、かつ、相互に隔てられ
    る複数の反射／返送点（５）の方向に複数の光信号
    （３）を同時に送信するよう設計され、かつ、前記光受
    信器は、前記反射／返送点によって反射／返送される光
    信号を受信するための複数のフォトダイオード（７）を
    含む、ことを特徴とする距離プロフィールの定量装置。
  2. 【請求項２】 前記評価ユニット（８）は、前記複数の
    光信号（３）の送信と、ｎ個のフォトダイオード（７）
    による前記光信号の受信との間の光伝送時間に基づいて
    距離値を、各距離値が１個のフォトダイオード（７）に
    関連づけられるように、計算するよう設計されることを
    特徴とする、請求項１による装置。
  3. 【請求項３】 前記複数の送信光信号（３）は扇形光束
    （２）の成分であることを特徴とする、請求項１または
    ２による装置。
  4. 【請求項４】 前記扇形光束（３）は一平面に延長する
    ことを特徴とする、請求項３による装置。
  5. 【請求項５】 前記光送信器は、光の線（５）、特に光
    の直線を、監視空間に投影するように設計されることを
    特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項による装
    置。
  6. 【請求項６】 前記光送信器はレーザーダイオードとし
    て形成されることを特徴とする、請求項１ないし５のい
    ずれか一項による装置。
  7. 【請求項７】 前記光受信器はフォトダイオード列とし
    て形成されることを特徴とする、請求項１ないし６のい
    ずれか一項による装置。
  8. 【請求項８】 光変位装置が前記光送信器側に供給され
    ることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項
    による装置。
  9. 【請求項９】 光送信器側に配される前記光変位装置
    は、扇形光束（２）が延長する平面にたいして垂直な方
    向に、前記扇形光束（２）を変位させるように設計され
    ることを特徴とする、請求項８による装置。
  10. 【請求項１０】 前記光変位装置は、前記扇形光束
    （２）を周期的に変位するように設計されることを特徴
    とする、請求項９による装置。
  11. 【請求項１１】 前記光受信器はフォトダイオードの二
    次元配列として製造されることを特徴とする、請求項８
    ないし１０のいずれか一項による装置。
JP2002059070A 2001-03-05 2002-03-05 距離プロフィール定量装置 Withdrawn JP2002323561A (ja)

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