JP7507133B2 - ３ｄライダセンサ - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光源と、受光器と、およびレーザ光源から発生されたレーザビームを相互に直交する２つの走査方向に偏向させる走査システムとを含む、特に自動車用３Ｄライダセンサに関する。

本出願人に帰属するＤＥ１０２０１５２００２２４Ａ１から、このような３Ｄライダセンサが知られている。レーザビームにより人を危険に曝すことを回避するために、例えば８５０と１５００ｎｍの間の波長を有する適切な強度のレーザビームが使用される。レーザビームを偏向させるために、例えばレーザビームを希望する方向に偏向させるためのマ
イクロミラーないしはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ－Ｓｙｓｔｅｍ「マイクロ・エレクトロ・メカニカルシステム」）が使用される。放射され、物体において反射されそして受光器により再び受光されたレーザビームの通過時間測定もまた行われる場合、周辺の三次元画像が検出可能であり、対応する評価装置および／または走行支援システムにより解釈可能である。したがって、衝突を回避するために、特に自動車のドライバは、車道内の固定のまたは可動の障害物を認識することが可能である。通常、このような３Ｄライダセンサはハウジング内に配置され、ハウジングは、レーザビームに対して、ディスクまたはレンズの形の出口開口を備えている。

ＤＥ１０２０１５２００２２４Ａ１

本発明の課題は、特に自動車用に適した、改善された機能性および信頼性を有する３Ｄライダセンサを提供することである。同様に、対応する３Ｄライダセンサの動作方法を提供する。

この課題は、本発明により、３Ｄライダセンサ内にまたはその上に、正常動作からの逸脱を検出するための他の検出装置を設けることによって解決される。この場合、検出装置をそれ自身任意の方法で形成しもよいが、以下に記載のように形成することが好ましい。この検出装置は、センサ内にまたはその上に、すなわち例えばセンサのレーザビームの送光および／または受光経路内に配置された「インテリジェント面」と呼んでもよい。この面は、例えばセンサのハウジングの内部にまたは出口開口上に配置してもよい。

本発明の有利な変更態様および構成は従属請求項に示している。

レーザビームの放射方向の検出が基準点で行われることが好ましい。例えば、中間面および／または出口開口に、レーザ並びに走査システムの正常な動作においては照射される必要がない追加の光センサを配置している。しかしながら、これにより、レーザ並びに走査システムが調整不良であることが自動的に検出可能であり、また対応するエラーメッセージが出力可能であり、あるいは全体システムの自動校正を実行する。同様に、光センサは、正常な動作において照射されなければならないように設計可能である。これにより、自動的に調整不良を推定することができる。これは、例えば出口開口の縁またはいわゆる中間面の領域内に配置したレーザ光検出器の形で実行してもよい。これにより、放射されたレーザビームが実際に希望した方向に送出されたか否かが検出可能である。この方向は、特に、機械的／熱的影響により、例えば３Ｄライダセンサのハウジングまたはマイクロミラーからマイクロレンズアレイまでの間隔の熱膨張により変化し得る。全体センサの機械的調整不良もまた、例えば自動車の衝突によって存在することがある。レーザそれ自身もまた、連続動作において、熱的ドリフト、例えばトリガパルス後のレーザ遅れを有することがある。

同様に、出口開口内に、例えばセンサのハウジングの内部に、迷光パターンの不規則性に基づく後方散乱レーザビームに対する迷光センサのような検出装置を設け、この出口開口の汚れが存在するか否かを検出することが可能である。

さらに、例えば他の周波数、パルス持続時間等に基づいて、外部光ないしは他の車両のライダセンサの光の入射を検出し抑制することが可能である。このために、特定の波長の光に対してのみ通過可能な、例えば出口開口における例えば帯域フィルタおよび／または対応するコーティングを使用する。しかしながら、ここでは、原理的に、例えば交通の流れを改善するために、種々の自動車のセンサ間のデータ伝送もまた可能であろう。

後方散乱されそして受光器ないしは追加の迷光センサにより受光されたレーザ光において、希望しない逸脱、例えば霧、泡による後方反射または太陽放射による再帰反射が検出された場合、これは、他の検出装置により検出し、そして評価において考慮してもよい。

同様に、特にトンネルまたは地下駐車場内に進入したときに変化した光状況を考慮するために、例えば輝度センサの形の周囲光検出を行ってもよい。

連続動作においてレーザビームが希望した全ての観察領域を掃引したか否かを検査するために、出口開口上または中間面上のいずれかに感光抵抗フィラメントからなる狭いメッシュの格子を配置することを提案する。これにより、検出領域内に隙間がないか否かが検出可能である。

伝送特性を変化させるために、例えば出口開口のディスクまたはレンズ上あるいは中間面内のディスク上に、圧電効果によって厚さ変化を発生させることは、原理的に可能である。これは、ファブリー・ペロー・フィルタ効果であってもよい。これにより、レーザ波長がドリフトした場合においても、希望された波長のみが受光可能であり、他の波長は抑制することが好ましい。これはきわめて狭い帯域であっても実行可能である。同様に、出口開口における反転圧電効果により、自動車の走行速度に依存してもまた、突風、他の音響信号等のレーザビームの放射または受光方向への影響を検出しかつ調整することが可能である。

さらに、３Ｄライダセンサ内にまたはその上にあるいはそれに追加して、車両周辺の他のモニタリングを可能にするために、超音波センサを設けてもよい。

同様に、例えば周囲温度および／または路面温度を検出する温度センサを設けてもよく、これにより、これを信号評価において考慮することができる。

同様に、測定結果に影響を与えるであろう放射線に対する検出器を設けてもよい。

出口開口におけるディスクまたはレンズは、例えばロータス効果コーティングを用いて汚れの付着を防止するように形成することが好ましい。

例えば雨水、ダストまたは霧による凝縮を検出し、測定結果の評価において考慮するために、３Ｄライダセンサは凝縮センサと組み合わせてもよい。

同様に、出口開口におけるディスクまたはレンズを、例えば落石に対して抵抗するために、特に衝撃およびかき傷に抵抗するように設計することを提案する。これは、特にダイヤモンドコーティングにより行ってもよい。

最後に、出口開口のディスクまたはレンズにおける損傷を検出するために、損傷の検出を、例えば組み込まれた抵抗またはひずみゲージにより行ってもよい。

画角を拡大するために、３Ｄライダセンサの内部に、例えば放射されたおよび／または後方散乱されたレーザビームに対してマイクロレンズアレイの形の拡大光学装置および／または集束光学装置を配置してもよい。

例えば飛散塩、スモッグまたは他の環境影響を検出する化学物質検出器を設けてもよく、これにより、これを測定結果の評価において考慮することができる。
以下に本発明の実施例が図面により詳細に説明される。

図１は、３Ｄライダセンサの略図を示す。 図２は、追加のセンサを有する３Ｄライダセンサを示す。 図３は、ディスクまたはレンズを断面図で示す。 図４は、レーザビームの走査経路を示す。 図５は、感光抵抗ワイヤを有するディスクまたはレンズを示す。 図６は、ディスクまたはレンズを断面図で示す。 図７は、中間面を示す。 図８は、拡大光学装置を示す。

図１の左側に示した３Ｄライダセンサ１０はレーザ光源１１を有し、レーザ光源は、種々の矢印で示したように、レーザビーム２０を、相互に直交する少なくとも２つの空間方向に放射するように設計されている。すなわち、図を簡単にするためにここには示していない受光器と共に、特に自動車の周辺をモニタリングすることが可能である。３Ｄライダセンサは、ハウジング１２を含み、例えば自動車の車体上または車体内に配置されている。理解されるように、それは、電源を備え、測定信号を、さらに処理するための自動車の制御装置に伝送するために、データ伝送手段を備えている。さらに、レーザビーム２０を放射させまた場合により再び入射させるために、ハウジングにディスクまたはレンズ１３を配置している。３Ｄライダセンサ１０の機能性を向上させるために、本発明により、ここではレーザ光源１１とディスクまたはレンズ１３の間に配置した他の検出装置１４を設けている。図１の右側に示したように、この検出装置１４を、ディスクまたはレンズ１３内に組み込んでもよい。

特に高温の路面上の蜃気楼は測定結果ないしはその評価に影響を与えることがあるので、周囲温度を検出し、ないしは蜃気楼効果を検出するように設計された温度センサ２８を設けてもよい。

図２に、ミラー１６を有するレーザ光源１１を示しており、ミラーは、自動車の周辺を照射するために、双方向矢印で示したように、相互に直交する空間方向に揺動可能である。レーザビーム２０は、ディスクまたはレンズ１３を介して３Ｄライダセンサ１０から放射する。ここで、ディスクまたはレンズ１３の隅に追加の光センサ１５を配置している。熱的および／または機械的変化により、および／または時間的変化により、レーザビーム２０の方向の調整不良が発生した場合、レーザ光はもはや直接ディスクまたはレンズ１３を通過して配向されず、ハウジング１２の周縁の方に進む。これを、光センサ１５により検出し、また自動調整が行ってもよく、あるいはエラーメッセージを出力してもよい。

光センサ１５は、隅においてのみならず、ディスクまたはレンズ１３の縁全体の周りに配置してもよいことがわかるであろう。

さらに、迷光センサ２５を示している。これは、例えば、レーザビーム２０がディスクまたはレンズ１３上の汚れ１７から直接反射されるのを検出可能である。その場合、レーザビーム２０は、もはや周辺を検出するようには作用せず、エラーメッセージを出力してもよい。

図３に、３Ｄライダセンサのディスクまたはレンズ１３を断面図で示している。この場合、その代わりにまたはそれに追加して、光センサ１５は、ディスクまたはレンズ１３の周りのみならず、ディスクまたはレンズ１３の縁にもまた分配して配置している。レーザビーム２０が例えば汚れ１７に向かって進行したとき、レーザビームは、ディスクまたはレンズ１３の内側で迷光１８として反射され得る。同様のことが、ディスクまたはレンズ１３の損傷１９に対しても当てはまる。これは、ディスクまたはレンズ１３の縁にある光センサ１５により検出され得る。汚れ１７は、水滴、露、凝縮等によってもまた形成され、検出されることがある。同様に、周辺からの温度の影響、化学物質または放射能の影響を検出し、評価において考慮してもよい。このために、３Ｄライダセンサ１０は、対応するセンサを備え、ないしはそれとネットワーク化してもよい。

同様に、入射および放射するレーザビームの透過挙動に影響を与える雨滴または水滴ないしは霧または露の凝縮もまた汚れ１７とみなしてもよい。

さらに、周辺の光を検出するために光抵抗２７を設けてもよく、これにより、変化した照明条件を考慮するために、トンネル、車庫等内に進入することを３Ｄライダセンサ１０が自動的に検出することができる。

光抵抗１７に追加してまたはその代わりに、耐傷コーティングおよび／またはロータスコーティングを設けもよい。

さらに、それに追加してまたはその代わりに、化学物質感知コーティングにより、例えば飛散塩汚染のような環境影響を検出してもよい。

同様に、例えば温度および気圧に依存してレーザビーム２０に対して希望した透過挙動を保持するために、双方向矢印２８で示すように、ディスクまたはレンズ１３の厚さを、圧電効果により適合してもよい。同様に、圧電検出により、レンズまたはディスク１３に対する音波、走行空気流等の影響を検出し、評価において考慮してもよい。

さらに、ボックス２９で示しているように、ディスクまたはレンズ１３内に、例えばシンチレートする原子または分子を取り込んでもよい。これは放射線により励起され、光を放射し、この光は、例えばディスクまたはレンズ１３の縁の対応する検出器により検出される。これにより、放射線の影響を検出し、評価において考慮することができる。

図４に、ディスクまたはレンズ１３上のレーザビーム２０の走査経路２１が任意の影響によりいかに変位し得るかを示している。変位したときには、例えば光センサ１５によりこれを検出し、そしてそれに対応して再び調整するる。

言うまでもないが、ディスクまたはレンズ１３は、例えばロータスコーティング、耐傷コーティングおよび／または特定の波長のみを通過させるコーティングを備えてもよい。同様のことは、３Ｄライダセンサ１０の内部に配置された部品に対しても当てはまる。同様に、帯域フィルタおよび／または例えば追加コーティングとしての光抵抗を設けてもよい。これにより、干渉またはその他の外乱を回避するために、例えば他の自動車のレーザビームの入射を防ぐことができる。

図５に、ディスクまたはレンズ１３であって、この上にまたはこの中に感光抵抗ワイヤ２２が例えばネット状に配置されたものを示している。レーザビーム２０がこのようなワイヤ２２に当たると、円２３で示す電気パルスが放出される。例えばミラー１６内に機械的欠陥が発生して、領域２４がレーザビームにより掃引されなかった場合、電気信号は発生せず、したがってエラーメッセージを出力してもよい。

図６に、ディスクまたはレンズ１３を断面図で示している。その縁に、好ましくはその周りに、希望しない波長の、すなわち例えば他の自動車のセンサからのレーザビーム２６を排除するために、帯域フィルタを配置し、これにより、測定結果の品質低下は発生しない。３Ｄライダセンサ１０自体のレーザビーム２０のみを検出すべきである。

図７に、いわゆるインテリジェント中間面の３つの異なる構成を示している。左側においては、これは透明であり、特に反射されたレーザビームをいわゆるフィルタリングしないまま通過させる。中央においては、これは完全に暗くされ、例えば特定の波長の光のみを通過させ、右側においては、例えば希望しない光入射を適切に抑制するために、一部分のみを暗くしている。これは、マイクロアレイおよび／または操作可能な感光コーティングにより行うことが可能である。

最後に、図８に、拡大特性を有するディスクまたはレンズ１３を示している。レーザ光源１１から発生されたレーザビームは、より大きな周辺領域を検出可能にするために、ディスクまたはレンズ１３を介して拡大する。原理的に集束する構成もまた可能である。

１０ ３Ｄライダセンサ
１１ レーザ光源
１２ ハウジング
１３ レンズ、ディスク
１４ 検出装置
１５ 光センサ
１６ ミラー
１７ 汚れ
１８ 迷光
１９ 損傷
２０ レーザビーム
２１ 走査経路
２２ 感光抵抗ワイヤ、感光抵抗フィラメント
２３ 円
２４ 領域
２５ 迷光センサ
２６ レーザビーム
２７ 光抵抗
２８ 温度センサ、双方向矢印
２９ ボックス

Claims (8)

1. 自動車用３Ｄライダセンサ（１０）であって、レーザ光源（１１）と、受光器と、レーザ光源（１１）から発生されたレーザビーム（２０）を相互に直交する２つの走査方向に偏向させる走査システムと、前記レーザビーム（２０）が通過するための自動車用３Ｄライダセンサ（１０）の出口開口に設けたディスクまたはレンズ（１３）とを含む、自動車用３Ｄライダセンサ（１０）において、３Ｄライダセンサ（１０）内に、正常動作からの逸脱を検出するための他の検出装置（１４）を設け、
   該他の検出装置（１４）が、追加の光センサ（１５）を含み、
   該追加の光センサ（１５）は、前記ディスクまたはレンズ（１３）における前記レーザビームの走査経路の変位を検出するために、前記ディスクまたはレンズ（１３）の縁に設けられ、
   該追加の光センサ（１５）は、前記レーザビーム（２０）および前記走査システムの正常動作においては照射されず、該追加の光センサにおいて照射された場合には、前記レーザビーム及び／又は前記走査システムにおける位置関係の調整不良があることを検知するように設けられ、または、前記追加の光センサ（１５）は、前記レーザビーム（２０）および前記走査システムの正常動作においては照射され、該追加の光センサにおいて照射されない場合には、前記レーザビーム及び／又は前記走査システムにおける位置関係の調整不良があることを検知するように設けられ、
   該追加の光センサ（１５）は、前記レーザビーム及び／又は前記走査システムにおける位置関係の調整不良があることを検出すると、前記レーザビーム及び／又は前記走査システムにおける位置関係の調整不良があることを示すエラーメッセージを出力し、または、自動校正を実行すること
   を特徴とする３Ｄライダセンサ（１０）。
2. 外部光を抑制することができること、を特徴とする請求項１に記載の３Ｄライダセンサ（１０）。
3. 前記他の検出装置（１４）が、迷光センサ（１６）を含むこと、を特徴とする請求項１
   または２に記載の３Ｄライダセンサ（１０）。
4. ３Ｄライダセンサ（１０）が、降雨センサ、温度センサ、超音波センサ、化学物質センサまたは放射能センサのような他のセンサと結合されたこと、を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の３Ｄライダセンサ（１０）。
5. 前記ディスクまたはレンズ（１３）上またはその中に、圧電システムを設けたこと、を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の３Ｄライダセンサ（１０）。
6. 前記ディスクまたはレンズ（１３）上またはその中に、感光抵抗ワイヤ（２２）を配置したこと、を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の３Ｄライダセンサ（１０）。
7. レーザビーム（２０）に対する拡大光学装置および／または集束光学装置を設けたこと、を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の３Ｄライダセンサ（１０）。
8. ３Ｄライダセンサ（１０）が、レーザ光源（１１）と、受光器と、およびレーザ光源（１１）から発生されたレーザビーム（２０）を相互に直交する２つの走査方向に偏向させる走査システムと、前記レーザビーム（２０）が通過するための３Ｄライダセンサ（１０）出口開口に設けたディスクまたはレンズ（１３）とを備えた、自動車用３Ｄライダセンサ（１０）の動作方法において、３Ｄライダセンサ（１０）内に、３Ｄライダセンサ（１０）の正常動作からの逸脱がそれにより検出可能な、正常動作からの逸脱を検出するための他の検出装置（１４）を設け、
   該他の検出装置（１４）が、追加の光センサ（１５）を含み、
   該追加の光センサ（１５）は、前記ディスクまたはレンズ（１３）における前記レーザビームの走査経路の変位を検出するために、前記ディスクまたはレンズ（１３）の縁に設けられ、
   該追加の光センサ（１５）は、前記レーザビーム（２０）および前記走査システムの正常動作においては照射されず、該追加の光センサにおいて照射された場合には、前記レーザビーム及び／又は前記走査システムにおける位置関係の調整不良があることを検知するように設けられ、または、前記追加の光センサ（１５）は、前記レーザビーム（２０）および前記走査システムの正常動作においては照射され、該追加の光センサにおいて照射されない場合には、前記レーザビーム及び／又は前記走査システムにおける位置関係の調整不良があることを検知するように設けられ、
   該追加の光センサ（１５）は、前記レーザビーム及び／又は前記走査システムにおける位置関係の調整不良があることを検出すると、前記レーザビーム及び／又は前記走査システムにおける位置関係の調整不良があることを示すエラーメッセージを出力し、または、自動校正を実行すること
   を特徴とする３Ｄライダセンサ（１０）の動作方法。

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