WO2017001038A1 - Sensoreinrichtung zur umgebungserfassung und verfahren zur erkennung einer nullpunktposition einer drehbaren einheit einer solchen sensoreinrichtung - Google Patents

Sensoreinrichtung zur umgebungserfassung und verfahren zur erkennung einer nullpunktposition einer drehbaren einheit einer solchen sensoreinrichtung Download PDF

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    • G01S7/4972—Alignment of sensor

Definitions

  • Sensor device for environmental detection and method for detecting a zero point position of a rotatable unit of such a sensor device
  • the invention relates to a sensor device for detecting environmental information, comprising a transmitting unit and a receiving unit having components which are all or partially associated with a rotatable unit, wherein the transmitting unit can emit light pulses in an angular range of the environment to be scanned by means of the rotatable unit, wherein the Receiving unit of objects in the scanned angular range reflected light pulses can receive, and in which the reflected light pulses are evaluated by a control and evaluation device according to a light pulse transit time method to determine the spatial position and the distance of these objects and signal. Moreover, the invention relates to a method for detecting a rotational angle-related zero point position of the rotatable unit of such a sensor device.
  • Environmental information sensing devices are being developed for various functions, such as sensing environmental information in the near and far range of vehicles and aircraft, for collecting environmental data, or in safety engineering for monitoring work areas of machinery.
  • driver assistance systems of passenger cars, commercial vehicles and buses they are used as an aid to driver information and accident prevention in the detection of obstacles or vulnerable road users in the front, rear or blind spot area of the motor vehicle.
  • Such sensor devices for detecting environmental information can be based on optical methods such as the laser scanning technique or LIDAR technology, in which a transmitting unit emits one or more laser beams in the ultraviolet, visual or infrared range, and a receiving unit that from an object by scattering, reflection or Absorption emission rejects reflected light temporally, spatially and / or wavelength-selectively.
  • optical methods such as the laser scanning technique or LIDAR technology, in which a transmitting unit emits one or more laser beams in the ultraviolet, visual or infrared range, and a receiving unit that from an object by scattering, reflection or Absorption emission rejects reflected light temporally, spatially and / or wavelength-selectively.
  • Known optical sensor devices have a rotating unit, in which a transmitting unit or a transmission unit associated component, such as a single laser diode or a laser line, and a receiving unit or the receiving unit associated component, such as a tilted at 45 ° to the rotation axis mirror , Coaxially disposed on a radially inner axis of rotation and are jointly and synchronously driven by a motor.
  • the rotating transmission beam is usually pulsed or electronically modulated in time.
  • the light reflected by an object is directed to a light-sensitive detector, for example a single receiving diode or a CCD chip, via the reception mirror, which is rotatable synchronously with the transmitter, and converted into an electrical reception signal in an associated electronic system.
  • a light-sensitive detector for example a single receiving diode or a CCD chip
  • the reception mirror which is rotatable synchronously with the transmitter, and converted into an electrical reception signal in an associated electronic system.
  • the spatial distance to the detected object can be calculated after the light pulse transit time method.
  • a single pulse can be evaluated or detected over a number of pulses.
  • the respective relative angular position of the rotatable unit, in which a transmission pulse was emitted and a reception pulse was received is usually known by the output signal of a rotary encoder.
  • a zero calibration is additionally required. After each scan cycle, two-dimensional polar coordinates of all object points in a scanning plane are then available via the rotation angle and the calculated distance.
  • a rotating laser scanner in azimuth enables all-round scanning with a high angular resolution. In most cases, however, a specific smaller angular range, for example 180 °, is applied to the respective application.
  • a systematic pivoting of the transmitted light beam in the tilting direction to the axis of rotation or a displacement of the transmitted light beam in the axial direction also different elevation angle ranges can be scanned in addition, so that a three-dimensional image of the scanning arises.
  • the performance of such a sensor device results from the duration, wavelength and strength of the pulses of the transmitting unit and from the sensitivity and the spatial and temporal resolution of the receiving unit.
  • interference signals such as reflections on an optical window of the sensor device or by weathering factors, such as snow or rain, should be considered.
  • the rotating unit of the sensor device is usually driven by an electric motor, which provides information about the current angle of rotation of its rotor and the axis of rotation connected to the rotor to an electronic control unit.
  • the drive unit may be a brushless DC motor, in which the rotor position and rotor speed are detected by sensors.
  • a position determination of the rotatable unit must first be carried out. For the calibration, a specific rotation angle position is detected as the zero point.
  • a separate sensor For example, may be attached to the rotatable unit, a magnet which generates an electrical output signal when passing on a fixed Hall sensor in this.
  • incremental encoders or photoelectric sensors for determining angular positions.
  • DE 43 40 756 C2 shows a working according to the light pulse transit time method laser distance detecting device with a motor driven rotatable Lichtablenkvorraum.
  • a mirror of the light deflecting device Via a mirror of the light deflecting device, light pulses are emitted into an environmental region to be measured and the light pulses reflected by an object are received by a receiving arrangement in order to determine the distance of the object from the light pulse transit time.
  • the light deflecting device is arranged on a turntable, on whose circumference a fork-shaped angle sensor is located, which acts as a light barrier.
  • About the angle encoder receives a control information about the instantaneous angular position of the light deflecting device.
  • an optical sensor for obstacle detection with a rotatable unit which scans the azimuth.
  • the rotating unit is displaceable in the axial direction in order to scan different elevation angle ranges.
  • the drive of the rotatable unit for scanning in the azimuth is effected by a motor via a gear drive, wherein by a step control angle increments predetermined and thus assumed to be known.
  • DE 10 2005 055 572 B4 shows an optical distance sensor operating according to the light pulse transit time method with a rotatable unit.
  • the light of a pulsed laser diode of a transmitting unit is transmitted via a transmitting optics and a first mirror, which is inclined by 45 ° relative to the rotational axis and is driven by a motor in the rotatable unit, in the direction of a scene to be measured.
  • Via a second mirror which is also inclined by 45 ° with respect to the axis of rotation and is driven by the motor, the light pulses reflected by objects in the direction of the sensor are directed via a receiving optics of a receiving unit to a detector for distance evaluation.
  • a magnet is arranged, which cooperates for determining the position of the rotatable unit with a separate Hall sensor.
  • the rotating unit comprises in coaxial arrangement a laser diode of a transmitting unit and a tilted at 45 ° to the rotation axis receiving mirror of a receiving unit.
  • Light pulses of the transmitting diode are conducted via a transmission mirror in the direction of a scene to be measured.
  • the light pulses reflected by objects are directed via the receiving mirror onto a detector.
  • the rotating unit allows its rotation to scan the environment in azimuth.
  • the transmission mirror is pivotable about the axis of rotation to scan the scene in the elevation.
  • the transmitting diode and the receiving mirror are activated by a motor. drove whose angular position is provided via a Hall generator of a controller.
  • a sensor device should be suitable for a driver assistance system of a vehicle.
  • the invention is based on the recognition that such a sensor device with a rotatable unit, such as a laser scanner operating laser unit for all-round scanning, in most applications uses only a limited scanning range for environmental detection, for example 180 °.
  • the other 180 ° of a full circle or the remaining rotation angle range of the rotation of the laser unit are not used. This remaining angular range is thus available for calibrating the zero point position of the rotation angle of the laser unit.
  • transmission of at least one light pulse between the transmitter and the receiver of the rotatable unit can be generated. This can be done in such a way that such a transmission takes place at known, predetermined rotational angle positions (and only at these positions).
  • the transmission signals are thus clearly associated with these fixed positions and can be used to determine the instantaneous rotational angular position of the rotatable unit. This makes it possible to calibrate the sensor device at any time to a predetermined rotational angle-related zero point position of the rotatable unit, to verify this zero point position at any time, and, if necessary, to update the value of this zero point position accordingly in a control and evaluation device of the sensor device.
  • the invention is therefore based on sensor device for detecting environmental information, with a transmitting unit and a receiving unit, which have components which are all or partially associated with a rotatable unit, the transmitting unit emitting light pulses in an angular range of the surroundings to be scanned by means of the rotatable unit can, wherein the receiving unit of objects in the scanned angular range reflected light pulses can receive, and in which the reflected light pulses are evaluated by means of a control and evaluation by a light pulse transit time method to determine the spatial position and distance of these objects and signal.
  • an optical short-circuit device is rotatably mounted on the sensor device in an unused for environmental scanning angular range, which is suitable from the transmitting unit additionally in the unused for ambient scanning angle emitted light pulses when passing the optical short-circuit device directly to transmit to the receiving unit to locate a rotational angle-related zero point position of the rotary unit and to signal to the control and evaluation.
  • An optical short circuit is defined as a process in which the transmission beam of the transmitting unit is conducted directly and on a very short path to the receiving unit of the sensor device, ie without an interaction of the transmitting beam with an object outside the sensor device having taken place. Consequently, an optical short-circuit device is a device by means of which a transmission beam of the transmission unit is conducted directly to the reception unit of the sensor device, without the transmission beam being able to interact with an object outside the sensor device.
  • the invention proposes a sensor device with a rotatable optical scanning unit, on which a transmitting unit and a receiving unit or individual components of these units, such as optical mirror, transmitting laser and / or receiving diodes, are arranged.
  • This rotatable scanner uses a predefined scanning range of ⁇ 360 ° adapted to its application.
  • the transmitting unit transmits light pulses, for example laser pulses of a laser diode or of a solid-state laser.
  • the receiving unit receives the light pulses reflected from objects in the scanned surrounding area and analyzes them in a control and evaluation device according to a known light pulse transit time method. In the area to be scanned, the environment is systematically recorded and the spatial position and the distance to the objects are determined.
  • the rotatable unit For determining the spatial position and the distance of detected objects in the angular range to be scanned, the rotatable unit is calibrated to a rotation-angle-related zero point position. This makes sense, in particular after switching on the sensor device, in order to know the instantaneous absolute rotational angle position of the rotatable unit for the evaluation at any time.
  • a non-rotatable device for generating an optical short circuit between the transmitting unit and the receiving unit is arranged outside the rotatable unit, in an angle range not used for ambient scanning. Accordingly, the transmitting unit is not only operated in the angular range scanning the environment, but also in the unused angular range. By scanning this angular range, which is not used for environmental scanning, an optical short circuit is generated between the transmitting unit and the receiving unit exactly when the transmitting beam strikes the fixed and known position of the optical short-circuiting device during rotation of the rotating unit and at the time of sweeping of the short-circuiting device Light pulses are transmitted via the short-circuit device directly to the receiving unit. Because the Position of the short-circuiting device is invariable, the detection of the optical short circuit can be used for rotational angle-related zero position detection of the rotary unit.
  • an optical short circuit can be generated by means of the optical short-circuit device at exactly one defined angular position of the angular range unused for environmental scanning, from which a rotational angle-related zero point position of the rotatable unit can be determined. Accordingly, the input element of the optical short-circuiting device can be placed exactly at the position of the rotational angle zero point of the rotatable unit, and define there zero point.
  • the rotatable unit scans by means of the laser and the receiving unit and the unused for environmental detection angle range, the pulse frequency of the light pulses are sufficiently high, so that one or more light pulses when passing the receiving unit of the optical short-circuit device, the optical short circuit is generated safely.
  • the optical short-circuit signal is generated, which can be used by a control and evaluation for further processing.
  • optical short circuits can be generated by means of the optical short-circuit device at two or more defined angular positions of the angular range unused for environmental scanning, from whose temporal occurrence and / or spatial distances a rotational angle-related zero point position of the rotatable unit can be determined.
  • the optical short-circuit device can be designed such that optical short circuits can occur at a plurality of defined rotational angle positions. When illuminating the optical short-circuit device then multiple optical short circuits are generated in temporal succession.
  • a predefined rotation angle-related zero point position of the rotatable unit is in a fixed angular relationship to the short-circuit positions of this optical short-circuit device, so that from the time intervals and angular distances of the short-circuit signals when sweeping the inputs of the optical Short-circuit device, the rotation angle-related zero point position of the rotatable unit can be clearly determined. As a result, the reliability and accuracy in the zero-point detection can be increased even more.
  • the optical short-circuit device has one or more light guides, wherein the coupling of the light pulses into the light guide and the coupling of the light pulses from the light guide is done directly or via a coupling optics or coupling optics.
  • Light guides or optical fibers are flexible, require little space and are relatively inexpensive to purchase.
  • the sensor device according to the invention can be equipped with an optical short-circuit device with little effort.
  • the optical fiber, an additional coupling optics and / or the coupling optics in the light path upstream or downstream which consist for example of an optical window and / or in each case a lens.
  • An optical short-circuit device with a plurality of optical fibers for generating a plurality of optical short circuits at defined angular intervals can likewise be implemented simply in the sensor device.
  • an optical short-circuiting device may also be formed from two mirrors arranged in the beam path, of which one mirror is arranged at 45 ° and the other mirror at 135 ° inclined to the rotation axis of the rotatable unit of the sensor device, with those outside the angular range valid for ambient scanning Light pulses from the transmitting unit to the receiving unit of the sensor device are conductive.
  • a sensor device can be designed as an arrangement in which it is provided that the transmitting unit has a pulsed laser with transmitting optics, that the receiving unit has a detector with a receiving optics and a receiving mirror, that the rotatable unit, the transmitting unit and the receiving mirror wherein the transmitting unit, the receiving mirror and the Detector are arranged coaxially to each other, wherein the receiving mirror is inclined with respect to the rotational axis of the rotatable unit by 45 °, so that received light pulses are directed via the receiving mirror to the detector, wherein axially between the transmitting unit and the receiving mirror, a drive motor is arranged, wherein the Transmission unit and the receiving mirror are driven by a drive shaft of the drive motor, wherein the drive motor and the laser are connected via control lines to the control and evaluation, wherein the detector is connected via a sensor line to the control and evaluation, wherein in a housing of the sensor device a first optical 'sches window for the transmission unit and a second optical window disposed for the reception level
  • a laser diode with a pre-built transmission optical system together with a reception mirror inclined to the rotation axis can detect the environmental region to be scanned and scan the optical short-circuit device in the remaining angular range.
  • the light pulses are coupled, for example, in an optical waveguide and decoupled again at the level of the receiving mirror from the optical fiber, wherein the decoupled light pulses of the laser beam were passed through the optical fiber in the direction of the receiving mirror.
  • the receiving mirror deflects the light pulses of the optical short-circuit device in the same way as the light pulses reflected by objects onto a detector which is designed, for example, as a photodiode with a front input optics and an input filter.
  • optical short-circuit signal and the environmental pulses to be measured can be made, for example, over the relatively long time interval of the optical short in the unused for environmental scanning angular range with respect to other signals from the environmental detection area.
  • the light pulse transit time method can also be used since the transit time of the optical short circuit has a constant fixed value, which can be stored in a memory of the control and evaluation. Likewise, the usually higher signal strength of the optical short circuit can be used.
  • an unambiguous association between the received ambient signals and the respective rotational angle position of the receiving mirror can be carried out at any time with the aid of information about the covered rotational angle of the rotatable unit since the last short-circuit signal.
  • the covered angle of rotation can be directly available. It is also possible that the angle of rotation traveled since the last optical short-circuit signal can be determined on the basis of the angular velocity from the number of revolutions of the drive motor of the rotatable unit.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • VRUD Vulnerable Road User Detec- tion
  • a sensor device designed according to the invention can be used advantageously and thereby provide position-accurate and high-resolution information for the reliable detection of road users in the blind spot area of the vehicle. From such information, the triggering of warning signals can be derived and, where appropriate, appropriate control measures, such as braking or evasive maneuvers, initiated, thereby contributing to increase traffic safety.
  • the Wnkel Harmonic Harmonic Acid to be scanned is for example between 90 ° and 270 °, but preferably it is 180 °.
  • the invention is based on the solution of the method-related object of a method for detecting a rotational angle-related zero point position of a rotatable unit of a sensor device for detecting environmental information, comprising a transmitting unit and a receiving unit having components that are all or partially associated with the rotatable unit, wherein the Transmitting unit light pulses in a scanned by means of the rotatable unit Wnkel Scheme the environment can emit, wherein the receiving unit of objects in the angular range to be scanned returned light pulses, and in which the reflected light pulses are evaluated by a control and evaluation device according to a light pulse transit time method to determine the spatial position and the distance of these objects and signal.
  • the transmitting unit additionally emits light pulses in an unused area for environmental scanning, that these additional light pulses are directed to the receiving unit via an optical short-circuit device, which is rotationally fixed in the angular range unused for environmental scanning Information on the sensing of the additional light pulses from the receiving unit to the control and evaluation device is passed, and that this information is interpreted in the control and evaluation as a calibration signal with which a rotation angle-related zero point position of the rotatable unit is determined.
  • this method for detecting the zero point position of the rotation angle of the rotatable unit of the sensor device is carried out at least after each new switching on of the sensor device for zero calibration. This ensures a perfect operational readiness of the sensor device. However, the rotation angle-related zero point position can be verified again each time the rotatable unit rotates.
  • a value stored in the control and evaluation unit for a rotational angle-related zero point position of the rotatable unit is compared with the value for the currently determined zero point position, and then the value of the stored angle-related zero point position with the value of the currently determined rotational angle-related zero point position is updated. Accordingly, the zero point detection can be used to detect and correct this in the event of a phase slip between a drive motor drive signal and the actual position of the rotary unit.
  • the invention also relates to a vehicle, such as, for example, a commercial vehicle or a passenger car, with a sensor device for detecting surroundings. information, which is constructed in accordance with one of the device claims and is operable to perform a method according to one of the method claims.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal section through a sensor device for detecting environmental information with an optical short-circuit device according to the invention
  • Fig. 2 is a sensor device similar to that of FIG. 1, but with a slightly different optical short-circuiting device, and
  • Fig. 3 is a schematic view of a truck with an ambient detection angle range and an unused angle range.
  • the sensor devices 23, 23 'shown in FIGS. 1 and 2 serve to detect environmental information in the area of a vehicle.
  • a vehicle may be a truck 22, but the arrangement of the sensor device 23, 23 'in a passenger car is likewise possible and advantageous.
  • Such a sensor device 23, 23 ' can be mechanically and signal-technically connected to a driver support system 34 in the vehicle, or can also be a component of the driver assistance system 34.
  • FIG. 3 shows by way of example, such a vehicle may be a truck 22, but the arrangement of the sensor device 23, 23 'in a passenger car is likewise possible and advantageous.
  • Such a sensor device 23, 23 ' can be mechanically and signal-technically connected to a driver support system 34 in the vehicle, or can also be a component of the driver assistance system 34.
  • FIG. 1 shows by way of example, such a vehicle may be a truck 22, but the arrangement of the sensor device 23, 23 'in a passenger car is likewise possible and advantageous.
  • the sensor device 23, 23 ' formed according to the invention on the right front side of the truck 22, from where it detects a driver-distant angular range 17 of 180 ° and this angle range 17 on the presence of objects 29 , as monitored for example the passenger car shown in Fig. 3.
  • This object 29 may be located in a blind spot area 33 of the truck 22, so that this would not be recognizable by the driver of the truck 22 in his rearview mirror without further action.
  • the remaining, driver-side angle range 18 of 180 ° is not detected by the sensor device 23, 23 'and thus not monitored.
  • the sensor device 23, 23 ' has a housing 15 in which a transmitting unit 1 and a receiving unit 2 are arranged coaxially to a rotation axis 5.
  • the transmitting unit 1 has a laser diode 3 as a transmitter, which emits light pulses whose wavelength is, for example, in the infrared range.
  • a transmission optical system 4 for transmitting beam focusing is arranged in the transmission unit 1.
  • the emitted light pulses leave the housing 15 of the sensor device 23, 23 'via a first optical window 16a in the housing 15.
  • the receiving unit 2 has a photodiode 6 as a detector, to which a receiving optics 7 is optically arranged upstream.
  • a second optical window 16 b is arranged in the housing 15.
  • a receiving mirror 8 which is inclined to the rotation axis 5 by 45 ° and redirects incoming light pulses to the photodiode 6.
  • the receiving mirror 8 is a filter 9, a spherical-plano-convex lens 10 for receiving beam parallelization and a diaphragm 1 1 downstream of the receiving beam in the beam path, which are arranged in this order in front of the photodiode 6.
  • a drive motor 12 In the housing 15 of the sensor device 23, 23 'is axially disposed between the transmitting unit 1 and the receiving mirror 8 of the receiving unit 2, a drive motor 12, the drive shaft 21 is connected at its one end to the receiving mirror 8 and at its other end to the transmitting unit 1. In this way, the drive shaft 21, the receiving mirror 8 and the transmitting unit 1 form a rotatable unit 13.
  • the motor 12 is formed, for example, as a brushless DC motor.
  • the photodiode 6 and the filter 9, the lens 10 and the aperture 1 1 are arranged radially inside the housing 5 and secured thereto.
  • an optical camera 19 is arranged in the housing 15, which can be used to observe the scanned for object detection environment area 17, and which has an input-side optics 27, which is protected by a third optical window 16c in the housing 15.
  • the sensor device 23, 23 ' has a control and evaluation device 20, which serves to control the transmitting unit 1 and to evaluate the information received by the receiving unit 2.
  • This control and evaluation device 20 is, as shown in Figures 1 and 2, in the housing 15 of the sensor device 23, 23 'integrated, but it is also possible to arrange the control and evaluation device 20 outside of the housing 15 and this over-responsive Sensor, data and control lines with the sensor device 23, 23 'to connect.
  • FIGS. 1 the exemplary embodiments according to FIGS.
  • the transmitting unit 1 and the drive motor 12 are electrically connected to the control and evaluation device 20 via control lines 24, 25.
  • the photodiode 6 is connected via a sensor line 26, and the optical camera 19 via a transmission line 28 to the control and evaluation device 20 in connection.
  • the transmitting unit 1 or the emitted light pulses and the drive motor 12 can be controlled and adjusted, and signals generated by the photodiode 6 are evaluated by received light pulses.
  • an optical short-circuit device 14 is arranged radially outside the rotatable unit 13, but within the housing 15 of the sensor device 23, 23 '.
  • the optical short-circuit device 14 consists of a light guide 14a.
  • the location of the input end of this light guide 14a defines the fixed zero position 32 of the possible rotation angle range of the rotatable unit 13.
  • the zero position 32 of the possible rotation angle range is determined by the center of a fourth optical window 30 radially opposite the first optical window 16a in the housing 15 is arranged.
  • the output-side end of the light guide 14a has a fifth optical window 31 to the receiving mirror 8, which at a corresponding angular position the light passed through the light guide 14a light on the shortest path and without having an object 29 outside the sensor device 23 to have interacted in terms of an optical Short circuit to the photodiode 6 forwards.
  • the output-side first optical window 16a and the input-side second optical window 16b are adapted to the angular range 17 to be detected according to FIG. 2 for detecting the surroundings of 180 °.
  • the optical short-circuit device 14 is arranged on the side facing away from the window in the angle range 18 not used for detecting the surroundings and, in the case of the embodiment, can also be fastened on the outside of the housing 15 as a light guide.
  • the optical short-circuit device 14 is not formed in the form of a light guide 14a. Instead, the optical short-circuit device 14 is formed by two mirrors 14b, 14c, which forward a light pulse emitted by the laser diode 3 of the transmitting unit 2 in the angular region 18 not used for environmental scanning to the receiving mirror 8 and from there to the photodiode 6. Such a light pulse also passes in this second embodiment on the input side through the fourth optical window 30 to the inclined by 45 ° to the longitudinal axis 5 third mirror 14b, to be forwarded by this to a fourth mirror 14c.
  • the third mirror is recognizably aligned at 135 ° to the longitudinal axis 5 inclined so that the light pulse is directed to the receiving mirror 8.
  • the mode of operation of the sensor device 23, 23 ' is described below on the basis of the sensor device 23 according to FIG. 1.
  • the operation of the sensor device 23 'shown in FIG. 2 is identical except for the forwarding of the at least one light pulse via the mirrors 14b, 14c instead of via the optical waveguide 14a.
  • the functionality is as follows:
  • the transmission unit 1 emits light pulses into the angular range 17 of the environment to be scanned, the environment being scanned angularly resolved by the rotation of the rotatable unit 13 in the angular range 17 to be scanned, the current rotation angle of the rotatable unit 13 being controlled by a motor drive value in the control and evaluation device 20 is known.
  • the reflected from objects 29 in the scanned surrounding area light pulses are directed by the receiving mirror 8 on the photodiode 6 and detected by this.
  • the detected objects 29 are determined in the control and evaluation device 20 according to a light pulse transit time method.
  • the light pulse transit time method is known per se and will therefore not be explained further here.
  • a zero-point detection for determining the rotational angle position of the rotatable unit 13 is first carried out on the latter after it has been switched on.
  • the rotation-angle-related detection of the zero point position 32 takes place with the aid of the optical short-circuit device 14 in the angular range 18 not used for object scanning.
  • the transmitting unit 1 is also operated in the angle range 18 not used for object detection. During the rotation of the rotatable unit 13, the transmitting unit 1 also sends 18 light pulses in the angular range not used for object recognition. If the transmitting unit 1 hits the input of the optical short-circuit device 14 or the input-side end of the light guide 14a with its light pulses, then the light pulses are coupled into the light guide 14a and decoupled again from the light guide 14a at the level of the receiving mirror 8 and forwarded to this receiving mirror 8. In this rotational position of the drive shaft 21, the receiving mirror 8 deflects the light pulses onto the photodiode 6, which detects the optical short circuit and forwards the information about it to the control and evaluation device 20.
  • the optical short-circuit signal can be used as a zero point signal for the rotation angle range of the rotary unit 13. This zero point detection can be used in operation to determine a possible phase slip between a drive signal for the motor 12 and the actual rotational position of the drive shaft 21 of the motor 12 and correct if necessary.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung (23) zur Erfassung von Umgebungsinformationen, mit einer Sendeeinheit (1) und einer Empfangseinheit (2), welche Komponenten (3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11) aufweisen, die sämtlich oder teilweise einer drehbaren Einheit (13) zugeordnet sind, wobei die Sendeeinheit (1) Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit (13) abzutastenden Winkelbereich (17) der Umgebung aussenden kann, wobei die Empfangseinheit (2) von Objekten (29) in dem abzutastenden Winkelbereich (17) zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann, und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte (29) zu ermitteln und zu signalisieren. Hierbei ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass an der Sensoreinrichtung (23) in einem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich (18) eine optische Kurzschlusseinrichtung (14; 14a; 14b, 14c) drehfest angeordnet ist, welche geeignet ist, von der Sendeeinheit (1) zusätzlich in den dem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich (18) ausgesendete Lichtpulse beim Überstreichen der optischen Kurzschlusseinrichtung (14; 14a; 14b, 14c) direkt an die Empfangseinheit (2) zu übertragen, um eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition (32) der drehbaren Einheit (13) zu lokalisieren sowie an die Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) zu signalisieren. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer drehwinkelbezogenen Nullpunktposition (32) der drehbaren Einheit (13) dieser Sensoreinrichtung.

Description

Sensoreinrichtung zur Umgebungserfassung und Verfahren zur Erkennung einer Nullpunktposition einer drehbaren Einheit einer solchen Sensoreinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen, mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit, welche Komponenten aufweisen, die sämtlich oder teilweise einer drehbaren Einheit zugeordnet sind, wobei die Sendeeinheit Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit abzutastenden Winkelbereich der Umgebung aussenden kann, wobei die Empfangseinheit von Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann, und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte zu ermitteln und zu signalisieren. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer drehwinkelbezogenen Nullpunktposition der drehbaren Einheit einer solchen Sensoreinrichtung.
Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Umgebungsinformationen werden für verschiedene Funktionen ständig weiterentwickelt, beispielsweise zur Erfassung von Umgebungsinformationen im Nah- und Fernbereich von Fahrzeugen sowie Flugzeugen, zur Sammlung von Umweltdaten oder in der Sicherheitstechnik zum Überwachenden von Arbeitsbereichen von Maschinen. In Fahrerunterstützungssystemen von Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen und Bussen werden sie als Hilfsmittel zur Fahrerinformation und zur Unfallvermeidung bei der Erkennung von Hindernissen oder gefährdeten Verkehrsteilnehmern im Front-, Heck- oder im Totwinkel-Bereich des Kraftfahrzeugs genutzt.
Derartige Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Umgebungsinformationen können auf optischen Verfahren wie der Laserscan-Technik oder LIDAR-Technik beruhen, bei der eine Sendeeinheit einen oder mehrere Laserstrahlen im ultravioletten, visuellen oder infraroten Bereich aussendet, und eine Empfangseinheit das von einem Objekt durch Streuung, Reflexion oder Absorptions-Emission zurückgeworfene Licht zeitlich, räumlich und/oder wellenlängenselektiv auswertet. Bekannte optische Sensoreinrichtungen weisen eine rotierende Einheit auf, in der eine Sendeeinheit oder eine der Sendeeinheit zugehörige Komponente, beispielsweise eine einzelne Laserdiode oder eine Laserzeile, und eine Empfangseinheit oder eine der Empfangseinheit zugehörige Komponente, wie beispielsweise ein im 45°-Winkel zur Drehachse geneigter Spiegel, koaxial auf einer radial inneren Rotationsachse angeordnet und durch einen Motor gemeinsam und synchron antreibbar sind. Der rotierende Sendestrahl ist in der Regel gepulst oder elektronisch zeitlich moduliert.
Das von einem Objekt zurückgeworfene, wie oben definierte Licht wird über den mit dem Sender synchron drehbaren Empfangsspiegel auf einen lichtempfindlichen Detektor, beispielsweise eine einzelne Empfangsdiode oder ein CCD-Chip, gelenkt und in einer zugeordneten Elektronik in ein elektrisches Empfangssignal umgewandelt. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal kann nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren der räumliche Abstand zu dem detektierten Objekt berechnet werden. Dabei kann jeweils ein einzelner Puls ausgewertet oder über eine Anzahl von Pulsen gemitteit werden. Die jeweilige relative Winkelstellung der drehbaren Einheit, bei welcher ein Sendepuls ausgesandt und ein Empfangspuls empfangen wurde, ist üblicherweise durch das Ausgangssignal eines Drehwinkelgebers bekannt. Für die Ermittlung der absoluten Winkelstellung der drehbaren Einheit ist zusätzlich eine Nullpunktkalibrierung erforderlich. Nach jedem Scan-Umlauf stehen dann über den Drehwinkel und die berechnete Entfernung zweidimensionale Polarkoordinaten aller Objektpunkte in einer Abtastebene zur Verfügung.
Grundsätzlich ermöglicht ein rotierender Laserscanner im Azimut eine Rundumabtastung mit einer hohen Winkelauflösung. Meistens wird jedoch ein auf die jeweilige Anwendung bezogener bestimmter kleinerer Winkelbereich, beispielsweise 180°, festgelegt. Durch ein systematisches Verschwenken des Sendelichtstrahls in der Kipprichtung zur Drehachse oder ein Verschieben des Sendelichtstrahls in der Axialrichtung können zusätzlich auch verschiedene Elevationswinkelbereiche abgetastet werden, so dass eine dreidimensionale Abbildung des Abtastbereichs entsteht. Die Leistungsfähigkeit einer derartigen Sensoreinrichtung ergibt sich aus der Dauer, Wellenlänge und Stärke der Pulse der Sendeeinheit sowie aus der Empfindlichkeit und dem räumlichen sowie aus dem zeitlichen Auflösungsvermögen der Empfangseinheit. Weiterhin sollten Störsignale, wie beispielsweise durch Reflexionen auf einem optischen Fenster der Sensoreinrichtung oder durch Witterungseinflüsse, wie Schnee oder Regen, Berücksichtigung finden.
Zur Kalibrierung der Sensoreinrichtung und für die Genauigkeit sowie Zuverlässigkeit der Sensorabtastungen ist die Genauigkeit der Kenntnis der jeweiligen absoluten und relativen Winkelposition der drehbaren Einheit maßgebend. Dazu wird in der Regel eine sogenannte Nullpunkterkennung derselben durchgeführt. Die rotierende Einheit der Sensoreinrichtung wird meistens von einem Elektromotor angetrieben, der einer Steuerelektronik eine Information über den aktuellen Drehwinkel seines Rotors und der mit dem Rotor verbundenen Drehachse liefert. Beispielsweise kann die Antriebseinheit ein bürstenloser Gleichstrommotor sein, bei dem die Rotorposition und Rotordrehzahl sensorisch erfasst werden. Allerdings muss nach jedem Einschalten zunächst eine Positionsermittlung der drehbaren Einheit durchgeführt werden. Für die Kalibrierung wird eine bestimmte Drehwinkelposition als Nullpunkt erkannt. Das geschieht üblicherweise mittels eines separaten Sensors. Beispielsweise kann an der drehbaren Einheit ein Magnet befestigt sein, der beim Vorbeilaufen an einem feststehenden Hall-Sensor bei diesem ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt. Bekannt sind auch Inkrement-Geber oder Lichtschranken zur Ermittlung von Winkelstellungen.
Vor diesem Hintergrund zeigt die DE 43 40 756 C2 eine nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren arbeitende Laserabstandsermittlungsvorrichtung mit einer durch einen Motor angetriebenen drehbaren Lichtablenkvorrichtung. Über einen Spiegel der Lichtablenkvorrichtung werden in einen zu vermessenden Umgebungsbereich Lichtpulse ausgesendet und die von einem Objekt zurückgeworfenen Lichtpulse von einer Empfangsanordnung aufgenommen, um aus der Lichtpulslaufzeit den Abstand des Objekts zu bestimmen. Die Lichtablenkvorrichtung ist auf einem Drehteller angeordnet, an dessen Umfang sich ein gabelförmiger Winkelgeber befindet, der als eine Lichtschranke wirkt. Über den Winkelgeber erhält eine Steuerung eine Information über die momentane Winkelposition der Lichtablenkvorrichtung.
Aus der DE 10 2004 014 041 B4 ist ein optischer Sensor zur Hinderniserkennung mit einer drehbaren Einheit bekannt, die den Azimut abtastet. Zusätzlich ist die rotierende Einheit in axialer Richtung verschiebbar ist, um unterschiedliche Elevationswinkelberei- che abzutasten. Der Antrieb der drehbaren Einheit zur Abtastung im Azimut erfolgt durch einen Motor über einen Zahnradantrieb, wobei durch eine Schrittsteuerung Win- kelinkremente vorgegeben und damit als bekannt vorausgesetzt werden.
Die DE 10 2005 055 572 B4 zeigt einen nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren arbeitenden optischen Entfernungssensor mit einer drehbaren Einheit. Das Licht einer gepulsten Laserdiode einer Sendeeinheit wird über eine Sendeoptik und einen ersten Spiegel, welcher um 45° gegenüber der Drehachse geneigt ist und durch einen Motor in der drehbaren Einheit angetrieben ist, in Richtung einer zu vermessenden Szene ausgesendet. Über einen zweiten Spiegel, welcher ebenfalls um 45°gegenüber der Drehachse geneigt ist und durch den Motor angetrieben ist, werden die von Objekten in Richtung des Sensors zurückgeworfenen Lichtpulse über eine Empfangsoptik einer Empfangseinheit auf einen Detektor zur Entfernungsauswertung geleitet. An einem Optik- Halter der Empfangseinheit ist ein Magnet angeordnet, der zur Positionsermittlung der drehbaren Einheit mit einem separaten Hall-Sensor zusammenwirkt.
Aus der DE 10 2008 013 906 B4 ist ein Sensor mit einer drehbaren Einheit bekannt. Die rotierende Einheit umfasst in koaxialer Anordnung eine Laserdiode einer Sendeeinheit sowie einen im 45°-Winkel zur Drehachse geneigten Empfangsspiegel einer Empfangseinheit. Lichtpulse der Sendediode werden über einen Sendespiegel in Richtung einer zu vermessenden Szene geleitet. Die von Objekten zurückgeworfenen Lichtpulse werden über den Empfangsspiegel auf einen Detektor geleitet. Die rotierende Einheit ermöglicht durch ihre Rotation eine Abtastung der Umgebung im Azimut. Zusätzlich ist der Sendespiegel um die Drehachse verschwenkbar, um die Szene in der Elevation abzutasten. Die Sendediode und der Empfangsspiegel werden durch einen Motor ange- trieben, dessen Winkellage über einen Hall-Generator einer Steuerung zur Verfügung gestellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen vorzustellen, die eine einfache sowie kostengünstige Einrichtung zur Erkennung einer Nullpunktposition des Drehwinkels einer drehbaren Einheit aufweist, die zum optischen Abtasten eines Winkelbereichs der Umgebung dient. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erkennung der drehwinkelbezogenen Nullpunktposition einer solchen Sensoreinrichtung mit einer drehbaren Einheit anzugeben. Insbesondere soll eine solche Sensoreinrichtung für ein Fahrerunterstützungssystem eines Fahrzeugs geeignet sein.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine solche Sensoreinrichtung mit einer drehbaren Einheit, wie eine als Laserscanner arbeitende Lasereinheit zur Rundumabtastung, in den meisten Anwendungsfällen nur einen begrenzten Abtastbereich zur Umgebungserfassung nutzt, beispielsweise 180°. Die anderen 180° eines Vollkreises beziehungsweise der übrige Drehwinkelbereich der Drehung der Lasereinheit werden nicht genutzt. Dieser übrige Winkelbereich steht somit zur Kalibrierung der Nullpunktposition des Drehwinkels der Lasereinheit zur Verfügung. In dem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich kann eine Übertragung wenigstens eines Lichtpulses zwischen Sender und Empfänger der drehbaren Einheit erzeugt werden. Dies kann derart erfolgen, dass eine solche Übertragung an bekannten, vorbestimmten Drehwinkelpositionen (und nur an diesen Positionen) erfolgt. Die Übertragungssignale sind somit eindeutig mit diesen ortsfesten Positionen verknüpft und können genutzt werden, um die momentane Drehwinkelposition der drehbaren Einheit zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, die Sensoreinrichtung jederzeit auf eine vorgegebene drehwin- kelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit zu kalibrieren, diese Nullpunktposition jederzeit zu verifizieren, und bedarfsweise in einer Steuer- und Auswerteeinrichtung der Sensoreinrichtung den Wert dieser Nullpunktposition entsprechend zu aktualisieren. Die Erfindung geht daher aus von Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsin- formationen, mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit, welche Komponenten aufweisen, die sämtlich oder teilweise einer drehbaren Einheit zugeordnet sind, wobei die Sendeeinheit Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit abzutastenden Winkelbereich der Umgebung aussenden kann, wobei die Empfangseinheit von Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann, und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte zu ermitteln und zu signalisieren.
Zur Lösung der gestellten vorrichtungsbezogenen Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass an der Sensoreinrichtung in einem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich eine optische Kurzschlusseinrichtung drehfest angeordnet ist, welche geeignet ist, von der Sendeeinheit zusätzlich in dem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich ausgesendete Lichtpulse beim Überstreichen der optischen Kurzschlusseinrichtung direkt an die Empfangseinheit zu übertragen, um eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit zu lokalisieren sowie an die Steuer- und Auswerteeinrichtung zu signalisieren.
Als optischer Kurzschluss ist ein Vorgang definiert, bei dem der Sendestrahl der Sendeeinheit direkt und auf einem sehr kurzen Weg zur Empfangseinheit der Sensoreinrichtung geleitet wird, also ohne dass eine Interaktion des Sendestrahls mit einem Objekt außerhalb der Sensoreinrichtung stattgefunden hat. Demzufolge ist eine optische Kurzschlusseinrichtung eine Einrichtung, mittels welcher ein Sendestrahl der Sendeeinheit direkt zur Empfangseinheit der Sensoreinrichtung geleitet wird, ohne dass der Sendestrahl mit einem Objekt außerhalb der Sensoreinrichtung interagieren konnte.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass ein bisher für eine Nullpunkterkennung des Drehwinkels der drehbaren Einheit meistens vorhandenes separates Sensorelement, wie beispielsweise der eingangs erwähnte Hall-Sensor, eingespart werden kann. Dadurch werden die Herstellkosten der Sensoreinrichtung verringert und dessen Ausfallsicherheit gesteigert. Stattdessen wird eine so genannte optische Kurzschlusseinrichtung angeordnet, die zusammen mit den sensorimmanenten Sende- und Empfangskomponenten eine zuverlässige sowie genaue Nullpunkterkennung der drehbaren Abtasteinheit ermöglicht, jedoch einfacher und kostengünstig ist.
Demnach schlägt die Erfindung eine Sensoreinrichtung mit einer drehbaren optischen Abtasteinheit vor, auf der eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit oder einzelne Komponenten dieser Einheiten, wie optischer Spiegel, Sendelaser und/oder Empfangsdioden, angeordnet sind. Dieser drehbare Scanner nutzt einen an seine Anwendung angepassten vorgegebenen Abtastbereich von < 360°. Die Sendeeinheit sendet Lichtpulse, beispielsweise Laserpulse einer Laserdiode oder eines Festkörperlasers aus. Die Empfangseinheit empfängt die von Objekten in dem abgetasteten Umgebungsbereich zurückgeworfenen Lichtpulse und analysiert diese in einer Steuer- und Auswerteeinrichtung nach einem bekannten Lichtpulslaufzeitverfahren. In dem abzutastenden Bereich wird die Umgebung systematisch erfasst und die räumliche Lage sowie der Abstand zu den Objekten ermittelt. Für die Ermittlung der räumlichen Lage und des Abstands von detektierten Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich wird die drehbare Einheit auf eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition kalibriert. Dies ist insbesondere nach dem Einschalten der Sensoreinrichtung sinnvoll, um danach jederzeit die momentane absolute Drehwinkelposition der drehbaren Einheit für die Auswertung genau zu kennen.
Gemäß der Erfindung ist außerhalb der drehbaren Einheit, in einem zur Umgebungsabtastung nicht genutzten Winkelbereich, eine nicht drehbare Einrichtung zum Erzeugen eines optischen Kurzschlusses zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit angeordnet. Die Sendeeinheit wird demnach nicht nur in dem die Umgebung abtastenden Winkelbereich betrieben, sondern auch in dem dafür nicht genutzten Winkelbereich. Durch das Abtasten dieses zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereichs wird ein optischer Kurzschluss zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit genau dann erzeugt, wenn der Sendestrahl bei der Rotation der drehbaren Einheit auf die ortsfeste und bekannte Position der optischen Kurzschlusseinrichtung trifft sowie die zur Zeit des Überstreichens der Kurzschlusseinrichtung gesendeten Lichtpulse über die Kurzschlusseinrichtung direkt an die Empfangseinheit übertragen werden. Da die Position der Kurzschlusseinrichtung unveränderlich ist, kann der Nachweis des optischen Kurzschlusses zur drehwinkelbezogenen Nullpunktpositionserkennung der drehbaren Einheit genutzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mittels der optischen Kurzschlusseinrichtung an genau einer definierten Winkelposition des zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereiches ein optischer Kurzschluss erzeugbar ist, aus dem eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit ermittelbar ist. Demnach kann das Eingangselement der optischen Kurzschlusseinrichtung genau an derjenigen Position des Drehwinkelnullpunkts der drehbaren Einheit platziert sein, und dort diesen Nullpunkt definieren.
Die drehbare Einheit tastet mittels des Lasers und mittels der Empfangseinheit auch den für die Umgebungserfassung nicht genutzten Winkelbereich ab, wobei die Pulsfrequenz der Lichtpulse ausreichend hoch sind, damit durch ein oder mehrere Lichtpulse beim Überstreichen der Empfangseinheit der optischen Kurzschlusseinrichtung der optische Kurzschluss sicher erzeugt wird. Am Ort der drehwinkelbezogenen Nullpunktposition wird demnach das optische Kurzschlusssignal erzeugt, welches von einer Steuer- und Auswerteeinrichtung zur Weiterverarbeitung genutzt werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass mittels der optischen Kurzschlusseinrichtung an zwei oder mehreren definierten Winkelpositionen des zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereiches optische Kurzschlüsse erzeugbar sind, aus deren zeitlichen Auftreten und/oder räumlichen Abständen eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit ermittelbar ist. Demnach kann die optische Kurzschlusseinrichtung derart ausgebildet sein, dass an mehreren definierten Drehwinkelpositionen optische Kurzschlüsse entstehen können. Beim Beleuchten der optischen Kurzschlusseinrichtung werden dann mehrere optische Kurzschlüsse zeitlich hintereinander erzeugt. Eine vorab definierte drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit steht in einer festen Winkelbeziehung zu den Kurzschlusspositionen dieser optischen Kurzschlusseinrichtung, so dass aus den Zeitabständen und Winkelabständen der Kurzschlusssignale beim Überstreichen der Eingänge der optischen Kurzschlusseinrichtung die drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit eindeutig ermittelt werden kann. Dadurch kann die Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei der Nullpunkterkennung noch erhöht werden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die optische Kurzschlusseinrichtung einen oder mehrere Lichtleiter aufweist, wobei die Einkopplung der Lichtpulse in den Lichtleiter und die Auskopplung der Lichtpulse aus dem Lichtleiter direkt oder über eine Einkoppeloptik oder Auskoppeloptik erfolgt.
Lichtleiter beziehungsweise Lichtwellenleiter sind flexibel, benötigen wenig Bauraum und sind relativ kostengünstig in der Beschaffung. Dadurch kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung mit geringem Aufwand mit einer optischen Kurzschlusseinrichtung ausgestattet werden. Um die Einkopplung beziehungsweise Auskopplung der Lichtpulse zu erleichtern, kann dem Lichtleiter eine zusätzliche Einkoppeloptik und/oder die Auskoppeloptik im Lichtweg vorgeordnet beziehungsweise nachgeordnet sein, die beispielsweise aus jeweils einem optischen Fenster und/oder jeweils einer Linse bestehen. Eine optische Kurzschlusseinrichtung mit mehreren Lichtleitern zur Erzeugung mehrere optischer Kurzschlüsse in definierten Winkelabständen kann ebenso einfach in der Sensoreinrichtung implementiert sein.
Anstelle eines Lichtleiters kann eine optische Kurzschlusseinrichtung auch aus zwei im Strahlengang angeordneten Spiegeln gebildet sein, von denen ein Spiegel um 45° und der andere Spiegel um 135° geneigt zur Rotationsachse der drehbaren Einheit der Sensoreinrichtung angeordnet sind, mit denen außerhalb des zur Umgebungsabtastung gültigen Winkelbereiches Lichtpulse von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit der Sensoreinrichtung leitbar sind.
Eine Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung kann als eine Anordnung ausgebildet sein, bei der vorgesehen ist, dass die Sendeeinheit einen gepulsten Laser mit einer Sendeoptik aufweist, dass die Empfangseinheit einen Detektor mit einer Empfangsoptik und einen Empfangsspiegel aufweist, dass die drehbare Einheit die Sendeeinheit und den Empfangsspiegel aufweist, wobei die Sendeeinheit, der Empfangsspiegel und der Detektor koaxial zueinander angeordnet sind, wobei der Empfangsspiegel in Bezug zur Rotationsachse der drehbaren Einheit um 45° geneigt ist, so dass empfangene Lichtpulse über den Empfangsspiegel auf den Detektor lenkbar sind, wobei axial zwischen der Sendeeinheit und dem Empfangsspiegel ein Antriebsmotor angeordnet ist, wobei die Sendeeinheit und der Empfangsspiegel durch eine Antriebswelle des Antriebsmotors antreibbar sind, wobei der Antriebsmotor und der Laser über Steuerleitungen mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung verbunden sind, wobei der Detektor über eine Sensorleitung mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung verbunden ist, wobei in einen Gehäuse der Sensoreinrichtung in dem abzutastenden Winkelbereich ein erstes opti-' sches Fenster für die Sendeeinheit sowie ein zweites optisches Fenster für den Empfangsspiegel angeordnet sind, und bei der im zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich, radial benachbart zu der drehbaren Einheit, an dem oder in dem Gehäuse die optische Kurzschlusseinrichtung angeordnet ist.
Diese Anordnung ist besonders einfach mit der optischen Kurzschlusseinrichtung ausrüstbar. Demnach kann eine Laserdiode mit einer vorgebauten Sendeoptik gemeinsam mit einem zur Rotationsachse geneigten Empfangsspiegel den abzutastenden Umgebungsbereich erfassen und im übrigen Winkelbereich die optische Kurzschlusseinrichtung abtasten. Beim Abtasten der optischen Kurzschlusseinrichtung werden die Lichtpulse beispielsweise in einen Lichtleiter eingekoppelt und in Höhe des Empfangsspiegels aus dem Lichtleiter wieder ausgekoppelt, wobei die ausgekoppelten Lichtpulse des Laserstrahls durch den Lichtleiter in Richtung zum Empfangsspiegel geführt wurden. Der Empfangsspiegel lenkt die Lichtpulse der optischen Kurzschlusseinrichtung in gleicher Weise wie die von Objekten zurückgeworfenen Lichtpulse auf einen Detektor, der beispielsweise als eine Fotodiode mit einer vorgeordneten Eingangsoptik und einem Eingangsfilter ausgebildet ist.
Die Unterscheidung zwischen dem optischen Kurzschlusssignal und den zu vermessenden Umgebungspulsen kann beispielsweise über den relativ großen zeitlichen Abstand des optischen Kurzschlusses im zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich in Bezug zu anderen Signalen aus dem Umgebungserfassungsbereich erfolgen. Auch das Lichtpulslaufzeitverfahren kann verwendet werden, da die Laufzeit des optischen Kurzschlusses einen konstanten festen Wert hat, der in einem Speicher der Steuer- und Auswerteeinrichtung abgespeichert sein kann. Ebenso kann die üblicherweise höhere Signalstärke des optischen Kurzschlusses herangezogen werden.
Ist die drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit bekannt, kann mit Hilfe einer Information über den zurückgelegten Drehwinkel der drehbaren Einheit seit dem letzten Kurzschlusssignal jederzeit eine eindeutige Zuordnung zwischen den empfangenen Umgebungssignalen und der jeweiligen Drehwinkelstellung des Empfangsspiegels erfolgen. Über die Ansteuerung des Antriebsmotors kann der zurückgelegte Drehwinkel unmittelbar zur Verfügung stehen. Es ist auch möglich, dass der seit dem letzten optischen Kurzschlusssignal zurückgelegte Drehwinkel anhand der Winkelgeschwindigkeit aus der Umdrehungszahl des Antriebsmotors der drehbaren Einheit ermittelt werden kann.
In einem fortschrittlichen Fahrerunterstützungssystem (ADAS: Advanced Driver As- sistance System), wie beispielsweise einer zukünftigen Sensoreinrichtung zur frühzeitigen Erkennung gefährdeter Verkehrsteilnehmer (VRUD: Vulnerable Road User Detec- tion) auf Basis eines Laserscanners, kann eine erfindungsgemäß ausgebildete Sensoreinrichtung vorteilhaft eingesetzt werden und dabei positionsgenaue sowie hochaufgelöste Informationen zur zuverlässigen Erkennung von Verkehrsteilnehmern im Totwinkel-Bereich des Fahrzeugs liefern. Aus solchen Informationen kann das Auslösen von Warnsignalen abgeleitet werden sowie gegebenenfalls geeignete Steuerungsmaßnahmen, wie Bremsvorgänge oder Ausweichmanöver, eingeleitet werden, um dadurch zur Erhöhung der Verkehrssicherheit beitragen. Der abzutastende Wnkelbereich liegt beispielsweise zwischen 90° und 270°, vorzugsweise beträgt er jedoch 180°.
Die Erfindung geht zur Lösung der verfahrensbezogenen Aufgabe aus von einem Verfahren zur Erkennung einer drehwinkelbezogenen Nullpunktposition einer drehbaren Einheit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen, mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit, welche Komponenten aufweisen, die sämtlich oder teilweise der drehbaren Einheit zugeordnet sind, wobei die Sendeeinheit Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit abzutastenden Wnkelbereich der Umgebung aussenden kann, wobei die Empfangseinheit von Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann, und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte zu ermitteln und zu signalisieren. Gemäß der Erfindung ist bei diesem Verfahren vorgesehen, dass die Sendeeinheit zusätzlich in einem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Wnkelbereich Lichtpulse aussendet, dass diese zusätzlichen Lichtpulse über eine optische Kurzschlusseinrichtung, welche in dem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich drehfest angeordnet ist, zu der Empfangseinheit geleitet werden, dass die Information über die Sensierung der zusätzlichen Lichtpulse von der Empfangseinheit zur Steuer- und Auswerteeinrichtung geleitet wird, und dass diese Information in der Steuer- und Auswerteeinrichtung als Kalibrierungssignal interpretiert wird, mit dem eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit bestimmt wird.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn dieses Verfahren zur Erkennung der Nullpunktposition des Drehwinkels der drehbaren Einheit der Sensoreinrichtung zumindest nach jedem neuen Einschalten der Sensoreinrichtung zur Nullpunktkalibrierung durchgeführt wird. Dadurch ist eine einwandfreie Betriebsbereitschaft der Sensoreinrichtung gewährleistet. Die drehwinkelbezogene Nullpunktposition kann jedoch auch bei jedem Umlauf der drehbaren Einheit erneut verifiziert werden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass ein in der Steuer- und Auswerteeinrichtung abgespeicherter Wert für eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit mit dem Wert für die aktuell ermittelte Nullpunktposition verglichen wird, und dass dann der Wert der abgespeicherten drehwinkelbezogenen Nullpunktposition mit dem Wert der aktuell ermittelten drehwinkelbezogenen Nullpunktposition aktualisiert wird. Demnach kann die Nullpunkterkennung genutzt werden, um im Falle eines Phasenschlupfes zwischen einem Ansteuersignal für den Antriebsmotor und der tatsächlichen Stellung der drehbaren Einheit diesen festzustellen und zu korrigieren.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Nutzfahrzeug oder ein Personenkraftwagen, mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Um- gebungsinformationen, welche gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut ist und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen schematische Längsschnitt durch einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen mit einer optischen Kurzschlusseinrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Sensoreinrichtung ähnlich der gemäß Fig. 1 , jedoch mit einer etwas anders ausgebildeten optischen Kurzschlusseinrichtung, und
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Lastkraftwagens mit einem Umgebungserfas- sungswinkelbereich und einem nicht dafür genutzten Winkelbereich.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Sensoreinrichtungen 23, 23' dienen zur Erfassung von Umgebungsinformationen im Bereich eine Fahrzeugs. Wie Fig. 3 beispielhaft zeigt, kann ein solches Fahrzeug ein Lastkraftwagen 22 sein, die Anordnung der Sensoreinrichtung 23, 23' in einem Personenkraftwagen ist aber ebenfalls möglich und vorteilhaft. Eine solche Sensoreinrichtung 23, 23' kann mit einem Fahrerunterstützungssystem 34 im Fahrzeug mechanisch und signaltechnisch verbunden sein, oder auch ein Bestandteil des Fahrerunterstützungssystems 34 sein. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel befindet sich eine gemäß der Erfindung ausgebildete Sensoreinrichtung 23, 23' an der rechten Vorderseite des Lastkraftwagens 22, von wo aus es einen fahrerfernen Winkelbereich 17 von 180° erfasst und diesen Winkelbereich 17 auf das Vorhandensein von Objekten 29, wie beispielsweise den in Fig. 3 dargestellten Personenkraftwagen überwacht. Dieses Objekt 29 kann sich in einem Totwinkel-Bereich 33 des Lastkraftwagens 22 befinden, so dass dieses von dem Fahrer des Lastkraftwagens 22 in seinem Rückspiegel ohne weitere Maßnahmen nicht erkennbar wäre. Der übrige, fahrerseitige Winkelbereich 18 von 180° wird von der Sensoreinrichtung 23, 23' nicht erfasst und damit auch nicht überwacht. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, verfügt die Sensoreinrichtung 23, 23' über ein Gehäuse 15, in dem eine Sendeeinheit 1 und eine Empfangseinheit 2 koaxial zu einer Rotationsachse 5 angeordnet sind. Die Sendeeinheit 1 weist eine Laserdiode 3 als Sender auf, welche Lichtpulse aussendet, deren Wellenlänge beispielsweise im Infrarotbereich liegt. In Abstrahlrichtung der Laserdiode 3 ist eine Sendeoptik 4 zur Sendestrahlfokussierung in der Sendeeinheit 1 angeordnet. Die ausgesendeten Lichtimpulse verlassen das Gehäuse 15 der Sensoreinrichtung 23, 23' über ein erstes optisches Fenster 16a in dem Gehäuse 15.
Die Empfangseinheit 2 weist eine Fotodiode 6 als Detektor auf, dem eine Empfangsoptik 7 optisch vorgeordnet ist. Im Strahlengang vor der Empfangsoptik 7 ist ein zweites optisches Fenster 16b in dem Gehäuse 15 angeordnet. Weiter gehört dazu ein Empfangsspiegel 8, der zur Rotationsachse 5 um 45° geneigt ist und eingehende Lichtpulse zur Fotodiode 6 umlenkt. Dem Empfangsspiegel 8 ist im Strahlengang ein Filter 9, eine sphärisch-plankonvexe Linse 10 zur Empfangsstrahlparallelisierung und eine Blende 1 1 nachgeordnet, die in dieser Reihenfolge vor der Fotodiode 6 angeordnet sind.
Im Gehäuse 15 der Sensoreinrichtung 23, 23' ist axial zwischen der Sendeeinheit 1 und dem Empfangsspiegel 8 der Empfangseinheit 2 ein Antriebsmotor 12 angeordnet, dessen Antriebswelle 21 an ihrem einen Ende mit dem Empfangsspiegel 8 und an ihrem anderen Ende mit der Sendeeinheit 1 verbunden ist. Auf diese Weise bilden die Antriebswelle 21 , der Empfangsspiegel 8 und die Sendeeinheit 1 eine drehbare Einheit 13. Der Motor 12 ist beispielsweise als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Die Fotodiode 6 sowie der Filter 9, die Linse 10 und die Blende 1 1 sind radial innerhalb des Gehäuses 5 angeordnet und an diesem befestigt.
Außerdem ist in dem Gehäuse 15 eine optische Kamera 19 angeordnet, die zur Beobachtung des zur Objekterkennung abzutastenden Umgebungsbereichs 17 nutzbar ist, und die eine eingangsseitige Optik 27 aufweist, welche durch ein drittes optisches Fenster 16c im Gehäuse 15 geschützt ist. Die Sensoreinrichtung 23, 23' verfügt gemäß den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 über eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 20, welche zur Steuerung der Sendeeinheit 1 und zur Auswertung der von der Empfangseinheit 2 empfangenen Informationen dient. Diese Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 ist, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, in dem Gehäuse 15 der Sensoreinrichtung 23, 23' integriert, es ist aber auch möglich, die Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 außerhalb des Gehäuses 15 anzuordnen und diese über einsprechende Sensor-, Daten- und Steuerleitungen mit der Sensoreinrichtung 23, 23' zu verbinden. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit 1 und der Antriebsmotor 12 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 über Steuerleitungen 24, 25 elektrisch verbunden sind. Die Fotodiode 6 steht über eine Sensorleitung 26, und die optische Kamera 19 über eine Sendeleitung 28 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 in Verbindung. Mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 können die Sendeeinheit 1 beziehungsweise die ausgesendeten Lichtpulse sowie der Antriebsmotor 12 gesteuert und eingestellt werden, sowie von der Fotodiode 6 erzeugte Signale von empfangenen Lichtpulsen ausgewertet werden.
Bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 ist radial außerhalb der drehbaren Einheit 13, jedoch innerhalb des Gehäuses 15 der Sensoreinrichtung 23, 23', eine optische Kurzschlusseinrichtung 14 angeordnet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel besteht die optische Kurzschlusseinrichtung 14 aus einem Lichtleiter 14a. Der Ort des eingangsseitigen Endes dieses Lichtleiters 14a definiert die ortsfeste Nullpunktposition 32 des möglichen Drehwinkelbereiches der drehbaren Einheit 13. Anders ausgedrückt ist die Nullpunktposition 32 des möglichen Drehwinkelbereiches durch die Mitte eines vierten optischen Fensters 30 bestimmt, welches radial gegenüber dem ersten optischen Fenster 16a im Gehäuse 15 angeordnet ist. Das ausgangsseitigen Ende des Lichtleiters 14a weist über ein fünftes optisches Fenster 31 zu dem Empfangsspiegel 8, welcher bei einer entsprechenden Drehwinkelstellung das durch den Lichtleiter 14a geleitete Licht auf kürzestem Wege und ohne mit einem Objekt 29 außerhalb der Sensoreinrichtung 23 interagiert zu haben im Sinne eines optischen Kurzschlusses zur Fotodiode 6 weiterleitet. Das ausgangsseitige erste optische Fenster 16a und das eingangsseitige zweite optische Fenster 16b sind dem zu erfassenden Winkelbereich 17 gemäß Fig. 2 zur Umgebungserfassung von 180° angepasst. Die optische Kurzschlusseinrichtung 14 ist auf der fensterabgewandten Seite in dem nicht zur Umgebungserfassung genutzten Winkelbereich 18 angeordnet und kann bei der Ausbildung als Lichtleiter auch an der Außenseite des Gehäuses 15 befestigt sein.
Abweichend von der Sensoreinrichtung 23 gemäß Fig. 1 ist bei der Sensoreinrichtung 23' gemäß Fig. 2 die optische Kurzschlusseinrichtung 14 nicht in Form eines Lichtleiters 14a ausgebildet. Stattdessen ist die optische Kurzschlusseinrichtung 14 durch zwei Spiegel 14b, 14c gebildet, die einen von der Laserdiode 3 der Sendeeinheit 2 in dem nicht zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich 18 ausgesandten Lichtpuls zum Empfangsspiegel 8 und von dort zur Fotodiode 6 weiterleiten. Ein solcher Lichtpuls gelangt auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel eingangsseitig durch das vierte optische Fenster 30 auf den um 45° zur Längsachse 5 geneigten dritten Spiegel 14b, um von diesem zu einem vierten Spiegel 14c weitergeleitet zu werden. Der dritte Spiegel ist erkennbar um 135° zur Längsachse 5 derart geneigt ausgerichtet, dass der Lichtpuls zu dem Empfangsspiegel 8 gelenkt wird.
Die Funktionsweise der Sensoreinrichtung 23, 23' wird nachfolgend anhand der Sensoreinrichtung 23 gemäß Fig. 1 beschrieben. Die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Sensoreinrichtung 23' ist bis auf die Weiterleitung des wenigstens einen Lichtimpulses über die Spiegel 14b, 14c anstelle über den Lichtleiter 14a identisch. Die Funktionsweise ist also wie folgt:
Die Sendeeinheit 1 sendet Lichtpulse in den abzutastenden Winkelbereich 17 der Umgebung aus, wobei die Umgebung durch die Rotation der drehbaren Einheit 13 in dem abzutastenden Winkelbereich 17 winkelaufgelöst gescannt wird, wobei der aktuelle Drehwinkel der drehbaren Einheit 13 über einen Motoransteuerungswert in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 bekannt ist. Die von Objekten 29 in dem abgetasteten Umgebungsbereich zurückgeworfenen Lichtpulse werden von dem Empfangsspiegel 8 auf die Fotodiode 6 gelenkt und von dieser detektiert. Die räumliche Lage und der Abstand der detektierten Objekte 29 werden in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren ermittelt. Das Lichtpulslaufzeitverfahren ist an sich bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert.
Zur Herstellung der Betriebsbereitschaft und zur Kalibrierung der Sensoreinrichtung 23 wird an dieser nach ihrem Einschalten zunächst eine Nullpunkterkennung zur Ermittlung der Drehwinkelposition der drehbaren Einheit 13 durchgeführt. Die drehwinkelbezogene Erkennung der Nullpunktposition 32 erfolgt mit Hilfe der optischen Kurzschlusseinrichtung 14 in dem nicht zur Objektabtastung genutzten Winkelbereich 18.
Dazu wird die Sendeeinheit 1 auch in dem nicht zur Objekterfassung genutzten Winkelbereich 18 betrieben. Bei der Rotation der drehbaren Einheit 13 sendet die Sendeeinheit 1 auch in den nicht zur Objekterkennung genutzten Winkelbereich 18 Lichtimpulse. Wenn die Sendeeinheit 1 mit ihren Lichtpulsen den Eingang der optischen Kurzschlusseinrichtung 14 beziehungsweise das eingangsseitige Ende des Lichtleiters 14a trifft, dann werden die Lichtpulse in den Lichtleiter 14a eingekoppelt sowie in Höhe des Empfangsspiegels 8 aus dem Lichtleiter 14a wieder ausgekoppelt und an diesen Empfangsspiegel 8 weitergeleitet. Der Empfangsspiegels 8 lenkt in dieser Drehstellung der Antriebswelle 21 die Lichtpulse auf die Fotodiode 6, die den optischen Kurzschluss de- tektiert und die Information darüber an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 weiterleitet. Da die Drehwinkelposition, an welcher der optische Kurzschluss auftritt, der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 bekannt ist, kann das optische Kurzschlusssignal als ein Nullpunktsignal für den Drehwinkelbereich der drehbaren Einheit 13 genutzt werden. Diese Nullpunkterkennung kann im Betrieb dazu verwendet werden, um einen eventuellen Phasenschlupf zwischen einem Ansteuersignal für den Motor 12 sowie der tatsächlichen Drehstellung der Antriebswelle 21 des Motors 12 festzustellen und gegebenenfalls zu korrigieren. Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)
Sendeeinheit
Empfangseinheit
Laserdiode
Sendeoptik
Rotationsachse
Detektor, Fotodiode
Empfangsoptik
Empfangsspiegel
Filter
Linse
Blende
Antriebsmotor
Drehbare Einheit
Optische Kurzschlusseinrichtung (1 . Ausführungsform)
a Lichtleiter der optischen Kurzschlusseinrichtung 14
b Ester Spiegel der optischen Kurzschlusseinrichtung (2. Ausführungsform)c Zweiter Spiegel der optischen Kurzschlusseinrichtung (2. Ausführungsform) Gehäuse
a Erste optische Fenster
b Zweite optische Fenster
c Dritte optische Fenster
Zur Umgebungsabtastung genutzter Winkelbereich
Zur Umgebungsabtastung ungenutzter Winkelbereich
Kamera
Steuer- und Auswerteeinrichtung
Antriebswelle
Lastkraftwagen, Nutzfahrzeug
Sensoreinrichtung
' Sensoreinrichtung
Steuerleitung Steuerleitung
Sensorleitung
Optik der Kamera
Sendeleitung der Kamera Objekt, Personenkraftwagen Vierte optische Fenster Fünfte optische Fenster Nullpunktposition
Totwinkel-Bereich
Fahrerunterstützungssystem

Claims

Patentansprüche
1. Sensoreinrichtung (23) zur Erfassung von Umgebungsinformationen,
mit einer Sendeeinheit (1) und einer Empfangseinheit (2),
welche Komponenten (3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1) aufweisen, die sämtlich oder teilweise einer drehbaren Einheit (13) zugeordnet sind,
wobei die Sendeeinheit (1 ) Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit (13) abzutastenden Winkelbereich (17) der Umgebung aussenden kann,
wobei die Empfangseinheit (2) von Objekten (29) in dem abzutastenden Winkelbereich (17) zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann,
und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte (29) zu ermitteln und zu signalisieren,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Sensoreinrichtung (23) in einem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich (18) eine optische Kurzschlusseinrichtung (14; 14a; 14b, 14c) drehfest angeordnet ist,
welche geeignet ist, von der Sendeeinheit (1) zusätzlich in dem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Wnkelbereich (18) ausgesendete Lichtpulse beim Überstreichen der optischen Kurzschlusseinrichtung (14; 14a; 14b, 14c) direkt an die Empfangseinheit (2) zu übertragen,
um eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition (32) der drehbaren Einheit (13) zu lokalisieren sowie an die Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) zu signalisieren.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der optischen Kurzschlusseinrichtung (14) an genau einer definierten Winkelposition des zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereichs (18) ein optischer Kurzschluss erzeugbar ist, aus dem eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition (32) der drehbaren Einheit ( 3) ermittelbar ist.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der optischen Kurzschlusseinrichtung (14) an zwei oder mehr definierten Winkelpositionen optische Kurzschlüsse erzeugbar sind, aus deren zeitlichen Auftreten und/oder räumlichen Abständen eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition (32) der drehbaren Einheit (13) ermittelbar ist.
4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kurzschlusseinrichtung (14) einen oder mehrere Lichtleiter (14a) aufweist, wobei die Einkopplung der Lichtpulse in den Lichtleiter (14a) und die Auskopplung der Lichtpulse aus dem Lichtleiter (14a) direkt oder über eine Einkoppeloptik oder Auskoppeloptik erfolgt.
5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeloptik und/oder die Auskoppeloptik aus jeweils einem optischen Fenster (30, 31) und/oder jeweils einer Linse bestehen.
6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kurzschlusseinrichtung (14) zwei Spiegel (14b, 14c) aufweist, von denen ein Spiegel (14b) um 45° und der andere Spiegel (14c) um 135° zur Drehachse (5) der drehbaren Einheit (13) geneigt angeordnet ist, mit denen Lichtpulse von der Sendeeinheit (1) zur Empfangseinheit (2) leitbar sind.
7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (1 ) einen gepulsten Laser (3) mit einer Sendeoptik (4) aufweist, dass die Empfangseinheit (2) einen Detektor (6) mit einer Empfangsoptik (7) und einen Empfangsspiegel (8) aufweist,
dass die drehbare Einheit (13) die Sendeeinheit (1 ) und den Empfangsspiegel (8) aufweist,
wobei die Sendeeinheit (1 ), der Empfangsspiegel (8) und der Detektor (6) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei der Empfangsspiegel (8) in Bezug zur Rotationsachse (5) der drehbaren Einheit (13) um 45° geneigt ist, so dass empfangene Lichtpulse über den Empfangsspiegel (8) auf den Detektor (6) lenkbar sind,
wobei axial zwischen der Sendeeinheit (1) und dem Empfangsspiegel (8) ein Antriebsmotor (12) angeordnet ist,
wobei die Sendeeinheit (1 ) und der Empfangsspiegel (8) durch eine Antriebswelle (21 ) des Antriebsmotors (12) antreibbar sind,
wobei der Antriebsmotor (12) und der Laser (3) über Steuerleitungen (24, 25) mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) verbunden sind,
wobei der Detektor (6) über eine Sensorleitung (26) mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) verbunden ist,
wobei in einen Gehäuse (15) der Sensoreinrichtung in dem abzutastenden Winkelbereich (17) ein erstes optisches Fenster (16a) für die Sendeeinheit (1 ) sowie ein zweites optisches Fenster (16b) für den Empfangsspiegel (8) angeordnet sind,
und bei der im zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich (18), radial benachbart zu der drehbaren Einheit (13), an dem oder in dem Gehäuse (15) die optische Kurzschlusseinrichtung (14, 14a; 14b, 14c) angeordnet ist.
8. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Fahrerunterstützungssystem (34) eines Nutzfahrzeugs (22) eingebaut oder mit dieser über wenigstens eine Steuerleitung und wenigstens eine Datenleitung verbunden ist.
9. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Erfassung und Überwachung eines Totwinkel-Bereichs (33) des Nutzfahrzeugs (22) ausgebildet ist, wobei der abzutastende Winkelbereich (17) 90° bis 270° beträgt.
10. Verfahren zur Erkennung einer drehwinkelbezogenen Nullpunktposition (32) einer drehbaren Einheit (13) einer Sensoreinrichtung (23, 23') zur Erfassung von Umgebungsinformationen,
mit einer Sendeeinheit (1 ) und einer Empfangseinheit (2), welche Komponenten (3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1) aufweisen, die sämtlich oder teilweise der drehbaren Einheit (13) zugeordnet sind,
wobei die Sendeeinheit (1 ) Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit (13) abzutastenden Winkelbereich (17) der Umgebung aussenden kann,
wobei die Empfangseinheit (2) von Objekten (29) in dem abzutastenden Winkelbereich ( 7) zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann,
und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte (29) zu ermitteln und zu signalisieren,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sendeeinheit (1) zusätzlich in einem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich (18) Lichtpulse aussendet,
dass diese zusätzlichen Lichtpulse über eine optische Kurzschlusseinrichtung (14; 14a; 14b, 14c), welche in dem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich (18) drehfest angeordnet ist, zu der Empfangseinheit (2) geleitet werden,
dass die Information über die Sensierung der zusätzlichen Lichtpulse von der Empfangseinheit (2) zur Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) geleitet wird,
und dass diese Information in der Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) als Kalibrierungssignal interpretiert wird, mit dem eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition (32) der drehbaren Einheit (13) bestimmt wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest nach jedem neuen Einschalten der Sensoreinrichtung (23, 23') zuerst eine Nullpunktkalibrierung durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Steuer- und Auswerteeinrichtung (20) abgespeicherter Wert für eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit (13) mit dem Wert für die aktuell ermittelte Nullpunktposition (32) verglichen wird, und dass dann der Wert der abgespeicherten Nullpunktposition mit dem Wert der aktuell ermittelten Nullpunktposition (32) aktualisiert wird.
13. Fahrzeug, wie Nutzfahrzeug (22) oder Personenkraftwagen (29), mit einer Sensoreinrichtung (23, 23') zur Erfassung von Umgebungsinformationen, welche gemäß einem der Vorrichtungsansprüche 1 bis 9 aufgebaut und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Verfahrensansprüche 10 bis 12 betreibbar ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112732012A (zh) * 2019-10-29 2021-04-30 北京小米移动软件有限公司 电子设备
CN112732012B (zh) * 2019-10-29 2024-06-04 北京小米移动软件有限公司 电子设备

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015013710A1 (de) 2015-10-23 2017-04-27 Wabco Gmbh Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen
DE102021204330A1 (de) 2021-04-30 2022-11-03 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Überwachung einer Winkelposition eines LiDAR-Systems

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4340756C2 (de) 1992-12-08 1998-07-30 Sick Ag Laserabstandsermittlungsvorrichtung
DE102005005608A1 (de) * 2004-02-16 2005-09-01 Denso Corp., Kariya Vorrichtung zur Erfassung von Objekten mit Betriebsüberwachungsfunktion
DE102004014041B4 (de) 2004-03-19 2006-04-06 Martin Spies Sensor zur Hinderniserkennung
DE102005055572B4 (de) 2005-11-19 2007-08-02 Ingenieurbüro Spies GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter: Hans Spies, Martin Spies, 86558 Hohenwart) Abtastender optischer Abstandssensor
DE102008013906B4 (de) 2008-03-13 2010-03-18 Spies, Hans, Dipl.-Ing. Optischer Laufzeitsensor mit Azimut und Elevationsabtastung
DE202011000365U1 (de) * 2011-02-17 2012-05-18 Sick Ag Laserscanner

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4788441A (en) * 1985-12-16 1988-11-29 Acme-Cleveland Corporation Range finder wherein distance between target and source is determined by measuring scan time across a retroreflective target
DE10041182C2 (de) * 2000-08-23 2002-10-10 Leuze Lumiflex Gmbh & Co Optoelektronische Vorrichtung
DE102004041500A1 (de) * 2004-03-27 2005-10-20 Callidus Prec Systems Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Erhöhung der Messgenauigkeit und -entfernung für ein scannendes Laserentfernungsmessgerät
DE102010048144A1 (de) * 2010-10-11 2011-07-28 Daimler AG, 70327 Kraftfahrzeug mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Umgebungsbereichs des Fahrzeugs

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4340756C2 (de) 1992-12-08 1998-07-30 Sick Ag Laserabstandsermittlungsvorrichtung
DE102005005608A1 (de) * 2004-02-16 2005-09-01 Denso Corp., Kariya Vorrichtung zur Erfassung von Objekten mit Betriebsüberwachungsfunktion
DE102004014041B4 (de) 2004-03-19 2006-04-06 Martin Spies Sensor zur Hinderniserkennung
DE102005055572B4 (de) 2005-11-19 2007-08-02 Ingenieurbüro Spies GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter: Hans Spies, Martin Spies, 86558 Hohenwart) Abtastender optischer Abstandssensor
DE102008013906B4 (de) 2008-03-13 2010-03-18 Spies, Hans, Dipl.-Ing. Optischer Laufzeitsensor mit Azimut und Elevationsabtastung
DE202011000365U1 (de) * 2011-02-17 2012-05-18 Sick Ag Laserscanner

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112732012A (zh) * 2019-10-29 2021-04-30 北京小米移动软件有限公司 电子设备
CN112732012B (zh) * 2019-10-29 2024-06-04 北京小米移动软件有限公司 电子设备

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