WO2023094156A1 - Vorrichtung und verfahren zur scannenden messung des abstands zu einem objekt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur scannenden messung des abstands zu einem objekt Download PDF

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WO2023094156A1
WO2023094156A1 PCT/EP2022/081256 EP2022081256W WO2023094156A1 WO 2023094156 A1 WO2023094156 A1 WO 2023094156A1 EP 2022081256 W EP2022081256 W EP 2022081256W WO 2023094156 A1 WO2023094156 A1 WO 2023094156A1
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light
scanning
measuring
measuring light
optical
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PCT/EP2022/081256
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Jan Horn
Frank HÖLLER
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Scantinel Photonics GmbH
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    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for scanning measurement of the distance to a moving or stationary object based on FMCW LiDAR technology.
  • Devices and methods of this type can be used, for example, in autonomously driving vehicles.
  • a measuring principle known as FMCW-LiDAR is known for optical distance measurement, in which a scanning device directs optical signals with a time-varying frequency (FMCW stands for frequency modulated continuous wave) in different directions onto an object to be measured. After reflection on the object, these low-intensity signals are returned to the scanning device and are superimposed with a signal that was not radiated and is therefore referred to as a local oscillator. The resulting beat frequency is recorded by a detector and allows the distance between the scanner and the object to be calculated.
  • FMCW time-varying frequency
  • the radial relative velocity between the scanner and the object can also be calculated.
  • FMCW LiDAR devices usually contain a laser light source that generates measuring light with a wavelength of 1550 nm. Since this frequency is in the infrared spectral range and thus outside the visible spectrum, people cannot see the measuring light. In addition, infrared light is only harmful to the eyes at very high power levels. This allows FMCW LiDAR devices with high-intensity measuring light to measure distances up to 300 m without risk to eye safety. Even longer ranges require correspondingly higher laser powers. A high intensity of the measuring light is also desirable with regard to a high signal-to-noise ratio and thus the reliability of the distance determination.
  • infrared measuring light with very high intensities is only harmless to the eyes if it hits the retina of the eye for a short time, as is normally the case with scanning. However, if the scanning device is defective, the measuring beam may no longer move. If such a stationary and high-intensity measuring beam gets into a human eye, damage cannot be ruled out.
  • An FMCW LiDAR measuring device is known from DE 10 2019 210 999 A1 (corresponds to US 2021/0026014 A1), in which an optical position sensor is arranged in the signal path of a dispersive optical element. This allows the current beam direction of the measuring light to be continuously monitored, which can be used for improved image reconstruction.
  • DE 10 2017 205 631 A1 discloses a LiDAR system based on the time-of-flight principle, in which part of the measurement light reflected by the scanning mirror is decoupled using a partially transparent element and directed onto a detector array that has multiple sensors. By evaluating the signals provided by the sensors, the location of the measuring light beam and thus the instantaneous scan angle can be determined.
  • the sensor signals can also be used to detect fault conditions such as B. a broken mirror, a mechanical stop and similar errors can be used.
  • DE 10 2017 218 587 A1 discloses a device for monitoring a scanning laser system, in which a holographic optical element directs part of the measurement light onto detector elements of a detector device. It is thus possible to recognize that the scanning mirror has come to a standstill.
  • An FMCW LiDAR system is known from DE 10 2020 110 142 A1, in which the optical signals are distributed to a plurality of optical output waveguides via a distribution matrix becomes.
  • a deflection optics deflects the measuring light emerging from the optical output waveguides in such a way that it is radiated in different directions.
  • DE 10 2020 104 601 A1 discloses a LiDAR system with an actuable scanning mirror. Two optical markers are arranged on the outer edge of a window, the reflectivity of which differs from the reflectivity of the surrounding window. If the measuring beam passes through an optical marker, this can be recognized by a sudden change in intensity. This allows malfunctions of components to be detected. In particular, one can see whether the maximum deflection angle is still being realized or not. It is also disclosed that if an error is detected, measures such as switching off the light source are taken in order to avoid damage to the eyes, for example.
  • the object of the invention is to specify a device and a method for scanning FMCW LiDAR measurement of the distance to an object, in which or in which measuring light can be emitted with high intensity without damaging the eyes of people in the vicinity and without the propagation of the measuring light being significantly disturbed.
  • this object is achieved by a device for scanning the distance to an object, which has a light source which is set up to generate an optical signal with a varying frequency.
  • the device also includes a scanning device that is set up to direct measurement light in different directions.
  • the measuring light is formed by a first part of the optical signal generated by the light source.
  • the device also has a detector which is set up to detect superimposition of reference light and reflected light.
  • the reference light is formed by a second part of the optical signal generated by the light source, which is not supplied to the scanning device.
  • the reflected light is formed by the measuring light after it has been at least partially reflected on the object.
  • An evaluation device of the device is set up to determine a distance from the superimposition detected by the detector to determine the object.
  • the device has a monitoring device with a light sensor, which can be a photodiode, for example.
  • the light sensor is arranged in the light path of the emitted measuring light behind the scanning device and is set up to detect a scanning movement of the emitted measuring light.
  • the light sensor is arranged in such a way that it is only exposed to the measuring light once per scan cycle.
  • the monitoring device also has a switch-off device which is connected to the light sensor and the light source and is set up to switch off the light source or otherwise prevent the emission of measuring light if the light sensor does not detect any scanning movement of the measuring light.
  • the invention is based on the consideration that (particularly infrared) measuring light may be emitted with a high intensity as long as the measuring beam or beams are moving and it is thereby ensured that measuring light cannot get into people's eyes over a longer period of time.
  • the scanning device which generates the movements of the measuring light, is functioning correctly and the measuring light carries out the desired scanning movements can only be reliably detected by a light sensor in the light path behind the scanning device.
  • the scanning device does not contain any moving components, it is difficult to detect scanning movements of the measuring light within the scanning device. This is because scanning devices without moving parts are preferably implemented as photonic integrated circuits which are difficult to intervene in.
  • the light sensor is arranged in such a way that it is exposed to the measuring light only once per scan cycle.
  • the idea behind this is that the measuring light does not have to be continuously monitored, but that it is sufficient to record the measuring light with the light sensor only once per scan cycle. Since scanning movements are generally periodic, a light sensor that is arranged at a reversal point of the measuring light beam can be used to easily determine whether the scanning process is still being carried out correctly. If the scanning process is error-free, the light sensor detects a signal at the reversal point at periodic intervals. If this does not happen, it can be assumed that the scanning device is no longer working correctly and the measuring light beam must therefore be prevented from spreading further. In this configuration, the light sensor is thus arranged in the area of a reversal point and thus at the edge of the scanning field. There, the light sensor does not significantly disturb the propagation of the measuring light.
  • At least one light sensor should be provided for each scanning direction in order to be able to monitor both scanning movements independently of one another. If the measuring light sweeps over a field surrounded by a contour during the scanning process, two or more light sensors can be arranged around this field. For example, arranging several light sensors at the edge of a light exit window of the device is possible.
  • a closable screen can contain, for example, a closure plate which is unlocked by an actuator when required and automatically closes the screen opening under the effect of gravity.
  • the switch-off device can have a switching relay or a safe semiconductor switch, for example, which is set up to interrupt the power supply to the light source as a function of a control signal.
  • a scanning device with an optical distribution matrix that has a number of optical switches and/or optical splitters and is set up to distribute the measurement light simultaneously or successively to a number of optical output waveguides is particularly robust and can be produced in large quantities at low cost.
  • a deflection optics of The scanning device is set up to deflect the measuring light emerging from the optical output waveguides in such a way that it is radiated in different directions.
  • a scanning device constructed in this way and known per se can be used for one or both scanning directions. If scanning is to be carried out in two scanning directions, the output waveguides must be distributed in two dimensions.
  • the scanning device can have a dispersive optical element, which directs the measuring light in different directions depending on the wavelength.
  • the scanning device can have a rotatably mounted optical element which has a reflecting surface.
  • a rotatably mounted optical element can be made to oscillate in rotation by a galvanometer drive, be designed as a continuously rotating scanning prism or be a micromirror of a micromirror array constructed using MEMS technology, as is known per se in the prior art.
  • the object mentioned at the beginning is achieved by a method for scanning measurement of the distance to an object, which comprises the following steps: a) generating an optical signal with a varying frequency; b) directing measuring light in different directions, wherein the measuring light is formed by a first part of the optical signal; c) detecting a superimposition of reference light and reflected light, the reference light being formed by a second part of the optical signal which is not directed in different directions, and the reflected light being formed by the measuring light after it has hit the object at least partially reflected; d) determining a distance to the object (12) from the overlay detected in step c); e) detecting a scanning movement of the emitted measuring light with a light sensor which is arranged in such a way that it is only exposed to the measuring light once per scan cycle; f) Prevent measuring light from being emitted as soon as the light sensor no longer detects a scanning movement of the measuring light in step e).
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a vehicle which is approaching an object which is detected by a measuring device according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the measuring device shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows the structure of the measuring device according to an exemplary embodiment in a schematic representation
  • FIG. 4 shows a graph in which the frequency of the transmitted optical signals is plotted as a function of time
  • FIG. 5 parts of the measuring device shown in FIG. 3 with additional details in a schematic representation
  • FIG. 6 shows a graph in which the photocurrent of two photodiodes used as light sensors is plotted as a function of time.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a vehicle 10 approaching an object 12, which in FIG. 1 is a tree.
  • the vehicle 10 has at least one measuring device 14, which scans the area ahead of the vehicle 10 with the aid of light beams L11, L21, L31 and L41, from which a three-dimensional image of the area is calculated.
  • the measuring device 14 determines the relative speed to the object 12. This information is particularly important when the object 12 is another vehicle or an animal that is also moving.
  • the information about the area ahead of vehicle 10 determined by measuring device 14 can be used, for example, to assist the driver of vehicle 10 in controlling the vehicle by generating warning messages if vehicle 10 is about to collide with object 12 . If the vehicle 10 is driving autonomously, the information about the environment ahead is required by the control algorithms that control the vehicle 10 .
  • the scanning device 14 emits the light beams L11 to L41 in a vertical plane (this is the plane of the paper in FIG. 1) in different directions, as a result of which the surroundings are scanned in the vertical direction.
  • scanning also takes place in the horizontal direction, as shown in FIG. 2 in a plan view of the measuring device 14 .
  • There four light beams L11, L12, L13 and L14 are shown, which are radiated in different directions in a horizontal plane.
  • the measuring device 14 preferably emits many more light beams. For example, k ⁇ 2 n light beams are preferred, where n is a natural number between 7 and 13 and indicates how many beams are emitted in one of k planes, where k is a natural number between 1 and 16. je depending on the technology used, the various light beams Ln1 to Ln4 can be emitted successively or at least partially simultaneously.
  • FIG. 3 schematically shows the structure of the measuring device 14 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the measuring device 14 is designed as a LiDAR system and includes an FMCW light source 16 which generates measuring light with a varying frequency f chi rp during operation of the measuring device 14 .
  • the frequency fchirp varies ("chirps") periodically over time t between a lower frequency fi and a higher frequency fh .
  • the center frequency of the measuring light is 1550 nm and thus in the infrared spectral range.
  • Each measurement interval with a chirp duration T is divided into two halves of equal length T/2.
  • the frequency of the measuring light can thus be described by a periodic triangular function. However, other functional relationships can also be considered, for example sawtooth functions.
  • the light source 16 is connected to a splitter 22 which splits the optical signals generated by the light source 16 into two parts. A smaller part of the optical signals is separated and is called the reference light or local oscillator. The remaining part of the optical signals, referred to below as measuring light, is first amplified in an optical amplifier 24 and then reaches an optical circulator 26 which feeds the amplified measuring light to a scanning device 28 .
  • An optical circulator has at least three ports and the property that light entering one port exits the next port.
  • a 2x2 coupler can also be used instead of the circulator, but this leads to higher light losses.
  • the scanning device 28 directs the measuring light 29 onto the object 12—represented by a moving car in FIG. 3—along different directions, as is mentioned above with reference was explained on the figures 1 and 2.
  • the measuring light emitted by the scanning device 28 is usually at least partially reflected diffusely by the object 12 . A small portion of the reflected light returns to the measuring device 14, where it can be coupled back into the scanning device 28.
  • the optical circulator 26 directs the coupled-in reflected light onto a combiner 30, which superimposes the reference light, which was previously separated from the optical signals by the splitter 22, with the coupled-in reflected light. Since the frequencies of the superimposed light components differ slightly from one another, a beat signal is produced which is detected by a detector 32, which is preferably designed as a symmetrical photodetector. The electrical signals generated by the detector 32 are fed to a computing unit 34, which calculates the distance R to the object and the relative speed v between the scanning device 14 and the object 12 from the analysis of the beat frequencies.
  • PIC photonic integrated circuit
  • the measuring device 14 also includes a monitoring device, which includes a light sensor 36 indicated schematically at 36 and a switch-off device 38 .
  • the light sensor 36 is arranged in the optical path of the measuring light behind the scanning device 28 and in front of an exit window 42 of the measuring device 14 and has the task of detecting the scanning movements of the measuring light 29 emitted.
  • the light sensor 36 is connected to the switch-off device 38 via a data line 44 indicated by dots, which comprises an electronic control device 46 and a switching relay 48 .
  • the switching relay 48 is connected between the light source 16 and a power source 50 which supplies power to the light source.
  • the control device 46 If the light sensor 36 no longer detects any scanning movements of the measuring light 29, the control device 46 generates a control signal for the switching relay 48, which then Power supply to the light source 16 immediately interrupts. This ensures that the measuring light 29 is not emitted in one direction (or in several fixed directions in the case of a multi-channel measuring device 14 ) for a long period of time, which could damage the eyes of persons in the vicinity of the measuring device 14 .
  • FIG. 5 shows the scanning device 28 in a simplified schematic representation.
  • the scanning device 28 comprises a distribution matrix M in which a plurality of optical switches S11, S21 and S22 are arranged in a tree-like manner.
  • measurement light can be distributed successively from an input 56 of the distribution matrix M to a plurality of output waveguides 58 .
  • the optical distribution matrix M in the exemplary embodiment shown has only three optical switches S11, S21 and S22, so that a total of four output waveguides 58 can be controlled.
  • eight or more switching levels can be arranged one behind the other, so that, for example, 256 output waveguides 58 can be selectively connected to the input 56.
  • the distribution matrix M is located before the amplifier 24 or between the amplifier 24 and the circulator 26. This is particularly useful if a number of optical signals are to be emitted simultaneously by optical signals being fed in parallel to a number of distribution matrices.
  • Alternative configurations for the integration of distribution matrices in the measuring device 14 can be found in the European patent application with the file number EP 20176355.4 and DE 10 2020 110 142 A1.
  • the output waveguides 58 open into free space couplers 60, which decouple the measurement light guided in the output waveguides 58 into the free space.
  • couplers are known per se in the prior art and can, for example, be in the form of grating couplers which have an expanding waveguide region which is adjoined by a grating structure.
  • the free space couplers 60 can be edge couplers, which have higher coupling efficiency than grating couplers.
  • the measuring light bundles emerging divergently from the free space couplers 60 are collimated by a deflection optics 64 and in different directions be radiated.
  • a rotating reflecting optical element can be provided (not shown), for example, as is known per se in the prior art.
  • the scanning device 28 also serves to receive the optical signals reflected on the object 12 and to couple them back into the output waveguide 68 via the free-space coupler 60 .
  • the reflected signals may be received by dedicated free space couplers 60 and fed to detector 32 via dedicated waveguides.
  • the monitoring device has a total of four light sensors, two of which can be seen in FIG. 5 and are denoted by 36a, 36b.
  • the light sensors 36a, 36b can be in the form of photodiodes, for example, which are sensitive to the infrared measuring light 29.
  • the four light sensors 36a, 36b are arranged at the edges of a rectangular scanning field over which the measuring light 29 sweeps during a scanning process.
  • the light sensors 36a, 36b can be attached, for example, to the edge of the exit window 42 of the measuring device 14, which is also rectangular.
  • the light sensors 36a, 36b lying opposite one another detect the correct scanning process in the horizontal.
  • the measuring light beams pivot back and forth periodically, as is indicated in FIG. A slower scanning movement in the vertical direction is superimposed on this rapid scanning movement.
  • the light sensors 36a, 36b are positioned in such a way that they are each briefly exposed to a portion of the measuring light 29 at the reversal points of the horizontal scanning movement and then each generate a short electrical measuring signal which is transmitted by the control device 46 is monitored. If the scanning process is correct, the measurement signals generated by the light sensors 36a, 36b return regularly with a period P, as illustrated by the graph in FIG. The photocurrent I ph generated by the light sensors 36a and 36b is plotted there as a solid or dashed line over time t.
  • control device 46 determines that after a period P one of the light sensors 36a, 36b no longer receives a measurement signal, the control device 46 assumes that the scanning process is disrupted and the measuring light is only emitted in one direction. As described above, the control device 46 then generates the control signal for the switching relay 48 in order to interrupt the power supply to the light source 16 immediately.

Abstract

Eine Vorrichtung (14) zur scannenden Messung des Abstands zu einem Objekt (12) hat eine Lichtquelle (16), die ein optisches Signal mit einer variierenden Frequenz erzeugt. Eine Scaneinrichtung (28) lenkt Messlicht (29) in unterschiedliche Richtungen. Eine Detektor (32) erfasst eine Überlagerung von Referenzlicht und von reflektiertem Licht. Eine Auswerteeinrichtung (34) bestimmt aus der von dem Detektor (32) erfassten Überlagerung einen Abstand zu dem Objekt (12). Ein Lichtsensor (36; 36a, 36b), der im Lichtweg des ausgesendeten Messlichts (29) hinter der Scaneinrichtung (28) so angeordnet ist, dass er pro Scanzyklus nur einmal dem Messlicht (29) ausgesetzt ist, erfasst eine Scanbewegung des ausgesendeten Messlichts (29). Eine Abschalteinrichtung schaltet die Lichtquelle (16) ab oder verhindert auf andere Weise ein Aussenden von Messlicht (29), wenn der Lichtsensor (36; 36a, 36b) keine Scanbewegung des Messlichts (29) erfasst.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur scannenden Messung des Abstands zu einem Objekt
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur scannenden Messung des Abstands zu einem bewegten oder unbewegten Objekt auf Grundlage der FMCW-LiDAR- Technologie. Vorrichtungen und Verfahren dieser Art können beispielsweise bei autonom fahrenden Fahrzeugen eingesetzt werden.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zur optischen Abstandsmessung ist ein als FMCW-LiDAR bezeichnetes Messprinzip bekannt, bei dem von einer Scaneinrichtung optische Signale mit zeitlich variierender Frequenz (FMCW steht für frequency modulated continuous wave) in unterschiedliche Richtungen auf ein zu vermessendes Objekt gerichtet werden. Nach Reflexion an dem Objekt gelangen diese Signale mit geringer Intensität zurück zur Scaneinrichtung und werden mit einem Signal überlagert, das nicht abgestrahlt wurde und deswegen als lokaler Oszillator bezeichnet wird. Die sich dabei einstellende Schwebungsfrequenz wird von einem Detektor erfasst und erlaubt eine Berechnung des Abstands zwischen Scanner und Objekt.
Wenn zusätzlich die Doppler-Verschiebung berücksichtigt wird, lässt sich auch die radiale Relativgeschwindigkeit zwischen dem Scanner und dem Objekt berechnen.
FMCW-LiDAR-Vorrichtungen enthalten meist eine Laserlichtquelle, die Messlicht mit einer Wellenlänge von 1550 nm erzeugt. Da diese Frequenz im infraroten Spektralbereich und damit außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, kann das Messlicht von Menschen nicht wahrgenommen werden. Infrarotlicht wirkt zudem erst bei sehr hohen Leistungen augenschädigend. Dadurch können FMCW-LiDAR-Vorrichtungen mit Messlicht hoher Intensität Entfernungen bis zu 300 m messen, ohne dass eine Gefahr für die Augensicherheit besteht. Noch größere Reichweiten erfordern entsprechend höhere Laserleistungen. Eine hohe Intensität des Messlichts ist auch mit Blick auf ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis und damit auf die Zuverlässigkeit der Abstandsermittlung wünschenswert.
Infrarotes Messlicht mit sehr hohen Intensitäten ist jedoch nur dann unschädlich für die Augen, wenn es kurzzeitig auf die Netzhaut des Auges trifft, wie dies beim Scannen normalerweise der Fall ist. Bei einem Defekt der Scaneinrichtung kann es jedoch dazu kommen, dass der Messstrahl sich nicht mehr bewegt. Gelangt ein solcher stillstehender und hochintensiver Messstrahl in ein menschliches Auge, können Schädigungen nicht ausgeschlossen werden.
Aus der DE 10 2019 210 999 A1 (entspricht US 2021/0026014 AI) ist eine FMCW-LiDAR- Messvorrichtung bekannt, bei der ein optischer Positionssensor im Signalweg eines dis- persiven optischen Elements angeordnet ist. Dadurch lässt sich die momentane Strahlrichtung des Messlichts kontinuierlich überwachen, was für eine verbesserte Bildrekonstruktion genutzt werden kann.
Die DE 10 2017 205 631 A1 offenbart ein auf dem Time-of-Flight Prinzip basierendes LiDAR-System, bei dem ein Teil des vom Scanspiegel reflektierten Messlichts mit Hilfe eines teiltransparenten Elements ausgekoppelt und auf ein Detektorarray gerichtet wird, das mehrere Sensoren aufweist. Durch Auswerten der von den Sensoren bereitgestellten Signale kann der Ort des Messlichtstrahls und dadurch der momentane Scanwinkel ermittelt werden. Die Sensorsignale können auch zur Erkennung von Fehlerzuständen, wie z. B. eines Spiegelbruchs, eines mechanischen An-schlags und ähnlicher Fehler verwendet werden.
Die DE 10 2017 218 587 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Überwachung eines scannenden Lasersystems, bei der ein holographisches optisches Element einen Teil des Messlichts auf Detektorelemente einer Detektoreinrichtung richtet. Damit lässt sich ein Stehenbleiben des Scanspiegels erkennen.
Aus der DE 10 2020 110 142 A1 ist ein FMCW-LiDAR-System bekannt, bei dem die optischen Signale über eine Verteilmatrix auf mehrere optische Ausgangswellenleiter verteilt wird. Eine Ablenkoptik lenkt das aus den optischen Ausgangswellenleitern austretende Messlicht so ab, dass es in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt wird.
Die DE 10 2020 104 601 A1 offenbart ein LiDAR-System mit einem aktuierbaren Scanspiegel. Am äußeren Rand eines Fensters sind zwei optische Marker angeordnet, deren Reflek- tivität sich von der Reflektivität des umgebenden Fensters unterscheidet. Wenn der Messstrahl einen optischen Marker durchtritt, ist dies an einer plötzlichen Intensitätsveränderung erkennbar. Dadurch können Fehlfunktionen von Komponenten erkannt werden. Insbesondere kann man erkennen, ob der maximale Ablenkwinkel noch realisiert wird oder nicht. Offenbart ist auch, dass bei Erkennen eines Fehlers Maßnahmen wie z.B. eine Abschaltung der Lichtquelle ergriffen werden, um z.B. Augenschäden zu vermeiden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur scannenden FMCW- LiDAR-Messung des Abstands zu einem Objekt anzugeben, bei der bzw. bei dem Messlicht mit hoher Intensität abgestrahlt werden kann, ohne dass die Augen von Personen in der Umgebung Schaden nehmen können und ohne dass die Ausbreitung des Messlichts wesentlich gestört wird.
Bezüglich der Vorrichtung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur scannenden Messung des Abstands zu einem Objekt, die eine Lichtquelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein optisches Signal mit einer variierenden Frequenz zu erzeugen. Die Vorrichtung umfasst außerdem eine Scaneinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Messlicht in unterschiedliche Richtungen zu lenken. Das Messlicht wird dabei durch einen ersten Teil des von der Lichtquelle erzeugten optischen Signals gebildet. Die Vorrichtung weist ferner einen Detektor auf, der dazu eingerichtet ist, eine Überlagerung von Referenzlicht und von reflektiertem Licht zu erfassen. Das Referenzlicht wird durch einen zweiten Teil des von der Lichtquelle erzeugten optischen Signals gebildet, der nicht der Scaneinrichtung zugeführt wird. Das reflektierte Licht wird von dem Messlicht gebildet, nachdem dieses an dem Objekt zumindest teilweise reflektiert wurde. Eine Auswerteeinrichtung der Vorrichtung ist dazu eingerichtet, aus der von dem Detektor erfassten Überlagerung einen Abstand zu dem Objekt zu bestimmen. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Überwachungseinrichtung mit einem Lichtsensor auf, bei dem es sich zum Beispiel um eine Photodiode handeln kann. Der Lichtsensor ist im Lichtweg des ausgesendeten Messlichts hinter der Scaneinrichtung angeordnet und dazu eingerichtet, eine Scanbewegung des ausgesendeten Messlichts zu erfassen. Der Lichtsensor ist dabei so angeordnet, dass er pro Scanzyklus nur einmal dem Messlicht ausgesetzt ist. Die Überwachungseinrichtung weist außerdem eine Abschalteinrichtung auf, die mit dem Lichtsensor und der Lichtquelle verbunden und dazu eingerichtet ist, die Lichtquelle abzuschalten oder auf andere Weise ein Aussenden von Messlicht zu verhindern, wenn der Lichtsensor keine Scanbewegung des Messlichts erfasst.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass (insbesondere infrarotes) Messlicht mit einer hohen Intensität ausgesendet werden darf, solange der oder die Messstrahlen sich bewegen und dadurch sichergestellt ist, dass Messlicht nicht über einen längeren Zeitraum hinweg in die Augen von Personen gelangen kann. Ob die Scaneinrichtung, welche die Bewegungen des Messlichts erzeugt, fehlerlos funktioniert und das Messlicht die gewünschten Scanbewegungen durchführt, lässt sich zuverlässig erst im Lichtweg hinter der Scaneinrichtung durch einen Lichtsensor erfassen. Vor allem dann, wenn die Scaneinrichtung keine beweglichen Bauteile enthält, ist eine Erfassung von Scanbewegungen des Messlichts innerhalb der Scaneinrichtung schwierig. Scaneinrichtungen ohne bewegliche Teile sind nämlich vorzugsweise als photonische integrierte Schaltkreise realisiert, in die schlecht eingegriffen werden kann.
Mit einem einfachen Lichtsensor im Lichtweg hinter der Scaneinrichtung lässt sich hingegen sehr einfach feststellen, ob das Messlicht noch die gewünschten Scanbewegungen ausführt oder nicht.
Der Lichtsensor ist erfindungsgemäß so angeordnet, dass er pro Scanzyklus nur einmal dem Messlicht ausgesetzt ist. Dahinter steckt die Überlegung, dass das Messlicht nicht kontinuierlich überwacht werden muss, sondern es genügt, nur einmal pro Scanzyklus das Messlicht mit dem Lichtsensor zu erfassen. Da Scanbewegungen in der Regel periodisch sind, lässt sich durch einen Lichtsensor, der an einem Umkehrpunkt des Messlichtstrahls angeordnet ist, leicht feststellen, ob der Scanvorgang noch fehlerfrei durchgeführt wird. Bei einem fehlerfreien Scanvorgang erfasst der Lichtsensor am Umkehrpunkt in periodischen Abständen ein Signal. Bleibt dieses aus, ist davon auszugehen, dass die Scaneinrichtung nicht mehr fehlerfrei funktioniert und deswegen verhindert werden muss, dass sich der Messlichtstrahl weiter ausbreitet. Bei dieser Ausgestaltung ist der Lichtsensor somit im Bereich eines Umkehrpunkts und dadurch am Rande des Scanfeldes angeordnet. Dort stört der Lichtsensor die Ausbreitung des Messlichts nicht wesentlich.
Wenn in zwei orthogonalen Richtungen gescannt werden soll, sollte mindestens ein Lichtsensor für jede Scanrichtung vorgesehen werden, um beide Scanbewegungen unabhängig voneinander überwachen zu können. Überstreicht das Messlicht während des Scanvorgangs ein von einer Kontur umgebenes Feld, so können zwei oder mehrere Lichtsensoren um dieses Feld herum angeordnet sein. In Betracht kommt beispielsweise, mehrere Lichtsensoren am Rand eines Lichtaustrittsfensters der Vorrichtung anzuordnen.
Um zu verhindern, dass bei einer fehlerhaften Scaneinrichtung weiterhin Messlicht in eine einzige Richtung ausgesendet wird, können unterschiedliche Maßnahmen getroffen werden. In Betracht kommt beispielsweise, aktiv eine Blende zu schließen, die vom Messlicht bei normaler Funktion durchtreten werden muss. Eine solche verschließbare Blende kann beispielsweise eine Verschlussplatte enthalten, die bei Bedarf von einem Aktor entriegelt wird und unter Wirkung der Schwerkraft selbständig die Blendenöffnung verschließt.
Einfacher und sicherer ist es jedoch, die Lichtquelle abzuschalten, so dass Messlicht gar nicht erst erzeugt wird. Die Abschalteinrichtung kann zu diesem Zweck beispielsweise ein Schaltrelais oder einen sicheren Halbleiterschalter aufweisen, das bzw. der dazu eingerichtet ist, die Stromversorgung der Lichtquelle in Abhängigkeit von einem Steuersignal zu unterbrechen.
Die Erfindung ist unabhängig davon vorteilhaft einsetzbar, wie die Scaneinrichtung aufgebaut ist. Besonders robust und kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar ist eine Scaneinrichtung mit einer optischen Verteilmatrix, die mehrere optische Schalter und/oder optische Verzweiger aufweist und dazu eingerichtet ist, das Messlicht gleichzeitig oder sukzessive auf mehrere optische Ausgangswellenleiter zu verteilen. Eine Ablenkoptik der Scaneinrichtung ist dazu eingerichtet, das aus den optischen Ausgangswellenleitern austretende Messlicht so abzulenken, dass es in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt wird. Eine derart aufgebaute und an sich bekannte Scaneinrichtung kann für eine oder auch beide Scanrichtungen verwendet werden. Wenn in zwei Scanrichtungen gescannt werden soll, müssen die Ausgangswellenleiter in zwei Dimensionen verteilt angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Scaneinrichtung ein dispersives optisches Element aufweisen, welches das Messlicht wellenlängenabhängig in unterschiedliche Richtungen lenkt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Scaneinrichtung ein drehbar gelagertes optisches Element aufweisen, das eine reflektierende Fläche hat. Ein solches drehbar gelagertes optisches Element kann durch einen Galvanometerantrieb in eine Drehschwingung versetzbar sein, als kontinuierlich rotierendes Scanprisma ausgebildet sein oder ein Mikrospiegel eines in MEMS-Technologie aufgebauten Mikrospiegelarrays sein, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur scannenden Messung des Abstands zu einem Objekt, dass die folgenden Schritte umfasst: a) Erzeugen eines optischen Signals mit einer variierenden Frequenz; b) Lenken von Messlicht in unterschiedliche Richtungen, wobei das Messlicht durch einen ersten Teil des optischen Signals gebildet wird; c) Erfassen einer Überlagerung von Referenzlicht und von reflektiertem Licht, wobei das Referenzlicht durch einen zweiten Teil des optischen Signals gebildet wird, der nicht in unterschiedliche Richtungen gelenkt wird, und wobei das reflektierte Licht von dem Messlicht gebildet wird, nachdem dieses an dem Objekt zumindest teilweise reflektiert wurde; d) Bestimmen eines Abstands zu dem Objekt (12) aus der in Schritt c) erfassten Überlagerung; e) Erfassen einer Scanbewegung des ausgesendeten Messlichts mit einem Lichtsensor, der so angeordnet ist, dass er pro Scanzyklus nur einmal dem Messlicht ausgesetzt wird; f) Verhindern, dass Messlicht ausgesendet wird, sobald der Lichtsensor in Schritt e) keine Scanbewegung des Messlichts mehr erfasst.
Die oben für die Vorrichtung genannten Anmerkungen und vorteilhaften Ausgestaltungen gelten für das Verfahren entsprechend.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs, das sich einem Objekt nähert, das von einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung erfasst wird;
Figur 2 eine Draufsicht auf die in der Figur 1 gezeigte Messvorrichtung;
Figur 3 den Aufbau der Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung;
Figur 4 einen Graphen, in dem die Frequenz der ausgesendeten optischen Signale in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist;
Figur 5 Teile der in der Figur 3 gezeigten Messvorrichtung mit zusätzlichen Einzelheiten in einer schematischen Darstellung;
Figur 6 einen Graphen, in dem der Photostrom zweier als Lichtsensoren verwendeter Photodioden in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist. BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Beispiel für Anwendung
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Fahrzeug 10, das sich einem Objekt 12 nähert, bei dem es sich in der Figur 1 um einen Baum handelt. Das Fahrzeug 10 verfügt über mindestens eine Messvorrichtung 14, die mit Hilfe von Lichtstrahlen L11, L21, L31 und L41 die vorausliegende Umgebung des Fahrzeugs 10 abtastet, woraus ein dreidimensionales Bild der Umgebung berechnet wird. Außerdem bestimmt die Messvorrichtung 14 die Relativgeschwindigkeit zu dem Objekt 12. Diese Information ist vor allem dann wichtig, wenn das Objekt 12 ein anderes Fahrzeug oder ein Tier ist, das sich ebenfalls bewegt.
Die von der Messvorrichtung 14 ermittelten Informationen über die vorausliegende Umgebung des Fahrzeugs 10 können beispielsweise dazu verwendet werden, den Fahrer des Fahrzeugs 10 assistierend bei der Fahrzeugsteuerung zu unterstützen, indem Warnmeldungen erzeugt werden, wenn eine Kollision des Fahrzeugs 10 mit dem Objekt 12 droht. Falls das Fahrzeug 10 autonom fährt, werden die Informationen über die vorausliegende Umgebung von den Steueralgorithmen benötigt, die das Fahrzeug 10 steuern.
Wie in der Figur 1 erkennbar ist, strahlt die Scaneinrichtung 14 die Lichtstrahlen L11 bis L41 in einer vertikalen Ebene (in der Figur 1 ist dies die Papierebene) in unterschiedliche Richtungen ab, wodurch die Umgebung in vertikaler Richtung abgescannt wird. Gleichzeitig findet auch ein Abscannen in horizontaler Richtung statt, wie dies die Figur 2 in einer Draufsicht auf die Messvorrichtung 14 zeigt. Dort sind vier Lichtstrahlen L11, L12, L13 und L14 gezeigt, die in einer horizontalen Ebene in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt werden.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den Figuren 1 und 2 unterstellt, dass nur jeweils vier Lichtstrahlen Ln1 bis Ln4 in vier unterschiedlichen Ebenen, d.h. insgesamt 16 Lichtstrahlen, von der Scaneinrichtung 14 erzeugt werden. Bevorzugt sendet die Messvorrichtung 14 sehr viel mehr Lichtstrahlen aus. Bevorzugt sind beispielsweise k-2n Lichtstrahlen, wobei n eine natürliche Zahl zwischen 7 und 13 ist und angibt, wie viele Strahlen in einer von k Ebenen abgestrahlt werden, wobei k eine natürliche Zahl zwischen 1 und 16 ist. Je nach eingesetzter Technologie können die verschiedenen können die Lichtstrahlen Ln1 bis Ln4 sukzessiv oder auch zumindest teilweise gleichzeitig ausgesendet werden.
2. Messvorrichtung
Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau der Messvorrichtung 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Messvorrichtung 14 ist als LiDAR-System ausgebildet und umfasst eine FMCW-Lichtquelle 16, die im Betrieb der Messvorrichtung 14 Messlicht mit einer variierenden Frequenz fChirp erzeugt. Wie die Figur 4 illustriert, variiert ("chirps") die Frequenz fchirp periodisch über die Zeit t zwischen einer niedrigeren Frequenz fi und einer höheren Frequenz fh. Die Mittenfrequenz des Messlichts liegt bei 1550 nm und damit im infraroten Spektralbereichn.
Jedes Messintervall mit einer Chirp-Dauer T ist in zwei Hälften gleicher Länge T/2 geteilt. Während des ersten Intervalls steigt die Frequenz /,,-,./, linear mit einer konstanten und positiven Upchirp-Rate reA,>p, d.h. dfChirP/At = rChirP. Während des zweiten Intervalls nimmt die Frequenz fChirP linear mit einer konstanten negativen Downchirp-Rate -rChirp, d.h. dfChirP/dt = -rChirP, ab. Die Frequenz des Messlichts lässt sich somit durch eine periodische Dreieckfunktion beschreiben. Es kommen aber auch andere funktionale Zusammenhänge in Betracht, z.B. Sägezahnfunktionen.
Wie man in der Figur 3 erkennt, ist die Lichtquelle 16 mit einem Verzweiger 22 verbunden, der die von der Lichtquelle 16 erzeugten optischen Signale in zwei Teile aufteilt. Ein kleinerer Teil der optischen Signale wird abgetrennt und wird als Referenzlicht oder lokaler Oszillator bezeichnet. Der übrige und nachfolgend als Messlicht bezeichnete Teil der optischen Signale wird zunächst in einem optischen Verstärker 24 verstärkt und gelangt dann zu einem optischen Zirkulator 26, der das verstärkte Messlicht einer Scaneinrichtung 28 zuleitet. Ein optischer Zirkulator hat mindestens drei Anschlüsse und die Eigenschaft, dass Licht, das an einem Anschluss eintritt, den nächsten Anschluss verlässt. Anstelle des Zirkulators kann z.B. auch ein 2x2 Koppler verwendet werden, was jedoch zu höheren Lichtverlusten führt.
Die Scaneinrichtung 28 richtet das Messlicht 29 auf das Objekt 12 - in Figur 3 durch ein fahrendes Auto repräsentiert - entlang verschiedener Richtungen, wie dies oben mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 erläutert wurde. Dabei können auch mehrere Messstrahlen gleichzeitig in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt werden. Üblicherweise wird das von der Scaneinrichtung 28 abgestrahlte Messlicht zumindest teilweise diffus vom Objekt 12 reflektiert. Ein kleiner Teil des reflektierten Lichts gelangt zurück zur Messvorrichtung 14, wo es wieder in die Scaneinrichtung 28 einkoppelt werden kann.
Der optische Zirkulator 26 lenkt das eingekoppelte reflektierte Licht auf einen Kombinator 30, der das Referenzlicht, das zuvor durch den Verzweiger 22 von den optischen Signalen abgetrennt wurde, mit dem eingekoppelten reflektierten Licht überlagert. Da sich die Frequenzen der überlagerten Lichtanteile geringfügig voneinander unterscheiden, entsteht ein Schwebungssignal, das von einem Detektor 32, der vorzugsweise als symmetrischer Photodetektor ausgeführt ist, erfasst wird. Die vom Detektor 32 erzeugten elektrischen Signale werden einer Recheneinheit 34 zugeführt, die aus der Analyse der Schwebungsfrequenzen die Entfernung R zum Objekt und die Relativgeschwindigkeit v zwischen der Abtastvorrichtung 14 und dem Objekt 12 berechnet.
Vorzugsweise sind einige oder alle der vorstehend beschriebenen Komponenten als pho- tonischer integrierter Schaltkreis (PIC, Photonic Integrated Circuit) realisiert. Dies erlaubt einen räumlich sehr kompakten Aufbau, eine große mechanische Robustheit und niedrige Stückkosten bei Massenfertigung.
Die Messvorrichtung 14 umfasst außerdem eine Überwachungseinrichtung, zu der ein schematisch mit 36 angedeuteter Lichtsensor 36 und eine Abschalteinrichtung 38 gehört. Der Lichtsensor 36 ist im Lichtweg des Messlichts hinter der Scaneinrichtung 28 und vor einem Austrittsfenster 42 der Messvorrichtung 14 angeordnet und hat die Aufgabe, die Scanbewegungen des ausgesendeten Messlichts 29 zu erfassen.
Der Lichtsensor 36 ist über eine gepunktet angedeutete Datenleitung 44 mit der Abschalteinrichtung 38 verbunden, die eine elektronische Steuereinrichtung 46 und ein Schaltrelais 48 umfasst. Das Schaltrelais 48 ist zwischen die Lichtquelle 16 und eine Stromquelle 50 geschaltet, welche die Lichtquelle mit Strom versorgt.
Stellt der Lichtsensor 36 keine Scanbewegungen des Messlichts 29 mehr fest, so erzeugt die Steuereinrichtung 46 ein Steuersignal für das Schaltrelais 48, welches daraufhin die Stromversorgung der Lichtquelle 16 sofort unterbricht. Dadurch ist sichergestellt, dass das Messlicht 29 nicht über längere Zeit in eine Richtung (oder bei einer mehrkanaligen Messvorrichtung 14 in mehrere feste Richtungen) abgestrahlt wird, was zu Augenschäden führen bei Personen in der Umgebung der Messvorrichtung 14 führen könnte.
Die Figur 5 zeigt die Scaneinrichtung 28 in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Die Scaneinrichtung 28 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel eine Verteilmatrix M, in der mehrere optische Schalter S11, S21 und S22 baumartig angeordnet sind. Mithilfe der optischen Verteilmatrix M kann Messlicht von einem Eingang 56 der Verteilmatrix M sukzessive auf mehrere Ausgangswellenleiter 58 verteilt werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit weist die optische Verteilmatrix M im dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich drei optische Schalter S11, S21 und S22 auf, sodass insgesamt vier Ausgangswellenleiter 58 angesteuert werden können. In realen Messvorrichtungen 14 können acht oder mehr Schaltebenen hintereinander angeordnet sein, so dass beispielsweise 256 Ausgangswellenleiter 58 wahlweise mit dem Eingang 56 verbunden werden können.
Bei anderen Ausführungsbeispielen befindet sich die Verteilmatrix M noch vor dem Verstärker 24 oder zwischen dem Verstärker 24 und dem Zirkulator 26. Dies ist vor allem dann zweckmäßig, wenn mehrere optische Signale gleichzeitig abgestrahlt werden sollen, indem mehreren Verteilmatrizen optische Signale parallel zugeführt werden. Alternative Ausgestaltungen für die Einbindung von Verteilmatrizen in die Messvorrichtung 14 sind der europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen EP 20176355.4 und der DE 10 2020 110 142 A1 entnehmbar.
Die Ausgangswellenleiter 58 münden in Freiraumkopplern 60, die das in den Ausgangswellenleitern 58 geführte Messlicht in den Freiraum auskoppeln. Derartige Koppler sind an sich im Stand der Technik bekannt und können beispielsweise als Gitterkoppler ausgebildet sein, die einen sich aufweitenden Wellenleiterbereich haben, an den sich eine Gitterstruktur anschließt. Alternativ kann es sich bei den Freiraumkopplern 60 um Kantenkoppler handeln, die eine höhere Koppeleffizienz als Gitterkoppler haben.
In der Figur 5 ist erkennbar, dass die aus den Freiraumkopplern 60 divergent austretenden Messlichtbündel von einer Ablenkoptik 64 kollimiert und in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt werden. Je weiter ein Freiraumkoppler 60 von einer optischen Achse 62 der Ablenkoptik beabstandet ist, desto größer ist der Winkel, unter dem das kollimierte Messlicht von der Ablenkoptik 64 abgestrahlt wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist unterstellt, dass in einer (zumindest annähernd) horizontalen Ebene, die mit der Papierebene der Figur 5 zusammenfällt, gescannt wird. Um auch in der dazu senkrechten Vertikalen, d.h. senkrecht zur Papierebene der Figur 5, scannen zu können, kann z.B. ein sich drehendes reflektierendes optisches Element vorgesehen sein (nicht dargestellt), wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Scaneinrichtung 28 auch dazu, die am Objekt 12 reflektierten optischen Signale zu empfangen und über die Freiraumkoppler 60 wieder in die Ausgangswellenleiter 68 einzukoppeln. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die reflektierten Signale von eigenen Freiraumkopplern 60 empfangen und über eigene Wellenleiter dem Detektor 32 zugeführt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Überwachungseinrichtung insgesamt vier Lichtsensoren auf, von denen zwei in der Figur 5 erkennbar und mit 36a, 36b bezeichnet sind. Die Lichtsensoren 36a, 36b können beispielsweise als Photodioden ausgebildet sein, die für das infrarote Messlicht 29 empfindlich sind. Die vier Lichtsensoren 36a, 36b sind an den Rändern eines rechteckigen Scanfeldes angeordnet, das während eines Scanvorgangs von dem Messlicht 29 überstrichen wird. Zu diesem Zweck können die Lichtsensoren 36a, 36b z.B. am Rand des ebenfalls rechteckigen Austrittsfensters 42 der Messvorichtung 14 befestigt sein.
Die einander gegenüber liegenden Lichtsensoren 36a, 36b erfassen den ordnungsgemäßen Scanvorgang in der Horizontalen. Während des Durchschaltens der Verteilmatrix M schwenken die Messlichtstrahlen periodisch hin und her, wie dies in der Figur 5 angedeutet ist. Dieser schnellen Scanbewegung ist eine langsamere Scanbewegung in vertikaler Richtung überlagert.
Die Lichtsensoren 36a, 36b sind so positioniert, dass sie an den Umkehrpunkten der horizontalen Scanbewegung jeweils kurzzeitig einem Teil des Messlichts 29 ausgesetzt und dann jeweils ein kurzes elektrisches Messsignal erzeugen, das von der Steuereinrichtung 46 überwacht wird. Bei einem ordnungsgemäßen Scanvorgang kehren die von den Lichtsensoren 36a, 36b erzeugten Messsignale regelmäßig mit einer Periode P wieder, wie dies der Graph der Figur 6 illustriert. Dort ist der von den Lichtsensoren 36a und 36b erzeugte Photostrom Iph als durchgezogene bzw. gestrichelte Linie über der Zeit t aufgetra- gen. Stellt die Steuereinrichtung 46 fest, dass nach einer Periode P einer der Lichtsensoren 36a, 36b kein Messsignal mehr empfängt, geht die Steuereinrichtung 46 davon aus, dass der Scanvorgang gestört ist und das Messlicht nur noch in eine Richtung abgestrahlt wird. Die Steuereinrichtung 46 erzeugt dann wie oben geschildet das Steuersignal für das Schaltrelais 48, um die Stromversorgung der Lichtquelle 16 umgehend zu unterbrechen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE ichtung (14) zur scannenden Messung des Abstands zu einem Objekt (12), mit einer Lichtquelle (16), die dazu eingerichtet ist, ein optisches Signal mit einer variierenden Frequenz zu erzeugen, einer Scaneinrichtung (28), die dazu eingerichtet ist, Messlicht (29) in unterschiedliche Richtungen zu lenken, wobei das Messlicht (29) durch einen ersten Teil des von der Lichtquelle erzeugten optischen Signals gebildet wird, einen Detektor (32), der dazu eingerichtet ist, eine Überlagerung von Referenzlicht und von reflektiertem Licht zu erfassen, wobei das Referenzlicht durch einen zweiten Teil des von der Lichtquelle (16) erzeugten optischen Signals gebildet wird, der nicht der Scaneinrichtung (28) zugeführt wird, und wobei das reflektierte Licht von dem Messlicht (29) gebildet wird, nachdem dieses an dem Objekt (12) zumindest teilweise reflektiert wurde, eine Auswerteeinrichtung (34), die dazu eingerichtet ist, aus der von dem Detektor (32) erfassten Überlagerung einen Abstand zu dem Objekt (12) zu bestimmen, einer Überwachungseinrichtung mit einem Lichtsensor (36a, 36b), der im Lichtweg des ausgesendeten Messlichts (29) hinter der Scaneinrichtung (28) angeordnet und dazu eingerichtet ist, eine Scanbewegung des ausgesendeten Messlichts (29) zu erfassen, wobei der Lichtsensor (36a, 36b) so angeordnet ist, dass er pro Scanzyklus nur einmal dem Messlicht (29) ausgesetzt ist, und mit einer Abschalteinrichtung (38), die mit dem Lichtsensor (36a, 36b) und der Lichtquelle (16) verbunden und dazu eingerichtet ist, die Lichtquelle (16) abzuschalten oder auf andere Weise ein Aussenden von Messlicht (29) zu verhindern, wenn der Lichtsensor (36a, 36b) keine Scanbewegung des Messlichts (29) erfasst. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mehrere Lichtsensoren (36a, 36b) um ein Feld herum angeordnet sind, das von dem Messlicht (29) während eines Scanvorgangs überstrichen wird. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschalteinrichtung (38) ein Schaltrelais (48) oder einen sicheren Halbleiterschalter aufweist, das bzw. der dazu eingerichtet ist, die Stromversorgung der Lichtquelle (16) in Abhängigkeit von einem Steuersignal zu unterbrechen. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scaneinrichtung eine optische Verteilmatrix (M), die mehrere optische Schalter (S11, S21, S22) und/oder optische Verzweiger aufweist und dazu eingerichtet ist, das Messlicht (29) gleichzeitig oder sukzessive auf mehrere optische Ausgangswellenleiter (58) zu verteilen, und eine Ablenkoptik (64) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das aus den optischen Ausgangswellenleitern (58) austretende Messlicht so abzulenken, dass es in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt wird. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scaneinrichtung (28) ein drehbar gelagertes optisches Element (72) aufweist, das eine reflektierende Fläche hat. Verfahren (14) zur scannenden Messung des Abstands zu einem Objekt (12), umfassend die folgenden Schritte: a) Erzeugen eines optischen Signals mit einer variierenden Frequenz; b) Lenken von Messlicht (29) in unterschiedliche Richtungen, wobei das Messlicht durch einen ersten Teil des optischen Signals gebildet wird; c) Erfassen einer Überlagerung von Referenzlicht und von reflektiertem Licht, wobei - 16 - das Referenzlicht durch einen zweiten Teil des optischen Signals gebildet wird, der nicht in unterschiedliche Richtungen gelenkt wird, und wobei das reflektierte Licht von dem Messlicht gebildet wird, nachdem dieses an dem Objekt zumindest teilweise reflektiert wurde; d) Bestimmen eines Abstands zu dem Objekt (12) aus der in Schritt c) erfassten Überlagerung; e) Erfassen einer Scanbewegung des ausgesendeten Messlichts (29) mit einem Lichtsensor (36a, 36b), der so angeordnet ist, dass er pro Scanzyklus nur einmal dem Messlicht (29) ausgesetzt wird; f) Verhindern, dass Messlicht (29) ausgesendet wird, sobald der Lichtsensor (36; 36a, 36b) in Schritt e) keine Scanbewegung des Messlichts mehr erfasst.
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