JP2003534555A - 光学システム - Google Patents
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- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
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- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
1.光学システム2.1.簡単な方法でかつ低コストで基準物体と少なくとも1つの観察領域中にある標的物体との間の距離の決定および/または少なくとも1つの観察領域中にある標的物体の速度の決定が高い精度で可能にされるべきである。2.2.そのために、光学システムにおいて観察領域が複数の、それぞれある一定の角度範囲で水平方向および垂直方向に含む標的セクタに分割される。測定値を検出する測定ユニットが標的セクタに相当する平行に接続された受信素子の数を有し、各受信素子が受信信号として標的セクタの1つからの反射信号を検出する。測定ユニットに後置された制御ユニットが受信素子の数に相当する評価段の数を有し、各評価段が標的セクタから出る受信素子の受信信号を有する。2.3.車両用運転者支援システムにおいて実装するための光学システム。
Description
【0001】
光学システムは、様々な観察領域(距離範囲)で移動物体または静止物体(標
的物体)と基準物体の距離の決定および/または移動物体または静止物体(標的
物体)の速度の決定のために使用される。この光学システムは、特に基準物体と
標的物体の間の距離が短い(「近傍領域」、たとえば、それぞれ20mまたは2
50mまでの距離の適用)観察領域で、たとえば自動車を取り囲む交通空間の検
出のために、すなわち、先行車両、後続車両または対向車両またはその他の反射
物体と基準物体である自動車の距離(間隔)の決定および/または先行車両、後
続車両または対向車両またはその他の反射物体の速度の決定のために適用される
。測定ユニットの送信ユニットから測定段階で放出された光送信信号(これは特
に赤外(IR)スペクトル領域または可視スペクトル領域で放出される)が観察
領域にある標的物体で反射した後に測定ユニットの受信ユニットによって検出さ
れ、かつ前記送信信号が受信信号(反射信号)として制御ユニット(評価ユニッ
ト)によって信号処理(後処理)の後に所要時間に関して評価される。そこから
、次に特に所望の距離情報および/または速度情報を得ることができる。パルス
式光学システムの場合、光送信信号が測定段階で周期的に中断される。すなわち
測定段階で光送信信号として光送信パルスがある一定のパルス時間で放出される
。2つの光送信パルスの間のパルス一時休止中に、先行する光送信パルスの反射
信号が受信信号として検出される。連続的光学システムの場合、光送信信号が連
続的に放出され(「continuos wave」cw)、この光送信信号の
送信周波数が変化する。すなわち、周波数変調(FM)によってある一定の変調
推移を有する。同時に受信信号が検出される。
的物体)と基準物体の距離の決定および/または移動物体または静止物体(標的
物体)の速度の決定のために使用される。この光学システムは、特に基準物体と
標的物体の間の距離が短い(「近傍領域」、たとえば、それぞれ20mまたは2
50mまでの距離の適用)観察領域で、たとえば自動車を取り囲む交通空間の検
出のために、すなわち、先行車両、後続車両または対向車両またはその他の反射
物体と基準物体である自動車の距離(間隔)の決定および/または先行車両、後
続車両または対向車両またはその他の反射物体の速度の決定のために適用される
。測定ユニットの送信ユニットから測定段階で放出された光送信信号(これは特
に赤外(IR)スペクトル領域または可視スペクトル領域で放出される)が観察
領域にある標的物体で反射した後に測定ユニットの受信ユニットによって検出さ
れ、かつ前記送信信号が受信信号(反射信号)として制御ユニット(評価ユニッ
ト)によって信号処理(後処理)の後に所要時間に関して評価される。そこから
、次に特に所望の距離情報および/または速度情報を得ることができる。パルス
式光学システムの場合、光送信信号が測定段階で周期的に中断される。すなわち
測定段階で光送信信号として光送信パルスがある一定のパルス時間で放出される
。2つの光送信パルスの間のパルス一時休止中に、先行する光送信パルスの反射
信号が受信信号として検出される。連続的光学システムの場合、光送信信号が連
続的に放出され(「continuos wave」cw)、この光送信信号の
送信周波数が変化する。すなわち、周波数変調(FM)によってある一定の変調
推移を有する。同時に受信信号が検出される。
【0002】
本発明の基礎となる課題は、光学システムを用いて基準物体と標的物体の間の
距離の決定および/または標的物体の速度が簡単な方法でかつ低コストで可能に
なり、多数の適用分野に自在に使用することができる、前記光学システムを提供
することである。
距離の決定および/または標的物体の速度が簡単な方法でかつ低コストで可能に
なり、多数の適用分野に自在に使用することができる、前記光学システムを提供
することである。
【0003】
この課題は、本発明によれば、請求項1の特徴記載部分の特徴によって解決さ
れる。
れる。
【0004】
この光学システムの有利な他の形態は、その他の請求項の構成要素である。
【0005】
提案した光学システムにおいて、光信号の所要時間測定が複数の(受信)チャ
ネルで平行に実施され、複数の受信素子を有する受信ユニットによって同時(平
行)にそれぞれある一定の観察領域から来る反射信号が測定され、後処理される
。すなわち、複数の受信チャネル中で同時に大きな開口角度(水平面および垂直
面)で標的物体が異なる角度範囲から決定され、かつ前記標的物体との距離およ
び/または前記標的物体の速度が算出される。
ネルで平行に実施され、複数の受信素子を有する受信ユニットによって同時(平
行)にそれぞれある一定の観察領域から来る反射信号が測定され、後処理される
。すなわち、複数の受信チャネル中で同時に大きな開口角度(水平面および垂直
面)で標的物体が異なる角度範囲から決定され、かつ前記標的物体との距離およ
び/または前記標的物体の速度が算出される。
【0006】
そのために、少なくとも1つの可視スペクトル領域または赤外スペクトル領域
で動作する、測定ユニットの送信ユニットの送信素子(たとえば、送信ダイオー
ドまたは特に半導体レーザ)によって、光送信信号が大きな角度範囲で水平方向
および垂直方向に放出される。すなわち、近傍領域内の大きな開口領域が「照射
」される。検出された角度範囲(開口領域)が、局所解像しながら、複数の、ア
レイ形式で配設された受信素子を有する、測定ユニットの受信ユニットを用いて
観察される。たとえば、可視スペクトル領域または赤外スペクトル領域で動作す
る受信素子が受信ダイオードとしてまたはフォト受信器としてまたはフォトトラ
ンジスタとして形成されている。たとえば、16のアレイ形式で配設されたPI
N−ダイオードが受信素子として設けられている。光受信信号が開口領域内の異
なる標的セクタに割当てられた、受信ユニットの全ての受信素子を用いて同時に
検出される。すなわち、開口領域の全ての標的セクタからの反射信号が同時(平
行)に異なる受信チャネル中で検出され、各受信チャネルに1つの標的物体が割
当てられる。受信ユニット中で実行された信号増幅と各受信チャネルの信号変換
(1−ビット−変換)によって、増幅およびデジタル変換された受信信号が制御
ユニットに供給され、そこでまず別々に後処理される。制御ユニット中で、各受
信チャネルに独立の評価段が割当てられ、この評価段で、各測定段階からの測定
ユニットの増幅およびデジタル化された測定値、すなわち全ての受信チャネルの
デジタル受信信号が同時に供給される。すなわち、各評価段に受信チャネルと共
に1つの標的セクタが割当てられている。測定過程の連続する測定段階において
距離範囲からの反射信号が検出され、各測定段階でこの反射信号がある一定の距
離範囲から検出される。すなわち、各測定段階において、組み込まれた標的セク
タのある一定の距離範囲にある標的物体が算出される。こうして、距離解像は、
距離範囲を利用して行われる。各評価段で、組み込まれた標的セクタから出るデ
ジタル受信信号が1つの測定過程の測定段階で記憶される。同時に、受信信号が
複数の連続する測定過程で記憶され、そこから標的物体の時間的推移が各距離範
囲で(たとえば、標的セクタの比較によって標的物体の速度)決定される。した
がって、時間的解像が、連続する測定過程の比較を利用して行われる。1つの測
定過程および連続する測定過程群からの測定段階のデジタル受信信号の記憶は、
たとえばシフト・レジスタ・アレイとして形成された記憶ユニット中で行うこと
ができる。記憶ユニット中に記憶された、連続する測定過程のデジタル受信信号
が、たとえばデジタル閾値との比較によって評価段の閾値段で評価され、それに
よって評価された受信信号が発生される。各評価段から、前記の評価された受信
信号によって、組み込まれた標的セクタの標的物体の有無とその距離とが決定さ
れ、距離の連続する測定過程からのデジタル受信信号の差分によって、すなわち
個々の標的物体の位置(距離)の時間的変化を介して、標的物体の速度を算出す
ることができる。この評価された受信信号が各評価段の出力信号として(共通の
)試験ユニットに供給される。全ての評価段の出力信号(すなわち全ての受信チ
ャネルの評価された受信信号)によって、試験ユニット中で標的物体のマトリク
スが形成される(物体マトリクス)。隣接する評価段のデータの比較(グラジエ
ント形成)によって、すなわち物体マトリクスの隣接する標的物体の評価(特に
速度および距離に関する)によって、試験ユニット中で受信チャネルの物体マト
リクスもしくは情報の付加的な妥当性試験を実施することができる。
で動作する、測定ユニットの送信ユニットの送信素子(たとえば、送信ダイオー
ドまたは特に半導体レーザ)によって、光送信信号が大きな角度範囲で水平方向
および垂直方向に放出される。すなわち、近傍領域内の大きな開口領域が「照射
」される。検出された角度範囲(開口領域)が、局所解像しながら、複数の、ア
レイ形式で配設された受信素子を有する、測定ユニットの受信ユニットを用いて
観察される。たとえば、可視スペクトル領域または赤外スペクトル領域で動作す
る受信素子が受信ダイオードとしてまたはフォト受信器としてまたはフォトトラ
ンジスタとして形成されている。たとえば、16のアレイ形式で配設されたPI
N−ダイオードが受信素子として設けられている。光受信信号が開口領域内の異
なる標的セクタに割当てられた、受信ユニットの全ての受信素子を用いて同時に
検出される。すなわち、開口領域の全ての標的セクタからの反射信号が同時(平
行)に異なる受信チャネル中で検出され、各受信チャネルに1つの標的物体が割
当てられる。受信ユニット中で実行された信号増幅と各受信チャネルの信号変換
(1−ビット−変換)によって、増幅およびデジタル変換された受信信号が制御
ユニットに供給され、そこでまず別々に後処理される。制御ユニット中で、各受
信チャネルに独立の評価段が割当てられ、この評価段で、各測定段階からの測定
ユニットの増幅およびデジタル化された測定値、すなわち全ての受信チャネルの
デジタル受信信号が同時に供給される。すなわち、各評価段に受信チャネルと共
に1つの標的セクタが割当てられている。測定過程の連続する測定段階において
距離範囲からの反射信号が検出され、各測定段階でこの反射信号がある一定の距
離範囲から検出される。すなわち、各測定段階において、組み込まれた標的セク
タのある一定の距離範囲にある標的物体が算出される。こうして、距離解像は、
距離範囲を利用して行われる。各評価段で、組み込まれた標的セクタから出るデ
ジタル受信信号が1つの測定過程の測定段階で記憶される。同時に、受信信号が
複数の連続する測定過程で記憶され、そこから標的物体の時間的推移が各距離範
囲で(たとえば、標的セクタの比較によって標的物体の速度)決定される。した
がって、時間的解像が、連続する測定過程の比較を利用して行われる。1つの測
定過程および連続する測定過程群からの測定段階のデジタル受信信号の記憶は、
たとえばシフト・レジスタ・アレイとして形成された記憶ユニット中で行うこと
ができる。記憶ユニット中に記憶された、連続する測定過程のデジタル受信信号
が、たとえばデジタル閾値との比較によって評価段の閾値段で評価され、それに
よって評価された受信信号が発生される。各評価段から、前記の評価された受信
信号によって、組み込まれた標的セクタの標的物体の有無とその距離とが決定さ
れ、距離の連続する測定過程からのデジタル受信信号の差分によって、すなわち
個々の標的物体の位置(距離)の時間的変化を介して、標的物体の速度を算出す
ることができる。この評価された受信信号が各評価段の出力信号として(共通の
)試験ユニットに供給される。全ての評価段の出力信号(すなわち全ての受信チ
ャネルの評価された受信信号)によって、試験ユニット中で標的物体のマトリク
スが形成される(物体マトリクス)。隣接する評価段のデータの比較(グラジエ
ント形成)によって、すなわち物体マトリクスの隣接する標的物体の評価(特に
速度および距離に関する)によって、試験ユニット中で受信チャネルの物体マト
リクスもしくは情報の付加的な妥当性試験を実施することができる。
【0007】
この光学システムは、それぞれの適用事例に、特に測定段階の数および繰返し
頻度の設定によって、受信素子の数および配列によって、測定過程あたりの測定
段階と距離範囲の数によって、また個々の受信チャネル中の受信信号の評価によ
って、自在に適合させることができる。
頻度の設定によって、受信素子の数および配列によって、測定過程あたりの測定
段階と距離範囲の数によって、また個々の受信チャネル中の受信信号の評価によ
って、自在に適合させることができる。
【0008】
好ましくは、基準物体と標的物体との間の距離決定のためにパルス法が使用さ
れる。すなわち、光パルスの所要時間の算出が基準物体と標的物体との間の距離
測定のための基礎として利用される。
れる。すなわち、光パルスの所要時間の算出が基準物体と標的物体との間の距離
測定のための基礎として利用される。
【0009】
有利には、この光学システムは以下のものを有する。
【0010】
・簡単な構造。高価な構造部材が不要であり(特に、殆どの適用例では、簡単
な工程順序に基づき、複雑なプログラム構造がなく、したがってマイクロプロセ
ッサも不要である)、構造素子の数が少ないためセンサの小型構造が実現でき、
かつ送信素子として好ましくは(危険なく駆動される)簡単な半導体レーザ(レ
ーザ等級I)が使用できるため。
な工程順序に基づき、複雑なプログラム構造がなく、したがってマイクロプロセ
ッサも不要である)、構造素子の数が少ないためセンサの小型構造が実現でき、
かつ送信素子として好ましくは(危険なく駆動される)簡単な半導体レーザ(レ
ーザ等級I)が使用できるため。
【0011】
・広い適用範囲。すなわち、多数の異なる適用分野に近傍領域で自在に使用可
能であり、光センサの仕様とそのコンポーネント(測定ユニット、すなわち送信
ユニットおよび受信ユニットならびに制御ユニット)をそれぞれの適用例に簡単
な方法で適合させることができる(すなわち、通例は顧客仕様の適合が不要であ
る)。
能であり、光センサの仕様とそのコンポーネント(測定ユニット、すなわち送信
ユニットおよび受信ユニットならびに制御ユニット)をそれぞれの適用例に簡単
な方法で適合させることができる(すなわち、通例は顧客仕様の適合が不要であ
る)。
【0012】
以下、一実施形態である、自動車中に実装した光IRパルスを利用する距離決
定用の光学システムを図面との関連でより詳しく説明する。
定用の光学システムを図面との関連でより詳しく説明する。
【0013】
自動車の近傍領域で、観察領域中にある標的物体の距離および/または速度、
すなわち自己の自動車と先行車両、対向車両または後続車両、人物およびその他
の反射物体との間の間隔および/または先行車両、対向車両または後続車両、人
物およびその他の反射物体の速度を、運転者支援システムの基礎として使用する
ことができる。距離および/または速度は、明確かつ高い解像度で決定されなけ
ればならない。たとえば、所望の距離明確範囲が10m、所望の距離解像度が0
.5m、および所望の速度解像度が1m/sになる。
すなわち自己の自動車と先行車両、対向車両または後続車両、人物およびその他
の反射物体との間の間隔および/または先行車両、対向車両または後続車両、人
物およびその他の反射物体の速度を、運転者支援システムの基礎として使用する
ことができる。距離および/または速度は、明確かつ高い解像度で決定されなけ
ればならない。たとえば、所望の距離明確範囲が10m、所望の距離解像度が0
.5m、および所望の速度解像度が1m/sになる。
【0014】
図1にしたがって、たとえば65mm×30mm×25mmの寸法を有する測
定ユニット3(送信ユニット4および受信ユニット5)と、制御ユニット7(評
価ユニット)とからなる光学システム10が自動車1中またはその横のそれぞれ
の適用事例に応じて付与された位置に実装される。
定ユニット3(送信ユニット4および受信ユニット5)と、制御ユニット7(評
価ユニット)とからなる光学システム10が自動車1中またはその横のそれぞれ
の適用事例に応じて付与された位置に実装される。
【0015】
1つの測定過程の複数の測定段階において、測定ユニット3の送信ユニット4
から送信信号13が光信号として、たとえば850nmの波長を有する赤外(I
R)スペクトル領域で放出される。開口領域22中で、すなわち送信信号13に
よって検出された距離範囲および角度範囲(水平開口角度α、たとえばα=50
゜;垂直開口角度β、たとえばβ=12゜)中にある標的物体2(たとえば先行
車または障害物等)への反射によって得た反射信号14が測定ユニット3の受信
ユニット5によってアナログ受信信号として検出される。制御ユニット7(同時
に評価ユニットとして機能する)が受信信号を所要時間に関して評価し、かつ様
々な測定段階からの反射信号から距離情報を、また連続する測定過程の反射信号
から速度情報、すなわち基準物体1としての自動車と標的物体2としての反射物
体との間の距離および/または標的物体2としての反射物体の速度が得られる。
開口領域22もしくは検出した角度範囲(開口角度α、β)が複数の標的セクタ
21に分割され、各標的セクタ21が複数の距離範囲Δdを有し、その中でそれ
ぞれ標的物体2が検出され、その情報を利用して標的物体2の物体マトリクスが
作成される(たとえば、開口領域22もしくは検出した角度範囲がそれぞれ16
距離範囲Δdを有する16標的セクタ21に分割され、その結果、たとえば50
゜の水平開口角度αと、たとえば12゜の垂直の開口角度βとにおいて開口領域
22の各標的セクタ21が約3.1゜×0.75゜を含む。測定過程の1つの測
定段階において、その場合にある一定の距離範囲Δdが組み込まれた標的セクタ
21の内部で選択され、1つの測定過程の測定段階で標的セクタ21の全ての距
離範囲Δdが連続的に照会される。
から送信信号13が光信号として、たとえば850nmの波長を有する赤外(I
R)スペクトル領域で放出される。開口領域22中で、すなわち送信信号13に
よって検出された距離範囲および角度範囲(水平開口角度α、たとえばα=50
゜;垂直開口角度β、たとえばβ=12゜)中にある標的物体2(たとえば先行
車または障害物等)への反射によって得た反射信号14が測定ユニット3の受信
ユニット5によってアナログ受信信号として検出される。制御ユニット7(同時
に評価ユニットとして機能する)が受信信号を所要時間に関して評価し、かつ様
々な測定段階からの反射信号から距離情報を、また連続する測定過程の反射信号
から速度情報、すなわち基準物体1としての自動車と標的物体2としての反射物
体との間の距離および/または標的物体2としての反射物体の速度が得られる。
開口領域22もしくは検出した角度範囲(開口角度α、β)が複数の標的セクタ
21に分割され、各標的セクタ21が複数の距離範囲Δdを有し、その中でそれ
ぞれ標的物体2が検出され、その情報を利用して標的物体2の物体マトリクスが
作成される(たとえば、開口領域22もしくは検出した角度範囲がそれぞれ16
距離範囲Δdを有する16標的セクタ21に分割され、その結果、たとえば50
゜の水平開口角度αと、たとえば12゜の垂直の開口角度βとにおいて開口領域
22の各標的セクタ21が約3.1゜×0.75゜を含む。測定過程の1つの測
定段階において、その場合にある一定の距離範囲Δdが組み込まれた標的セクタ
21の内部で選択され、1つの測定過程の測定段階で標的セクタ21の全ての距
離範囲Δdが連続的に照会される。
【0016】
図2に、光学システム10の測定ユニット3および制御ユニット7をそれらの
各コンポーネントと共に示している。
各コンポーネントと共に示している。
【0017】
測定ユニット3の送信ユニット4は、たとえばパルス式IR半導体レーザとし
て形成された送信素子6を有し、このIR半導体レーザは、たとえば10Wの出
力およびたとえば850nmの波長を有するパルス状の送信信号13を放出する
(それに対してIR半導体レーザの平均光出力は約1mWになり、これが問題の
ないレーザ等級Iに割当てられる)。
て形成された送信素子6を有し、このIR半導体レーザは、たとえば10Wの出
力およびたとえば850nmの波長を有するパルス状の送信信号13を放出する
(それに対してIR半導体レーザの平均光出力は約1mWになり、これが問題の
ないレーザ等級Iに割当てられる)。
【0018】
測定ユニット3の受信ユニット5は、開口領域22の様々な標的セクタ21か
ら反射信号14を平行に検出するために、複数の受信素子8を備えた受信アレイ
を有し、前記受信素子のうちそれぞれ1つの受信素子8が開口角度αおよびβに
よって定義された標的セクタ21に割当てられ、それによって擬似的にある一定
の標的セクタ21用の受信チャネルを形成する。たとえば、16個の受信素子8
を備えた受信アレイが設けられている。受信素子8は、たとえばIR受信ダイオ
ードとして形成されており、たとえば850nmの送信信号13の波長に対して
感受性がある。増幅ユニット9によって、受信信号がアナログ式に増幅され、か
つデジタル信号に変換され、前記増幅ユニット9中には各受信素子8用に増幅素
子11および変換素子12が1−ビット−A/D変換器の形式で設けられており
、前記変換器が標的セクタ21に割当てられた受信信号を増幅し、かつデジタル
受信信号に変換する。
ら反射信号14を平行に検出するために、複数の受信素子8を備えた受信アレイ
を有し、前記受信素子のうちそれぞれ1つの受信素子8が開口角度αおよびβに
よって定義された標的セクタ21に割当てられ、それによって擬似的にある一定
の標的セクタ21用の受信チャネルを形成する。たとえば、16個の受信素子8
を備えた受信アレイが設けられている。受信素子8は、たとえばIR受信ダイオ
ードとして形成されており、たとえば850nmの送信信号13の波長に対して
感受性がある。増幅ユニット9によって、受信信号がアナログ式に増幅され、か
つデジタル信号に変換され、前記増幅ユニット9中には各受信素子8用に増幅素
子11および変換素子12が1−ビット−A/D変換器の形式で設けられており
、前記変換器が標的セクタ21に割当てられた受信信号を増幅し、かつデジタル
受信信号に変換する。
【0019】
測定ユニット3に後置した制御ユニット7(評価ユニット)を利用して、反射
測定の結果(これはデジタル受信信号に処理された反射信号14)が評価される
。これらの結果から、距離および/または速度を導き出すことができ、かつ妥当
性観察を利用して前記結果が修正される。受信ユニット5から提供されたデジタ
ル受信信号が評価段15に供給され、受信アレイの各受信素子8(およびそれに
よって各受信チャネル)のために評価段15が設けられている。16受信素子8
(およびそれによって16受信チャネル)には、それに対応して16評価段15
が設けられており、この評価段によって様々な受信チャネルの物体情報が平行に
処理される。
測定の結果(これはデジタル受信信号に処理された反射信号14)が評価される
。これらの結果から、距離および/または速度を導き出すことができ、かつ妥当
性観察を利用して前記結果が修正される。受信ユニット5から提供されたデジタ
ル受信信号が評価段15に供給され、受信アレイの各受信素子8(およびそれに
よって各受信チャネル)のために評価段15が設けられている。16受信素子8
(およびそれによって16受信チャネル)には、それに対応して16評価段15
が設けられており、この評価段によって様々な受信チャネルの物体情報が平行に
処理される。
【0020】
そのために、各評価段15は、1つの測定過程の複数の連続する測定段階から
の測定結果(距離情報)および複数の連続する測定過程からの測定結果(時間情
報)の緩衝のために高速クロック・パルスのシフト・レジスタ・アレイ(クロッ
ク・パルス周波数たとえば100MHz〜200MHz)として形成された記憶
段16(たとえば16×16シフト・レジスタ・アレイが設けられている。すな
わち測定過程あたり組み込まれた標的セクタ21の16距離範囲Δdを検出し、
かつ記憶することができ、ならびに16の連続する測定過程からの情報を記憶す
ることができる)と、対応する受信チャネル中の標的物体2の個別の測定過程で
発生する頻度に関する緩衝された測定結果の評価のための閾値段17(たとえば
記憶された連続する測定過程の半分以上中に各受信チャネル中にある場合、16
×16シフト・レジスタ・アレイの場合、16の記憶された連続する測定過程の
うち8を超える場合に標的物体2があると評価される)と、評価された受信信号
に基づき連続する測定過程における距離範囲Δdおよび/または変数を利用した
速度情報を利用した距離情報を決定するための計算段18とを有する。各評価段
15によって提供された出力信号(評価された受信信号)が試験ユニット19に
供給され、この試験ユニットが評価段15の出力信号を、たとえば隣接する評価
段15(およびそれによって受信チャネル)の出力信号の比較によって、たとえ
ば算出された標的物体2の速度または大きさに関して妥当性観察にかけられる。
さらに、制御ロジック20が設けられており、これによって送信ユニット4の(
送信素子6)と緩衝ユニット19との間およびそれによって測定過程もしくは測
定過程の測定段階と評価段15の被験出力信号との間の相関関係が出される。
の測定結果(距離情報)および複数の連続する測定過程からの測定結果(時間情
報)の緩衝のために高速クロック・パルスのシフト・レジスタ・アレイ(クロッ
ク・パルス周波数たとえば100MHz〜200MHz)として形成された記憶
段16(たとえば16×16シフト・レジスタ・アレイが設けられている。すな
わち測定過程あたり組み込まれた標的セクタ21の16距離範囲Δdを検出し、
かつ記憶することができ、ならびに16の連続する測定過程からの情報を記憶す
ることができる)と、対応する受信チャネル中の標的物体2の個別の測定過程で
発生する頻度に関する緩衝された測定結果の評価のための閾値段17(たとえば
記憶された連続する測定過程の半分以上中に各受信チャネル中にある場合、16
×16シフト・レジスタ・アレイの場合、16の記憶された連続する測定過程の
うち8を超える場合に標的物体2があると評価される)と、評価された受信信号
に基づき連続する測定過程における距離範囲Δdおよび/または変数を利用した
速度情報を利用した距離情報を決定するための計算段18とを有する。各評価段
15によって提供された出力信号(評価された受信信号)が試験ユニット19に
供給され、この試験ユニットが評価段15の出力信号を、たとえば隣接する評価
段15(およびそれによって受信チャネル)の出力信号の比較によって、たとえ
ば算出された標的物体2の速度または大きさに関して妥当性観察にかけられる。
さらに、制御ロジック20が設けられており、これによって送信ユニット4の(
送信素子6)と緩衝ユニット19との間およびそれによって測定過程もしくは測
定過程の測定段階と評価段15の被験出力信号との間の相関関係が出される。
【0021】
光学システム20が自動車1中で作動している持続時間中、周期的に測定が実
行される。1つの測定過程には、ある一定の数の測定段階が割当てられ、それに
よって様々な距離範囲Δdが発生される。たとえば、ある測定過程(持続時間、
たとえば1.6ms)が16測定段階(持続時間、たとえばそれぞれ40μs)
に分割され、その結果、16距離範囲Δdが発生され、その測定結果が制御ユニ
ット7の記憶段16に記憶される。さらに、連続する測定過程から、たとえば1
6の連続する測定過程からの測定結果が、制御ユニット7の記憶段16に記憶さ
れる。
行される。1つの測定過程には、ある一定の数の測定段階が割当てられ、それに
よって様々な距離範囲Δdが発生される。たとえば、ある測定過程(持続時間、
たとえば1.6ms)が16測定段階(持続時間、たとえばそれぞれ40μs)
に分割され、その結果、16距離範囲Δdが発生され、その測定結果が制御ユニ
ット7の記憶段16に記憶される。さらに、連続する測定過程から、たとえば1
6の連続する測定過程からの測定結果が、制御ユニット7の記憶段16に記憶さ
れる。
【0022】
測定のための時間基準として、たとえば100MHzのクロック・パルス周波
数fを有するクォーツ発振器が考慮される(クロック・パルス単位tq=1/f
=10ns)。距離測定のための光学システム10の検出時間(これは評価段1
5のシフト・レジスタ・アレイの記憶段16がデータで満たされ、かつそれによ
って評価することができるまでの持続時間に相当する)は、たとえば1.6ms
になる。連続する距離測定から算出された標的物体2のための速度情報は、たと
えば1m/sおよび468m/sの間の範囲で検出することができる。距離解像
度は、たとえば0.75mになる。
数fを有するクォーツ発振器が考慮される(クロック・パルス単位tq=1/f
=10ns)。距離測定のための光学システム10の検出時間(これは評価段1
5のシフト・レジスタ・アレイの記憶段16がデータで満たされ、かつそれによ
って評価することができるまでの持続時間に相当する)は、たとえば1.6ms
になる。連続する距離測定から算出された標的物体2のための速度情報は、たと
えば1m/sおよび468m/sの間の範囲で検出することができる。距離解像
度は、たとえば0.75mになる。
【0023】
自動車1中の光学システム10の各配列および測定結果の評価もしくは処理に
応じて、運転者支援システムとして様々な適用が考えられる。
応じて、運転者支援システムとして様々な適用が考えられる。
【0024】
・早期の衝突警告(「precrash warning」)。たとえば、正
面衝突、側面衝突または背面衝突の場合、その際に光学システム10は、たとえ
ば正面衝突に関する衝突警告においてバック・ミラーの領域に、側面衝突に関し
てドア・ピラーの領域に、かつ背面衝突に関してはリア・ウィンドーの領域に配
設されている。
面衝突、側面衝突または背面衝突の場合、その際に光学システム10は、たとえ
ば正面衝突に関する衝突警告においてバック・ミラーの領域に、側面衝突に関し
てドア・ピラーの領域に、かつ背面衝突に関してはリア・ウィンドーの領域に配
設されている。
【0025】
光学システム10によって、標的物体2の近接速度が測定され、かつ標的物体
2の距離、標的物体2の速度および車両1の角度から標的物体2に関して容認性
アルゴリズムの援用下に、「衝突」が間近いかどうかを車両1もしくは運転者に
通報する。さらに、車両1の運転者に予測される衝突速度を伝達することができ
る。
2の距離、標的物体2の速度および車両1の角度から標的物体2に関して容認性
アルゴリズムの援用下に、「衝突」が間近いかどうかを車両1もしくは運転者に
通報する。さらに、車両1の運転者に予測される衝突速度を伝達することができ
る。
【0026】
・死角の検出(「blind spot detection」)
車両1の側面領域、たとえばサイド・ミラーに配設された光学システム10に
よって、「死角領域」にある、車両1の運転者には見えない標的物体2が検出さ
れ、車両1の運転者に通報される。
よって、「死角領域」にある、車両1の運転者には見えない標的物体2が検出さ
れ、車両1の運転者に通報される。
【0027】
・側面車線誘導(「lateral control support」もし
くは「overtaking and lane merging」) 車両1の側面領域、たとえばサイド・ミラーに配設された光学システム10に
よって、障害物が車両1の側面領域または背面領域にある標的物体2を検出し、
たとえばその速度に関して評価される。重要な標的物体2(障害物)が車両1の
運転者に意図的に車線から離れる際または車線変更時に通報され、この高速の(
かつそれによつて危険な)障害物が警告される。
くは「overtaking and lane merging」) 車両1の側面領域、たとえばサイド・ミラーに配設された光学システム10に
よって、障害物が車両1の側面領域または背面領域にある標的物体2を検出し、
たとえばその速度に関して評価される。重要な標的物体2(障害物)が車両1の
運転者に意図的に車線から離れる際または車線変更時に通報され、この高速の(
かつそれによつて危険な)障害物が警告される。
【0028】
・ストップ・アンド・ゴー機能の支援(「stop and go assi
stance」) 車両1の正面領域、たとえばヘッド・ライト、バンパーまたはラジエータ・グ
リッドに配設された光学システム10によって、物体マトリクスが車両1(「走
行方向」)の想定された走行線で後置した計算ユニットに伝達される。センター
ライン(シェルフの)のシフトおよび距離から、車両前方のフリースペースを測
定することができる。運転者が実施する出発(「go」)がそれによって付加的
な安全性を得る。
stance」) 車両1の正面領域、たとえばヘッド・ライト、バンパーまたはラジエータ・グ
リッドに配設された光学システム10によって、物体マトリクスが車両1(「走
行方向」)の想定された走行線で後置した計算ユニットに伝達される。センター
ライン(シェルフの)のシフトおよび距離から、車両前方のフリースペースを測
定することができる。運転者が実施する出発(「go」)がそれによって付加的
な安全性を得る。
【0029】
・緊急ブレーキ支援(「emergency braking」)
車両1の正面領域、たとえばヘッド・ライト、バンパーまたはラジエータ・グ
リッドに配設された光学システム10によって、運転者によって開始された緊急
ブレーキが、ストップ・アンド・ゴー機能の激化した停止に対応して支援される
。
リッドに配設された光学システム10によって、運転者によって開始された緊急
ブレーキが、ストップ・アンド・ゴー機能の激化した停止に対応して支援される
。
【0030】
・駐車スペース測定
車両1の側面領域、たとえばドア・ピラーの領域に配設された光学システム1
0によって、距離特性が算出される。すなわち後置した計算ユニットによって、
この距離特性が車両データ(たとえば、自己速度)の援用下に評価され、車両1
の運転者に通報され、運転者にそれによって駐車スペースの評価のためのアシス
トと、それによって駐車のための負担軽減とが提供される。
0によって、距離特性が算出される。すなわち後置した計算ユニットによって、
この距離特性が車両データ(たとえば、自己速度)の援用下に評価され、車両1
の運転者に通報され、運転者にそれによって駐車スペースの評価のためのアシス
トと、それによって駐車のための負担軽減とが提供される。
【0031】
・傾斜角度測定
車両1の正面領域、たとえばヘッド・ライト、バンパーまたはラジエータ・グ
リッドに配設された光学システム10によって、道路と車両1の距離特性、すな
わち道路に対する車両1の位置が測定される。車両1の傾斜角度がそれに続き距
離特性の平均(回帰)によって決定される。
リッドに配設された光学システム10によって、道路と車両1の距離特性、すな
わち道路に対する車両1の位置が測定される。車両1の傾斜角度がそれに続き距
離特性の平均(回帰)によって決定される。
【0032】
・道路状態もしくは車道状態の検出
車両1の正面領域、たとえばヘッド・ライト、バンパーまたはラジエータ・グ
リッドに配設された光学システム10によって、デジタル反射特性が全ての受信
チャネルから作成される(検出された全ての距離範囲内で、たとえば車両1の前
方10mまで)。比較マスターの援用によって、道路の状態を特定の等級(たと
えば、凍結した車道、陥没穴など)に分類し、これを車両1の運転者に通報する
ことができる。
リッドに配設された光学システム10によって、デジタル反射特性が全ての受信
チャネルから作成される(検出された全ての距離範囲内で、たとえば車両1の前
方10mまで)。比較マスターの援用によって、道路の状態を特定の等級(たと
えば、凍結した車道、陥没穴など)に分類し、これを車両1の運転者に通報する
ことができる。
【図1】
距離決定の基礎となる原理の概略表示である。
【図2】
光学システムの概略ブロック図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 光信号を送信信号(13)として放出し、反射信号(14)
として検出する測定ユニット(3)と、光信号(13、14)の所要時間測定に
よって基準物体(1)と観察領域中にある標的物体(2)の間の距離(dz)お
よび/または観察領域中にある標的物体(2)の速度を決定する制御ユニット(
7)とを備えた光学システムであって、 観察領域が、それぞれ水平方向(α)および垂直方向(β)にある一定の角度
範囲を包む複数の標的セクタ(21)に分割され、 測定ユニット(3)が前記標的セクタの数に相当する数の平行に接続された受
信素子(8)を有する受信ユニット(4)を有し、各受信素子(8)が標的セク
タ(21)の1つからの反射信号(14)を受信信号として検出し、かつ制御ユ
ニット(7)が受信素子(8)の数に相当する数の評価段(15)を有し、各評
価段(15)が1つの標的セクタ(21)から出る受信素子(8)の受信信号を
評価することを特徴とする光学システム。 - 【請求項2】 測定ユニット(3)内で、受信素子(8)の受信信号がそれ
ぞれ組み込まれた増幅ユニット(9)によって増幅され、デジタル式に変換され
、それぞれ1つのデジタル受信信号が制御ユニット(7)の評価段(15)に供
給されることを特徴とする、請求項1に記載の光学システム。 - 【請求項3】 所要時間測定が1つの測定過程の複数の連続する測定段階で
実施され、前記測定段階中に受信素子(8)によってそれぞれ組み込まれた標的
セクタ(21)のある一定の距離範囲(Δd)から反射信号が検出され、かつ測
定段階のデジタル受信信号が制御ユニット(7)の評価段(15)の記憶段(1
6)に記憶されることを特徴とする、請求項1または2に記載の光学システム。 - 【請求項4】 連続する測定過程のデジタル受信信号が制御ユニット(7)
の評価段(15)の記憶段(16)に記憶されることを特徴とする、請求項1な
いし7のいずれか一項に記載の光学システム。 - 【請求項5】 制御ユニット(7)の評価段(15)の記憶段(16)がN
×Nシフト・レジスタ・アレイとして形成されていることを特徴とする、請求項
3または4のいずれか一項に記載の光学システム。 - 【請求項6】 標的物体(2)の距離(dz)が距離範囲(Δd)を利用し
て決定されることを特徴とする、請求項3ないし5のいずれか一項に記載の光学
システム。 - 【請求項7】 評価ユニット(15)が記憶ユニット(16)中に記憶され
た連続する測定過程のデジタル受信信号を利用して標的物体(2)の速度を決定
することを特徴とする、請求項3ないし6のいずれか一項に記載の光学システム
。 - 【請求項8】 制御ユニット(7)の評価段(15)の閾値段(16)によ
って記憶ユニット(16)中に記憶された受信信号が、組み込まれた標的セクタ
(21)中で標的物体(2)の有無に関して評価されることを特徴とする請求項
3ないし7のいずれか一項に記載の光学システム。 - 【請求項9】 閾値段(16)中の1つを超えたとき、所定のデジタル閾値
の記憶された測定過程の数に応じて組み込まれた標的セクタ(21)中で標的物
体(2)の有無が受け入れられることを特徴とする、請求項8に記載の光学シス
テム。 - 【請求項10】 前記評価段(15)の出力信号を利用して妥当性試験を実
施する共通の試験ユニット(17)が評価段(15)に後置されていることを特
徴とする、請求項1ないし9のいずれか一項に記載の光学システム。 - 【請求項11】 測定ユニット(3)が少なくとも1つの送信素子(6)を
備えた送信ユニット(4)を有することを特徴とする、請求項1ないし10のい
ずれか一項に記載の光学システム。 - 【請求項12】 測定ユニット(3)が送信信号(13)としてパルス信号
を赤外スペクトル領域で放出することを特徴とする、請求項11に記載の光学シ
ステム。 - 【請求項13】 標的物体(2)の正面衝突および/または側面衝突および
/または背面衝突の前に早期に衝突警告を行うための請求項1ないし12のいず
れか一項に記載の光学システム。 - 【請求項14】 死角領域にある標的物体(2)を検出するための請求項1
ないし13のいずれか一項に記載の光学システム。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10025258.3 | 2000-05-22 | ||
DE10025258A DE10025258A1 (de) | 2000-05-22 | 2000-05-22 | Optisches System |
PCT/EP2001/005234 WO2001090777A1 (de) | 2000-05-22 | 2001-05-09 | Optisches system zur entfernungs- und winkelmessung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003534555A true JP2003534555A (ja) | 2003-11-18 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001586490A Pending JP2003534555A (ja) | 2000-05-22 | 2001-05-09 | 光学システム |
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---|---|
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JP2012132917A (ja) * | 2010-12-21 | 2012-07-12 | Sick Ag | 光電センサ並びに物体検出及び距離測定方法 |
JP2014517921A (ja) * | 2011-05-11 | 2014-07-24 | レッダーテック インコーポレイテッド | 明るい周囲背景光下における多視野スキャナー無し光学式距離計 |
WO2018052057A1 (ja) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 豊田合成 株式会社 | 近赤外線センサ用カバー |
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DE10238759A1 (de) * | 2002-08-23 | 2004-03-04 | Ibeo Automobile Sensor Gmbh | Überwachung der Umgebung eines Gegenstandes |
EP1450128A1 (de) * | 2003-02-19 | 2004-08-25 | Leica Geosystems AG | Verfahren und Vorrichtung zur Ableitung geodätischer Entfernungsinformationen |
DE102004028129B4 (de) * | 2004-06-09 | 2007-08-02 | Fendt, Günter | Verfahren zur Auswertung eines Drehratensignals eines Multifunktionsdrehratensensors |
EP1757956A1 (de) * | 2005-08-24 | 2007-02-28 | Leica Geosystems AG | Mehrzielfähiges Distanzmessverfahren nach dem Phasenmessprinzip |
DE102006034122A1 (de) * | 2006-07-24 | 2008-01-31 | Robert Bosch Gmbh | Fahrerassistenzsystem |
DE102007006757B4 (de) | 2007-02-12 | 2013-01-17 | Günter Fendt | Kraftfahrzeug-Sicherheitssystem zur Unterstützung und/oder Schutzgewährung von Fahrzeugführern bei kritischen Fahrsituationen sowie Kraftfahrzeug |
DE102007029299B4 (de) * | 2007-06-22 | 2011-12-22 | Fraba Ag | Optischer Sensor für Positionieraufgaben |
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DE3732347C1 (de) * | 1987-09-25 | 1989-03-16 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Entfernungsbild-Sensor |
DE3840425A1 (de) * | 1987-09-25 | 1990-06-07 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Entfernungsbild-sensor |
US5166681A (en) * | 1990-07-30 | 1992-11-24 | Bottesch H Werner | Passive vehicle presence detection system |
DE4222642A1 (de) * | 1992-07-10 | 1994-01-13 | Bodenseewerk Geraetetech | Bilderfassende Sensoreinheit |
US5471215A (en) * | 1993-06-28 | 1995-11-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | Radar apparatus |
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DE4439298A1 (de) * | 1994-11-07 | 1996-06-13 | Rudolf Prof Dr Ing Schwarte | 3D-Kamera nach Laufzeitverfahren |
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-
2000
- 2000-05-22 DE DE10025258A patent/DE10025258A1/de not_active Ceased
-
2001
- 2001-05-09 EP EP01956431A patent/EP1290473A1/de not_active Withdrawn
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- 2001-05-09 JP JP2001586490A patent/JP2003534555A/ja active Pending
- 2001-05-09 US US10/296,143 patent/US20030164936A1/en not_active Abandoned
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