DE102016118485A1

DE102016118485A1 - Scanning opto-electronic detection device and method for operating such

Info

Publication number: DE102016118485A1
Application number: DE102016118485.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schuler; Peter Horvath
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine abtastende optoelektronische Detektionseinrichtung 3 mit einem optischen Sender 4 zum Aussenden elektromagnetischer Strahlen 7 auf einem Sendepfad 8, dessen Orientierung β schrittweise über einen Senderaktuator 17 bestimmbar ist. Die Detektionseinrichtung 3 weist auch einen Empfänger 5 zur Detektion von an einem Zielobjekt 12 in der Umgebung der Detektionseinrichtung 3 reflektieren Strahlen 11 auf, welcher wenigstens einen Detektor 6 und eine Empfangsoptik 22 zur Abbildung reflektierter Strahlen 11 auf den Detektor 6 umfasst und mit einer Steuereinheit 13 signalübertragend verbunden ist, Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Detektionseinrichtung. Um mit möglichst geringem baulichem Aufwand eine möglichst große Auflösung einer optoelektronischen Detektionseinrichtung zu erreichen ist erfindungsgemäß eine bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbare Empfangsoptik 22 vorgesehen, wobei die Steuereinheit 13 dazu ausgebildet ist, die Orientierung α eines Empfangspfades 20 über die Einstellung der Empfangsoptik 22 der Orientierung β des Sendepfads 8 nachzuführen.The invention relates to a scanning optoelectronic detection device 3 with an optical transmitter 4 for emitting electromagnetic radiation 7 on a transmission path 8, the orientation β is gradually determined by a transmitter actuator 17. The detection device 3 also has a receiver 5 for detecting beams 11 reflecting at a target object 12 in the vicinity of the detection device 3, which beam comprises at least one detector 6 and receiving optics 22 for imaging reflected beams 11 onto the detector 6 and with a control unit 13 The invention also relates to a method for operating such a detection device. In order to achieve the greatest possible resolution of an optoelectronic detection device with the least possible structural complexity, an optical device 22 which can be adjusted electrically with respect to its optical properties is provided according to the invention, the control unit 13 being designed to determine the orientation α of a reception path 20 via the adjustment of the receiving optics 22 of the orientation β track the transmission path 8.

Description

Die Erfindung betrifft eine abtastende optoelektronische Detektionseinrichtung, insbesondere einen Laserscanner, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer abtastenden optoelektronischen Detektionseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8. The invention relates to a scanning optoelectronic detection device, in particular a laser scanner, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for operating a scanning optoelectronic detection device according to the preamble of claim 8.

Abtastende optoelektronische Detektionseinrichtungen werden bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs zu erfassen und entsprechende Informationen einem Fahrerassistenzsystem zur Verfügung zu stellen. Fahrerassistenzsysteme sind elektronische Zusatzeinrichtungen zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten Fahrsituationen. Unter der Bezeichnung LIDAR („Light Detection and ranging“) sind licht-basierte Systeme bekannt, welche die Erkennung von Objekten in einer relativ großen Reichweite bis etwa 200 m vom Fahrzeug mit hoher Messgenauigkeit ermitteln können. LIDAR-Systeme dienen beispielsweise der optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung. Scanning opto-electronic detection devices are used in motor vehicles to capture information about the environment of the motor vehicle and to provide appropriate information to a driver assistance system. Driver assistance systems are electronic ancillary devices to assist the driver in certain driving situations. Light-based systems are known by the name LIDAR ("light detection and ranging"), which can detect the detection of objects in a relatively long range up to about 200 m from the vehicle with high measurement accuracy. LIDAR systems are used, for example, for optical distance and speed measurement.

Die Detektionseinrichtung, beispielsweise ein Laserscanner, wird beispielsweise im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs platziert, um Objekte im Bereich vor dem Kraftfahrzeug zu detektieren. Auf diese Weise kann unter anderem die Zeit bis zum Aufprall ermittelt werden. The detection device, for example a laser scanner, is placed, for example, in the front area of the motor vehicle in order to detect objects in the area in front of the motor vehicle. In this way, among other things, the time to impact can be determined.

Optoelektronische Detektionseinrichtungen wie Laserscanner arbeiten nach dem Lichtlaufzeitprinzip, wobei elektromagnetische Strahlen (Laserpulse) ausgesendet werden und die von einem Zielobjekt in der Umgebung des Kraftfahrzeugs reflektierten Strahlen detektiert werden. Bekannte Detektionseinrichtungen weisen eine Sende- und Empfangskombination auf, welche einen optischen Sender zum Aussenden elektromagnetischer Strahlen auf einem Sendepfad und einen Empfänger mit optoelektronischen Detektoren zur Detektion von an einem Zielobjekt in der Umgebung der Detektionseinrichtung reflektierten Strahlen aufweist. Das Sichtfeld der Detektionseinrichtung wird durch Verstellung eines Senderaktuators und damit einhergehender Veränderung der Orientierung des Sendepfads schrittweise abgetastet. Dabei wird pro Abtastwinkel ein Laserimpuls ausgesendet, wobei Echos im Empfangssignal auf Reflektionen der ausgesendeten Strahlen an Zielobjekten der Umgebung zurückzuführen sind. Die Laufzeit zwischen dem Aussenden und dem Empfangen des Echos ist proportional zur Distanz zum Objekt. Aus der Lichtlaufzeitmessung wird die Entfernung für den jeweiligen Winkelschritt ermittelt. Optoelectronic detection devices such as laser scanners operate on the principle of the time of flight principle, with electromagnetic beams (laser pulses) being emitted and the beams reflected by a target object in the surroundings of the motor vehicle being detected. Known detection devices have a transmitting and receiving combination which has an optical transmitter for emitting electromagnetic radiation on a transmission path and a receiver with optoelectronic detectors for detecting radiation reflected at a target object in the vicinity of the detection device. The field of view of the detection device is scanned step by step by adjustment of a transmitter actuator and concomitant change in the orientation of the transmission path. In this case, a laser pulse is emitted per scanning angle, with echoes in the received signal due to reflections of the emitted beams to target objects of the environment. The time between sending and receiving the echo is proportional to the distance to the object. From the time of flight measurement, the distance for the respective angular step is determined.

DE 10 2010 047 984 A1 offenbart einen derartigen Laserscanner mit einer Sende- und Empfangskombination, wobei zur schrittweisen Veränderung der Orientierung des Senderpfads eine drehbare Umlenkspiegelanordnung vorgesehen ist. Die Umlenkspiegelanordnung umfasst einen den Sender zugeordneten Sendespiegel, welcher die ausgesendeten Strahlen entsprechend der Winkelstellung auf die zu vermessende Szene umlenkt. Dem Empfänger ist ein Empfangsspiegel zugeordnet, welcher die von Zielobjekten reflektieren Strahlen über eine als Parabolspiegel ausgebildete Empfangsoptik auf den optoelektronischen Detektor umlenkt. Der Sendespiegel und der Empfangsspiegel sind bei dem bekannten Laserscanner von einer Antriebseinheit um eine gemeinsame Rotationsache drehbar. DE 10 2010 047 984 A1 discloses such a laser scanner with a transmit and receive combination, wherein a rotatable Umlenkspiegelanordnung is provided for gradually changing the orientation of the transmitter path. The Umlenkspiegelanordnung comprises a transmitter associated with the transmitting mirror, which deflects the emitted beams according to the angular position of the scene to be measured. The receiver is assigned a receiving mirror, which deflects the rays reflected from target objects onto the optoelectronic detector via a receiving optical system designed as a parabolic mirror. The transmitting mirror and the receiving mirror are rotatable in the known laser scanner by a drive unit about a common rotation axis.

Bei den bekannten Detektionseinrichtungen müssen der optische Sender und der Empfänger genau aufeinander abgestimmt werden, wobei die dazu erforderliche Justierung aufwendig ist. Zudem ist eine Justierung notwendig, um die Bauteiltoleranzen insbesondere der optischen, aber auch der elektronischen und/oder optischen Bauelemente wie Dioden und Leiterplatten usw. auszugleichen. Bei der Montage der bekannten Detektionseinrichtung muss daher erheblicher Bauraum zur Ermöglichung der im Rahmen der Justierung erforderlichen Manipulationen an den beteiligten Bauteilen vorgehalten werden. Der Aufwand zur Justierung wird zudem noch dadurch erhöht, dass für die in der Regel gewünschten hohen örtlichen Auflösungen der Detektionseinrichtung eine hohe Anzahl von Detektoren vorgesehen werden müssen, welche jeweils unter Berücksichtigung der eingesetzten optischen Elemente sowie in Abstimmung mit dem optischen Sender justiert werden müssen. In the known detection devices of the optical transmitter and the receiver must be matched exactly to each other, with the necessary adjustment is complicated. In addition, an adjustment is necessary to compensate for the component tolerances in particular of the optical, but also the electronic and / or optical components such as diodes and printed circuit boards. When mounting the known detection device therefore considerable space must be maintained to allow the necessary manipulation of the components involved in the adjustment. The effort for adjustment is further increased by the fact that for the usually desired high local resolutions of the detection device, a large number of detectors must be provided, which must be adjusted in each case taking into account the optical elements used and in coordination with the optical transmitter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde mit möglichst geringem baulichem Aufwand eine möglichst große Auflösung einer optoelektronischen Detektionseirichtung zu erreichen. The object of the invention is to achieve the greatest possible resolution of an optoelectronic detection device with the lowest possible structural complexity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optoelektronische Detektionseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zum Betrieb einer abtastenden optoelektronischen Detektionseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. This object is achieved by an optoelectronic detection device having the features of claim 1. The object is also achieved by a method for operating a scanning optoelectronic detection device having the features of claim 8.

Die Erfindung sieht eine bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbare Empfangsoptik vor. Erfindungsgemäß wird die Orientierung eines Empfangspfades des Empfängers über die elektrisch einstellbare Empfangsoptik bestimmt und der Orientierung des Sendpfades nachgeführt. Unter dem Empfangspfad ist dabei der analog dem Begriff des Sendepfades die Richtung zu verstehen, aus welcher reflektierte Strahlen vom Detektor erfasst werden. The invention provides a receiving optics which are electrically adjustable with respect to their optical properties. According to the invention, the orientation of a receiving path of the receiver is determined via the electrically adjustable receiving optics and tracked the orientation of the transmission path. Here, the reception path is analogous to the term of the transmission path, the direction from which reflected beams are detected by the detector.

Neben dem Sendeaktuator zur Einstellung des Sendepfades steht mit der einstellbaren Empfangsoptik ein steuerbarer Empfangsaktuator zur Verfügung, das heißt ein Stellelement, welches elektrische Signale in eine Umlenkung des Empfangspfads durch mechanische Bewegung oder Änderung optischer Umlenkeigenschaften umsetzt. Die einstellbare Empfangsoptik, das heißt der Empfängeraktuator zur Einstellung der Orientierung des Empfangspfads, ermöglicht die Erfassung eines weiten Sichtfelds mit wenigen Detektoren, indem unterschiedlich gegenüber der Detektionseinrichtung orientierte Bereiche des Umfelds durch Verstellung des Empfangspfads sukzessive erfasst werden. Zur Abstimmung der Orientierung des Empfangspfades und der Orientierung des Sendepfades ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche signalübertragend mit der Empfangsoptik verbunden ist. In addition to the transmitter actuator for adjusting the transmission path is with the adjustable receiving optics, a controllable Empfangsaktuator available, that is, an actuator that converts electrical signals into a deflection of the receiving path by mechanical movement or change optical deflection properties. The adjustable receiving optics, that is, the receiver actuator for adjusting the orientation of the receiving path, allows the detection of a wide field of view with a few detectors by different areas of the environment oriented towards the detection device are detected by adjusting the reception path successively. To tune the orientation of the reception path and the orientation of the transmission path, a control unit is provided which is signal-transmitting connected to the receiving optics.

Nach der Erfindung wird das gesamte Sichtfeld der Detektionseinrichtung, beziehungsweise des Laserscanners, schrittweise gescannt, wobei nicht nur die ausgesendeten elektromagnetischen Strahlen auf dem Sendepfad in Abtastwinkeln schrittweise ausgesendet werden, sondern auch durch einen Wechsel der Orientierung des Empfangspfades mittels des Empfängeraktuators, das heißt über die nachführende Verstellung der Empfangsoptik, schrittweise gemessen wird. Auf diese Weise kann mit einer geringen Anzahl von Detektoren in dem jeweils betrachteten Bereich entsprechend der Einstellung der Empfangsoptik lokal mit einer Art Fernrohr-Effekt eine hohe Auflösung erreicht werden. Dadurch ergeben sich auch verbesserte Signal-Rausch-Verhältnisse, da nicht der gesamte Störlichteinfluss im gesamten Sichtfeld Einfluss nehmen kann, sondern ausschließlich in einem lokalen Bereich entsprechend der Einstellung des Empfängeraktuators und des Senderaktuators gemessen wird. According to the invention, the entire field of view of the detection device, or the laser scanner is scanned step by step, not only the emitted electromagnetic radiation on the transmission path in scanning angles are transmitted stepwise, but also by a change of orientation of the receiving path by means of the Empfängeraktuators, that is on the tracking adjustment of the receiving optics, is measured step by step. In this way, a high resolution can be achieved locally with a kind of telescope effect with a small number of detectors in the respectively considered area corresponding to the setting of the receiving optics. This also results in improved signal-to-noise ratios, since not the entire interference influence in the entire field of view can influence, but is measured exclusively in a local area according to the setting of the Empfängeraktuators and the Senderaktuators.

Mit einer präzisen Einstellbarkeit und Abstimmung des Empfangspfades und des Sendepfades ist es sogar möglich, mit einem einzelnen optoelektronischen Detektor das Sichtfeld sukzessive abzutasten und Detektionsergebnisse bereitzustellen. With a precise adjustability and tuning of the reception path and the transmission path, it is even possible to successively scan the field of view with a single optoelectronic detector and to provide detection results.

Als vorteilhafte Ausführungsform einer elektrisch einstellbaren Optik haben sich Flüssiglinsen herausgestellt, deren Brennweite elektrisch variierbar und präzise einstellbar ist. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen werden Formgedächtnislegierungen verwendet oder alternativ oder zusätzlich Piezosteuerungen oder Flüssiglinsen mit Piezosteuerung. As an advantageous embodiment of an electrically adjustable optics, liquid lenses have been found whose focal length is electrically variable and precisely adjustable. In further advantageous embodiments, shape memory alloys are used or, alternatively or additionally, piezo controllers or liquid lenses with piezo control.

Vorteilhaft wird die Einstellung des Senderaktuators bezüglich der Orientierung des Sendepfades und die Einstellung der Empfangsoptik bezüglich der Orientierung des Empfangspfades synchronisiert. Dabei werden Empfängeraktuator und Senderaktuator einander nachgeführt, sodass der vom optischen Sender beleuchtete Bereich des Sichtfelds auch vom Empfänger, beziehungsweise dessen optoelektronischen Detektoren, erfasst ist. Advantageously, the setting of the transmitter actuator is synchronized with respect to the orientation of the transmission path and the setting of the receiving optical system with respect to the orientation of the reception path. In this case, receiver actuator and transmitter actuator are tracked one another, so that the area of the field of view illuminated by the optical transmitter is also detected by the receiver or its optoelectronic detectors.

Die elektrische Ansteuerung der Empfangsoptik, beziehungsweise die jeweiligen elektrischen Signale, werden von einer Steuereinheit ermittelt, welche die Einstellung des Empfängeraktuators relativ zum Senderaktuator abstimmt und synchronisiert. The electrical control of the receiving optics, or the respective electrical signals are determined by a control unit which tunes and synchronizes the setting of the Empfängeraktuators relative to the transmitter actuator.

Die elektrisch einstellbare Empfangsoptik ist dabei fokussierbar ausgebildet, wodurch Unschärfen beziehungsweise Varianz am Detektor aufgrund von Umwelteinflüssen oder betriebsbedingten Temperaturänderungen am Detektor entgegen gewirkt wird. Der Fokus der Empfangsoptik, das heißt der Brennpunkt, kann durch Anpassung der Steuersignale für die Empfangsoptik stets optimal eingestellt werden. The electrically adjustable receiving optical system is designed to be focused, whereby blurring or variance is counteracted at the detector due to environmental influences or operational temperature changes at the detector. The focus of the receiving optics, that is to say the focal point, can always be set optimally by adapting the control signals for the receiving optics.

In der Ausführungsform der Erfindung mit einer elektrisch einstellbaren Sendeoptik wird über Einstellung des jeweiligen Brennpunkts der Optiken die Abstimmung des Sendepfades mit dem Empfangspfads verbessert. In the embodiment of the invention with an electrically adjustable transmission optics, the adjustment of the transmission path with the reception path is improved by adjusting the respective focal point of the optics.

Bevorzugt ist die Empfangsoptik als elektrisch betätigbarer Autofokusaktuator ausgebildet. Die Empfangsoptik bzw. der Empfängeraktuator umfasst dabei eine Technik zur automatischen Anpassung des Brennpunkts oder wenigstens der Brennweite. Bevorzugt werden Autofokusaktuatoren mit Formgedächtnislegierungen verwendet. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen werden piezobetriebene Autofokusse oder Flüssiglinsen mit Piezosteuerung eingesetzt oder die Autofokusfunktion über die Ansteuerung der Flüssiglinsen realisiert. Preferably, the receiving optical system is designed as an electrically actuatable autofocus actuator. The receiving optics or the receiver actuator in this case comprises a technique for automatically adjusting the focal point or at least the focal length. Autofocus actuators with shape memory alloys are preferably used. In further advantageous embodiments, piezo-actuated autofocus or liquid lenses with piezo control are used or the autofocus function is realized via the actuation of the liquid lenses.

Eine Segmentierung beziehungsweise Rasterung mit bedarfsweisen Rastergrößen ist möglich durch Betrieb des Senderaktuators und des Empfängeraktuators mit unterschiedlichen Schrittweisen. Der Beleuchtung des Sichtfelds durch Ansteuerung des Senderaktuators wird dabei eine andere Charakteristik gegeben als der Ansteuerung des betrachteten Sichtfeldbereichs über dem Empfängeraktuator. Beispielsweise kann der optische Sender pro Messzyklus um einen Abtastwinkel von 0,1° bewegt werden, während der über den Empfängeraktuator abgestimmte Empfänger nur bei jedem vierten Zyklus um 0,4° nachgeführt ist. A segmentation or screening with demand grid sizes is possible by operating the transmitter actuator and the receiver actuator with different steps. The illumination of the field of view by driving the transmitter actuator is given a different characteristic than the control of the considered field of view area over the receiver actuator. For example, the optical transmitter can be moved per scanning cycle by a scanning angle of 0.1 °, while the tuned via the receiver actuator receiver is tracked by only 0.4 ° every fourth cycle.

Eine Justage des optischen Senders mit dem Empfänger ist in der Regel nicht erforderlich, wenn Datensätze zu Einstellungen des Empfangsaktuators und des Senderaktuators bezüglich Orientierung und der entsprechende Fokusse ermittelt und abgespeichert und somit für spätere Ansteuerungen des Empfängeraktuators, insbesondere der Empfangsoptik, bereitgehalten werden. An adjustment of the optical transmitter with the receiver is usually not required when records are set to settings of the Empfangsaktuators and the Senderaktu with respect to orientation and the corresponding foci and stored and thus kept for later controls of the Empfängeraktuators, in particular the receiving optics.

Der Senderaktuator ist ein einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein rotierende Umlenkspiegelanordnung, welche Sendelichtstrahlen auf entsprechend dem Sendepfad der aktuellen Spiegelstellung in die Umgebung des Laserscanners abgibt. Entsprechend der Bewegung der Umlenkspiegelanordnung und der damit einhergehenden Verstellung des Sendepfades wird die Empfangsoptik eingestellt und der Empfangspfad nachgeführt. Die Sendeoptik des Senderaktuators umfasst – entsprechend der Leistungscharakteristik des optischen Senders – Glaslinsen bei hohen Sendeleistungen. Bei geringen Sendeleistungen können auch Kunststofflinsen verwendet werden. Durch die aufeinander abgestimmte Einstellung des Sendepfades und des Empfangspfades lässt sich die Anzahl der Detektoren auf ein Minimum reduzieren, entsprechend dem tatsächlichen Bedarf, beziehungsweise der gewünschten Auflösung im konkreten Anwendungsfall. The transmitter actuator is an embodiment of the invention, a rotating deflection mirror assembly, which emits transmitted light beams in accordance with the transmission path of the current mirror position in the environment of the laser scanner. According to the movement of the Umlenkspiegelanordnung and the associated adjustment of the transmission path, the receiving optics is adjusted and tracked the receiving path. The transmission optics of the transmitter actuator comprises - according to the performance characteristics of the optical transmitter - glass lenses at high transmission powers. At low power levels also plastic lenses can be used. Due to the coordinated adjustment of the transmission path and the reception path, the number of detectors can be reduced to a minimum, corresponding to the actual requirement or the desired resolution in the specific application.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung umfasst der Senderaktuator eine Sendeoptik, welche ähnlich der erfindungsgemäßen Empfangsoptik bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbar ist. Die Orientierung des Sendepfades wird dabei über die elektrische Ansteuerung der Sendeoptik eingestellt. In a preferred embodiment of the invention, the transmitter actuator comprises a transmitting optical system, which is similar to the receiving optical system according to the invention with respect to their optical properties electrically adjustable. The orientation of the transmission path is set via the electrical control of the transmission optics.

In an sich bekannten Autofokusaktuatoren sind zum Teil Gyrometer integriert, welche bei der erfindungsgemäßen Verwendung solcher Autofokusaktuatoren zur Ausregelung von Einflüssen des Beladungszustandes des Kraftfahrzeugs oder bei der Datenverarbeitung der Empfangsdaten berücksichtigt werden können. In autofocus actuators known per se, gyrometers are partly integrated, which can be taken into account in the inventive use of such autofocus actuators for regulating influences of the loading state of the motor vehicle or in the data processing of the received data.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. Show it:

1: eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Detektionseinrichtung, 1 FIG. 2: a plan view of a motor vehicle with an exemplary embodiment of an optoelectronic detection device, FIG.

2: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Detektionseinrichtung. 2 : a schematic representation of an embodiment of an optoelectronic detection device.

1 zeigt eine Draufsicht eines Kraftfahrzeugs 1, in dessen Frontbereich 2 eine optoelektronische Detektionseinrichtung 3 zur Überwachung des Umfelds des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist. Die Detektionseinrichtung 3 ist als Laserscanner ausgebildet und weist eine Sende- und Empfangskombination mit einem optischen Sender 4 und einem Empfänger 5 mit optoelektronischen Detektoren (Bezugszeichen 6 in 2) auf. Der optische Sender 4 sendet elektromagnetische Strahlen 7, nämlich Laserpulse, auf einem Sendepfad 8 in die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 aus. Der optische Sender 4 ist dazu ausgebildet, die Orientierung des Sendepfads 8 in Winkelschritten zu verändern, so dass ein gesamtes Sichtfeld 9 der Detektionseinrichtung 3 schrittweise beleuchtet wird. 1 shows a plan view of a motor vehicle 1 , in the front area 2 an optoelectronic detection device 3 for monitoring the environment of the motor vehicle 1 is arranged. The detection device 3 is designed as a laser scanner and has a transmitting and receiving combination with an optical transmitter 4 and a receiver 5 with optoelectronic detectors (reference numerals 6 in 2 ) on. The optical transmitter 4 sends electromagnetic radiation 7 , namely laser pulses, on a transmission path 8th in the environment of the motor vehicle 1 out. The optical transmitter 4 is adapted to the orientation of the transmission path 8th to change in angular increments, leaving an entire field of view 9 the detection device 3 illuminated step by step.

Der Empfänger 5 weist wenigstens einen optoelektronischen Detektor 6 auf, beispielsweise Avalanche-Photodioden, welche zur Erzeugung und Bereitstellung eines elektrischen Empfangssignals 10 in Abhängigkeit der empfangenen Strahlen 11 ausgebildet ist. Wird an einem Objekt 12 im Sichtfeld 9 ein Lichtstrahl reflektiert, so detektiert der Empfänger 5 den reflektierten Lichtstrahl 11. Das entsprechende elektrische Empfangssignal 10 wird einer Steuereinheit 13 – gegebenenfalls nach Zwischenschaltung einer Verstärkung – eingegeben. Aus einer Messung der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls 7 und dem Empfangen des Echos gemäß dem reflektierten Lichtstrahl 11 ermittelt die Steuereinheit 12 die Distanz zum Objekt. Aus der Lichtlaufzeitmessung wird die Entfernung für den jeweiligen Winkelschritt entsprechend der Orientierung des Sendepfads 8 ermittelt. The recipient 5 has at least one optoelectronic detector 6 on, for example, avalanche photodiodes, which for generating and providing an electrical reception signal 10 depending on the received beams 11 is trained. Is on an object 12 in the field of vision 9 reflects a light beam, then detects the receiver 5 the reflected light beam 11 , The corresponding electrical reception signal 10 becomes a control unit 13 - if necessary after interposing a gain - entered. From a measurement of the transit time between the emission of the light beam 7 and receiving the echo according to the reflected light beam 11 determines the control unit 12 the distance to the object. From the light transit time measurement, the distance for the respective angular step corresponding to the orientation of the transmission path 8th determined.

Das Kraftfahrzeug 1 weist in weiteren Ausführungsbeispielen weitere Detektionseinrichtungen 3 auf, beispielsweise an den Seiten 14, 15 oder im Heckbereich 16. The car 1 has further detection devices in further embodiments 3 on, for example, on the sides 14 . 15 or in the rear area 16 ,

2 zeigt eine schematische Darstellung der Detektionseinrichtung 3 mit einem optischen Sender 4 und einem Empfänger 5 zum Empfang an einem Objekt 12 reflektierten Strahlen 11 und Bereitstellung eines dem reflektierten Strahl 11 qualitativ entsprechenden elektrischen Empfangssignals 10. Der optische Sender 4 umfasst einen Senderaktuator 17, mit Hilfe dessen die Orientierung β des Sendepfads 8 schrittweise verstellbar ist, um sukzessive das Sichtfeld 9 auszuleuchten (1). Dem optischen Sender 4 mit seinem Senderaktuator 17 ist eine bestückte Leiterplatte 18 zugeordnet zur Steuerung der elektrischen Bauelemente. 2 shows a schematic representation of the detection device 3 with an optical transmitter 4 and a receiver 5 to receive at an object 12 reflected rays 11 and providing a reflected beam 11 qualitatively corresponding electrical received signal 10 , The optical transmitter 4 includes a transmitter actuator 17 , with the help of which the orientation β of the transmission path 8th is gradually adjustable to successively the field of view 9 to illuminate ( 1 ). The optical transmitter 4 with its transmitter actuator 17 is a populated printed circuit board 18 assigned to control the electrical components.

Der Empfänger 5 weist eine bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbare Empfangsoptik 22 aufweist, welche die auf dem Empfangspfad 20 einfallenden Strahlen 11 auf den mindestens einen Detektor 6 lenken. Der Empfangspfad 20 definiert dabei den Bereich, innerhalb dem der Empfänger reflektierte Strahlen detektieren kann. Über die Veränderung der optischen Eigenschaften, nämlich des Brechungseigenschaft, wird die Orientierung α des Empfangspfades 20 nach Bedarf bestimmt und mit den zur Verfügung stehenden Detektoren 6 ein dem aktuellen Empfangspfad 20 entsprechender Bereich des Sichtfelds 9 (1) betrachtet. Die elektrisch einstellbare Empfangsoptik 22 bildet einen von der Steuereinheit 12 über elektrische Signale 23 ansteuerbaren Empfängeraktuator 19, also ein Stellglied zur Variation des jeweils detektierten Sektors des Sichtfelds 9 (1). Die Steuereinheit 13 ist dazu ausgebildet, die Orientierung α eines Empfangspfades 20 über die Einstellung der Empfangsoptik 22 der Orientierung β des Sendepfads 8 nachzuführen. The recipient 5 has a with respect to their optical properties electrically adjustable receiving optics 22 which has the on the receiving path 20 incident rays 11 on the at least one detector 6 to steer. The reception path 20 defines the range within which the receiver can detect reflected rays. By changing the optical properties, namely the refraction property, the orientation α of the reception path becomes 20 determined as needed and with the available detectors 6 a the current reception path 20 corresponding area of the field of view 9 ( 1 ). The electrically adjustable receiver optics 22 forms one of the control unit 12 via electrical signals 23 controllable receiver actuator 19 , So an actuator for varying the respectively detected Sector of the field of vision 9 ( 1 ). The control unit 13 is adapted to the orientation α of a reception path 20 via the setting of the receiving optics 22 the orientation β of the transmission path 8th to track.

Die Empfangsoptik 22 umfasst in bevorzugten Ausführungsbeispielen eine elektrisch ansteuerbare Flüssiglinse. The receiving optics 22 includes in preferred embodiments an electrically controllable liquid lens.

Die Steuereinheit 13 ist auch dazu ausgebildet, die Einstellung des Senderaktuators 17 bezüglich der Orientierung β des Sendepfads 8 und die Einstellung des Empfängeraktuators 19 bezüglich der Orientierung αdes Empfangspfades 20 zu synchronisieren. Durch Einstellung des Senderaktuators 17 und damit koordinierte Einstellung des Empfängeraktuators 19 wird der Empfangspfad 20 im Betrieb der Detektionseinrichtung 3 stets auf den im aktuell gemäß der Orientierung β des Sendepfads 8 beleuchteten Bereich ausgerichtet. Anders ausgedrückt verändert die Steuereinheit 13 zum Scannen des gesamten Sichtfelds schrittweise die Einstellungen des Empfängeraktuators 19 und führt die Orientierung α des Empfangspfads 20 der aktuellen Orientierung β des Sendepfads 8 des Senderaktuators 17 nach. Über ein entsprechendes elektrisches Signal 23 zwingt die Steuereinheit 13 die Empfangsoptik 22 in einen Status mit den gewünschten optischen Eigenschaften. The control unit 13 is also adapted to the setting of the Senderaktuators 17 with respect to the orientation β of the transmission path 8th and the setting of the receiver actuator 19 with respect to the orientation α of the reception path 20 to synchronize. By adjusting the transmitter actuator 17 and thus coordinated adjustment of the receiver actuator 19 becomes the reception path 20 during operation of the detection device 3 always on the currently in accordance with the orientation β of the transmission path 8th aligned illuminated area. In other words, the control unit changes 13 to scan the entire field of view gradually the settings of the receiver actuator 19 and guides the orientation α of the reception path 20 the current orientation β of the transmission path 8th of the sender actuator 17 to. About a corresponding electrical signal 23 forces the control unit 13 the receiving optics 22 in a status with the desired optical properties.

Die geometrischen Ausrichtungen von Empfängeraktuator 19 und Senderaktuator 17 zueinander sind unabhängig von der elektrisch einstellbaren Optik aneinander gekoppelt und auf einander abgestimmt, was in 2 durch eine Koppelung 21 repräsentiert ist. Die Koppelung 21 erfolgt elektromechanisch oder piezoelektrisch oder auch in weiteren Ausführungsformen hydraulisch oder über Softwarelösungen. Innerhalb der über die Koppelung 21 eingestellten Ausrichtung wird über die elektrisch einstellbare Empfangsoptik 22 ein über die Empfangsoptik erfassbarer Teilsektor nachgeführt. The geometric orientations of receiver actuator 19 and transmitter actuator 17 to each other are independent of the electrically adjustable optics coupled to each other and matched to each other, which in 2 through a coupling 21 is represented. The coupling 21 takes place electromechanically or piezoelectrically or in other embodiments hydraulically or via software solutions. Within the over the coupling 21 adjusted alignment is via the electrically adjustable receiver optics 22 tracked via the receiving optics detectable subsector.

Die elektrisch ansteuerbare Empfangsoptik 22 ist fokussierbar, das heißt bezüglich des Brennpunkts einstellbar. Der Fokus 24 wird dabei über die elektrische Ansteuerung der Empfangsoptik 22 auf den gewünschten Detektionsbereich eingestellt. Beispielsweise wird der Fokus 24 der Empfangsoptik 22 zur Justierung der Kombination aus Sender 4 und Empfänger 5 auf ein Referenzziel eingestellt. Durch die geeignete Einstellung des Fokus 24 kann in jeder Messsituation, das heißt Orientierung, des Empfangspfads 20 eine genaue Detektionsinformation über das Empfangssignal 10 bereitgestellt werden. Die Einstellbarkeit des Fokus 24 verringert Unschärfe und Varianz aufgrund äußerer Umwelteinflüsse, insbesondere Temperatureinfluss. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die die Empfangsoptik 22 als elektrisch betätigbarer Autofokusaktuator ausgebildet. Vorzugsweise werden Autofokusaktuatoren mit Formgedächtnislegierungen verwendet. In weiteren Ausführungsbeispielen werden die Flüssiglinsen – gegebenenfalls mit piezoelektrischer Steuerung – als Autofokus oder piezobetriebene Autofokusse verwendet. The electrically controllable receiving optics 22 is focusable, that is adjustable with respect to the focal point. The focus 24 is doing via the electrical control of the receiving optics 22 adjusted to the desired detection range. For example, the focus becomes 24 the receiving optics 22 for adjusting the combination of transmitter 4 and receiver 5 set to a reference target. By the appropriate adjustment of the focus 24 can in any measurement situation, that is orientation, the receive path 20 an accurate detection information about the received signal 10 to be provided. The adjustability of the focus 24 reduces blur and variance due to external environmental influences, especially temperature influence. In the embodiment shown, the receiving optics 22 designed as an electrically actuated Autofokusaktuator. Preferably, autofocus actuators with shape memory alloys are used. In further embodiments, the liquid lenses - optionally with piezoelectric control - used as an autofocus or piezobetriebene autofocus.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der optische Sender 4 eine rotierende Umlenkspiegelanordnung auf, welche die Orientierung β des Sendepfads 8 schrittweise ändert, wobei sukzessiv Laserpulse in unterschiedlichen Winkelstellungen der Umlenkspiegelanordnung abgegeben werden. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch dem Senderaktuator 17 eine Sendeoptik 27 zugeordnet, deren optische Eigenschaften elektrisch einstellbar sind. Ähnlich der Empfangsoptik 22 werden die optischen Eigenschaften der Sendeoptik 27 über ein elektrisches Signal von der Steuereinheit 13 eingestellt. Die Sendeoptik 27 bildet so das Stellglied zur Veränderung der Orientierung β des Sendepfades 8. In vorteilhaften Ausführungsbeispielen wird die elektrisch einstellbare Sendeoptik 27 auch bezüglich ihres Fokus 28 von der Steuereinheit 13 eingestellt. Die Steuereinheit 13 stimmt dabei den Fokus 24 der Empfangsoptik 22 mit dem Fokus 28 der Sendeoptik 27 ab. In one embodiment of the invention, the optical transmitter 4 a rotating Umlenkspiegelanordnung, which the orientation β of the transmission path 8th gradually changes, wherein successively laser pulses are emitted in different angular positions of the Umlenkspiegelanordnung. In the in 2 illustrated embodiment is also the Senderaktuator 17 a transmission optics 27 assigned whose optical properties are electrically adjustable. Similar to the receiving optics 22 become the optical properties of the transmission optics 27 via an electrical signal from the control unit 13 set. The transmission optics 27 thus forms the actuator for changing the orientation β of the transmission path 8th , In advantageous embodiments, the electrically adjustable transmission optics 27 also regarding their focus 28 from the control unit 13 set. The control unit 13 agrees with the focus 24 the receiving optics 22 with the focus 28 the transmission optics 27 from.

Die Steuereinheit 13 hat Zugriff auf einen Speicher 26, in dem im Voraus ermittelte Datensätze 25 zur Einstellungen des Empfängeraktuators 19 und des Senderaktuators 17 bezüglich der Orientierung und der jeweils zugeordneten Fokusse 24, 28 abgespeichert sind (look-up-table). Durch die Ermittlung geeigneter Datensätze, welche im Rahmen der Montage des Laserscanners durchgeführt werden können, kann auf eine mechanische Justierung des optischen Senders 4 mit dem Empfänger 5 verzichtet werden. The control unit 13 has access to a memory 26 in which data sets determined in advance 25 to the settings of the receiver actuator 19 and the transmitter actuator 17 with respect to the orientation and the respective foci assigned 24 . 28 are stored (look-up table). By ascertaining suitable data records which can be carried out during the assembly of the laser scanner, a mechanical adjustment of the optical transmitter can be carried out 4 with the receiver 5 be waived.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kraftfahrzeug motor vehicle
22: Frontbereich front area
33: Detektionseinrichtung detection device
44: Optischer Sender Optical transmitter
55: Empfänger receiver
66: Detektor detector
77: Gesendeter Strahl Sent ray
88th: Sendepfad transmission path
99: Sichtfeld field of view
1010: Empfangssignal receive signal
1111: Reflektierter Strahl Reflected beam
1212: Objekt object
1313: Steuereinheit control unit
1414: Seite page
1515: Seite page
1616: Heckbereich rear area
1717: Senderaktuator Senderaktuator
1818: Leiterplatte circuit board
19 19: Empfängeraktuator Empfängeraktuator
2020: Empfangspfad receive path
2121: Koppelung coupling
2222: Empfangsoptik receiving optics
2323: Signal signal
2424: Fokus (Empfangsoptik) Focus (receiving optics)
2525: Datensatz record
2626: Speicher Storage
2727: Sendeoptik transmission optics
2828: Fokus (Sendeoptik) Focus (transmission optics)
αα: Orientierung Empfangspfad Orientation reception path
ββ: Orientierung Sendepfad Orientation transmission path

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010047984 A1 [0005]

Claims

Scanning opto-electronic detection device with an optical transmitter ( 4 ) for emitting electromagnetic radiation ( 7 ) on a transmission path ( 8th ), whose orientation (β) is stepped over a transmitter actuator ( 17 ) is changeable, and with a receiver ( 5 ) for detecting at a target object ( 12 ) in the vicinity of the detection device ( 3 ) reflected rays ( 11 ), which has at least one detector ( 6 ) and a receiving optics ( 22 ) for imaging reflected beams ( 11 ) on the detector ( 6 ) and with a control unit ( 13 ) is signal transmitting connected, characterized by a with respect to their optical properties electrically adjustable receiving optics ( 22 ), the control unit ( 13 ) is adapted to the orientation (α) of a receiving path ( 20 ) on the setting of the receiving optics ( 22 ) the orientation (β) of the transmission path ( 8th ) track.

Detection device according to claim 1, characterized in that the control unit ( 13 ) is adapted to the setting of the Senderaktuators ( 17 ) with respect to the orientation (β) of the transmission path ( 8th ) and the setting of the receiving optics ( 22 ) with respect to the orientation (α) of the reception path ( 20 ) to synchronize.

Detection device according to claim 1 or 2, characterized in that the transmitter actuator ( 17 ) a transmission optics ( 27 ), whose optical properties are electrically adjustable.

Detection device according to claim 3, characterized in that the receiving optics ( 22 ) is designed focusable.

Detection device according to claim 4, characterized in that the receiving optics ( 22 ) is designed as an electrically actuated autofocus actuator.

Detection device according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving optics ( 22 ) comprises an electrically adjustable shape memory alloy.

Detection device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electrically adjustable receiving optics ( 22 ) comprises a liquid lens.

Method for operating a scanning optoelectronic detection device, wherein an optical transmitter ( 4 ) electromagnetic radiation ( 7 ) on a transmission path ( 8th ) whose orientation (β) is a transmitter actuator ( 17 ), and where a recipient ( 5 ) on a target object ( 12 ) in the vicinity of the detection device ( 3 ) reflected rays ( 11 ) via a receiving optics ( 22 ) to at least one detector ( 6 ) and an electrical received signal ( 10 ) as a function of the reflected rays ( 11 ), characterized in that the orientation (α) of a reception path ( 20 ) via a receiving optics which are electrically adjustable with regard to their optical properties ( 22 ) and the orientation (β) of the transmission path ( 8th ) is tracked.

Method according to claim 7 or 8, characterized in that the setting of the transmitter actuator ( 17 ) with respect to the orientation (β) of the transmission path ( 8th ) and the setting of the receiving optics ( 22 ) with respect to the orientation (α) of the reception path ( 20 ) are synchronized.

Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the focus ( 24 ) of the receiving optics ( 22 ) is set.

Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the focus ( 24 ) of the receiving optics ( 22 ) with a focus ( 28 ) of the transmission optics ( 27 ).

Method according to one of claims 7 to 11, characterized in that determined data sets ( 25 ) to settings of the receiving optics ( 22 ) and assigned settings of the transmitter actuator ( 17 ) with respect to orientation (α, β) and / or focus ( 24 . 28 ) and for later activation of the receiving optics ( 22 ).

Method according to one of claims 7 to 12, characterized in that the transmitter actuator ( 17 ) and the receiving optics ( 22 ) are operated with different increments.