DE102015013710A1

DE102015013710A1 - Sensor device for detecting environmental information

Info

Publication number: DE102015013710A1
Application number: DE102015013710.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Gröger
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung (1) zur Erfassung von Umgebungsinformationen, mit einer Sendeeinheit (2), einer Empfangseinheit (3) und einer drehbaren Einheit (13), wobei die Sendeeinheit (2) Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit (13) abzutastenden Winkelbereich (15) der Umgebung aussenden kann, wobei die Lichtpulse einen rechteckigen oder rechteckähnlichen Strahlquerschnitt (19) aufweisen, und bei der die Empfangseinheit (3) von Objekten (24) in dem abzutastenden Winkelbereich (15) zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann. Hierbei ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die drehbare Einheit (13) einen Sendespiegel (6) und einen Empfangsspiegel (9) aufweist, welche auf einer Antriebswelle (12) eines Antriebsmotors (11) koaxial zueinander angeordnet und drehsynchron von dem Antriebsmotor (11) antreibbar sind, wobei die Spiegel (6, 9) mit ihrer Flächennormale senkrecht zur Drehachse (4) ausgerichtet sind, dass die Sendeeinheit (2) einen ersten und einen zweiten Sender (5a, 5b) aufweist, welche in einer auf der Drehachse (4) senkrecht stehenden Sendeebene (7) an einem nicht drehbaren Teil (14) der Sensoreinrichtung (1) radial außerhalb der drehbaren Einheit (13) in einem Winkelabstand zueinander angeordnet sind, und dass die Empfangseinheit (3) einen ersten und einen zweiten Empfänger (8a, 8b) aufweist, welche in einer auf der Drehachse (4) senkrecht stehenden Empfangsebene (10) an dem nicht drehbaren Teil (14) der Sensoreinrichtung (1) radial außerhalb der drehbaren Einheit (13) an den Winkelpositionen der Sender (5a, 5b) angeordnet sind, so dass der Strahlquerschnitt (19) von gesendeten und empfangenen Lichtpulsen im gesamten abzutastenden Winkelbereich (15) seine Winkellage zur Drehachse (4) unverändert beibehält.The invention relates to a sensor device (1) for detecting environmental information, with a transmitting unit (2), a receiving unit (3) and a rotatable unit (13), wherein the transmitting unit (2) scans light pulses in a means of the rotatable unit (13) Angle region (15) can emit the environment, wherein the light pulses have a rectangular or rectangular beam cross-section (19), and in which the receiving unit (3) of objects (24) in the scanned angular range (15) can receive reflected back light pulses. In this case, according to the invention, provision is made for the rotatable unit (13) to have a transmitting mirror (6) and a receiving mirror (9) arranged coaxially with one another on a drive shaft (12) of a drive motor (11) and rotationally synchronous with the drive motor (11). can be driven, wherein the mirror (6, 9) are aligned with their surface normal to the axis of rotation (4), that the transmitting unit (2) has a first and a second transmitter (5a, 5b), which in one on the axis of rotation (4 ) vertical transmission plane (7) on a non-rotatable part (14) of the sensor device (1) radially outside the rotatable unit (13) are arranged at an angular distance from each other, and that the receiving unit (3) has a first and a second receiver (8a , 8b), which in a on the rotation axis (4) vertical receiving plane (10) on the non-rotatable part (14) of the sensor device (1) radially outside the rotatable unit (13) at the angular position s of the transmitter (5a, 5b) are arranged so that the beam cross section (19) of transmitted and received light pulses in the entire angular range to be scanned (15) maintains its angular position to the rotation axis (4) unchanged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen, mit einer Sendeeinheit, einer Empfangseinheit und einer drehbaren Einheit, wobei eine oder mehrere Komponenten der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit an der drehbaren Einheit angeordnet sind und eine oder mehrere andere Komponenten der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit an einem nicht drehbaren Teil der Sensoreinrichtung angeordnet sind, bei der die Sendeeinheit Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit abzutastenden Winkelbereich der Umgebung aussenden kann, wobei die Lichtpulse einen rechteckigen oder rechteckähnlichen Strahlquerschnitt aufweisen, bei der die Empfangseinheit von Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann, und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuerungs- und Auswerteeinrichtung nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte zu ermitteln und zu signalisieren.The invention relates to a sensor device for detecting environmental information, with a transmitting unit, a receiving unit and a rotatable unit, wherein one or more components of the transmitting unit and / or the receiving unit are arranged on the rotatable unit and one or more other components of the transmitting unit and / or the receiving unit are arranged on a non-rotatable part of the sensor device, wherein the transmitting unit can emit light pulses in an angular range of the environment to be scanned by the rotatable unit, wherein the light pulses have a rectangular or rectangular beam cross-section, in which the receiving unit of objects in the angular range to be scanned can receive back reflected light pulses, and in which the reflected light pulses are evaluated by a control and evaluation device according to a light pulse transit time method to determine the spatial position and the distance of these objects and signal.

Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Umgebungsinformationen werden für verschiedene Funktionen eingesetzt und ständig weiterentwickelt, beispielsweise zur Erfassung von Umgebungsinformationen im Nah- und Fernbereich von Fahrzeugen sowie Flugzeugen, zur Sammlung von Umweltdaten, oder in der Sicherheitstechnik zur Überwachung von Arbeitsbereichen von Maschinen. In Fahrerunterstützungssystemen von Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen und Bussen werden sie als Hilfsmittel zur Fahrerinformation und zur Unfallvermeidung bei der Erkennung von Hindernissen oder gefährdeten Verkehrsteilnehmern im Front-, Heck- oder im Totwinkel-Bereich des Kraftfahrzeugs genutzt. Derartige Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Umgebungsinformationen können auf optischen Vorrichtungen und Verfahren beruhen, wie der Laserscann-Technik oder LIDAR-Technik, bei der eine Sendeeinheit einen oder mehrere Laserstrahlen im ultravioletten, visuellen oder infraroten Bereich aussendet, und eine Empfangseinheit das von einem Objekt durch Streuung, Reflexion und/oder Absorptions-Emission zurückgeworfene Licht zeitlich, räumlich und/oder wellenlängenselektiv auswertet.Environmental information sensing devices are being used and constantly evolving for various functions, such as sensing environmental information in the near and far of vehicles and aircraft, collecting environmental data, or in safety engineering to monitor work areas of machinery. In driver assistance systems of passenger cars, commercial vehicles and buses they are used as an aid to driver information and accident prevention in the detection of obstacles or vulnerable road users in the front, rear or blind spot area of the motor vehicle. Such sensor devices for detecting environmental information may be based on optical devices and methods, such as the laser scanning technique or LIDAR technique, in which a transmitting unit emits one or more laser beams in the ultraviolet, visual or infrared range, and a receiving unit that scatters from an object , Reflected and / or absorption emission re-evaluated light temporally, spatially and / or wavelength-selectively evaluates.

Bekannte optische Sensoreinrichtungen weisen eine drehbare Einheit auf, in der eine Sendeeinheit, beispielsweise eine einzelne Laserdiode oder ein Laserdioden-Array und/oder eine mit der Sendeeinheit zusammenwirkende Sendeoptik sowie eine Empfangseinheit, beispielsweise eine einzelne Empfangsdiode oder eine Empfangsdioden-Array und/oder eine mit der Empfangseinheit zusammenwirkende Empfangsoptik durch einen Motor antreibbar sind. Der rotierende Sendestrahl ist in der Regel gepulst oder elektronisch zeitlich moduliert. Das von einem Objekt zurückgeworfene, wie oben definierte Licht oder zumindest ein Teil dieses Lichts wird von der Empfangseinheit detektiert und in ein elektrisches Empfangssignal umgewandelt, welches mittels einer zugehörigen elektronischen Steuerungs- und Auswerteeinrichtung verarbeitet wird. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal kann nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren der räumliche Abstand zu dem detektierten Objekt berechnet werden. Dabei kann jeweils ein einzelner Puls ausgewertet oder über eine Anzahl von Pulsen in der Auswertung mathematisch gemittelt werden. Die jeweilige relative Winkelstellung der drehbaren Einheit, bei der ein Sendepuls ausgesandt und ein Empfangspuls empfangen wurde, ist beispielsweise mittels eines Drehwinkelgebers bekannt. Nach jedem Abtast-Umlauf beziehungsweise Scan-Umlauf stehen dann über den Drehwinkel und die berechnete Entfernung zweidimensionale Polarkoordinaten aller Objektpunkte in einer Abtastebene zur Verfügung.Known optical sensor devices have a rotatable unit in which a transmitting unit, for example a single laser diode or a laser diode array and / or cooperating with the transmitting unit transmitting optics and a receiving unit, for example, a single receiving diode or a receiving diode array and / or with the receiving unit cooperating receiving optics are driven by a motor. The rotating transmission beam is usually pulsed or electronically modulated in time. The light reflected by an object, as defined above, or at least part of this light is detected by the receiving unit and converted into an electrical received signal, which is processed by means of an associated electronic control and evaluation device. From the time interval between the transmission signal and the reception signal, the spatial distance to the detected object can be calculated after the light pulse transit time method. In each case, a single pulse can be evaluated or averaged over a number of pulses in the evaluation mathematically. The respective relative angular position of the rotatable unit, at which a transmission pulse was emitted and a reception pulse was received, is known, for example, by means of a rotary encoder. After each scan or scan cycle, two-dimensional polar coordinates of all object points in a scan plane are then available via the rotation angle and the calculated distance.

Ein drehbarer Laserscanner ermöglicht grundsätzlich eine komplette Rundumabtastung im Azimut. Meistens wird jedoch ein auf den jeweiligen Anwendungsfall bezogener bestimmter kleinerer Winkelbereich, beispielsweise 180°, festgelegt. Durch ein systematisches Verschwenken des Sendelichtstrahls in der Kipprichtung zur Drehachse, ein Verschieben des Sendelichtstrahls in der Axialrichtung und/oder mit Hilfe eines räumlich ausgedehnten Strahlquerschnitts können zusätzlich auch verschiedene Elevationswinkelbereiche abgetastet werden, so dass eine dreidimensionale Abbildung des Abtastbereichs erreichbar ist. Die Leistungsfähigkeit einer derartigen Sensoreinrichtung ergibt sich aus der Dauer, Wellenlänge und Stärke der Pulse der Sendeeinheit, sowie aus der Empfindlichkeit und dem räumlichen sowie aus dem zeitlichen Auflösungsvermögen der Empfangseinheit. Außerdem sollten Störsignale, wie beispielsweise durch Reflexionen auf einem optischen Fenster der Sensoreinrichtung oder durch Witterungseinflüsse, wie Schnee oder Regen, Berücksichtigung finden.A rotatable laser scanner basically allows complete all-round scanning in azimuth. In most cases, however, a specific smaller angular range, for example 180 °, which is related to the respective application is determined. By a systematic pivoting of the transmitted light beam in the tilting direction to the axis of rotation, a displacement of the transmitted light beam in the axial direction and / or with the aid of a spatially extended beam cross section also different elevation angle ranges can be scanned, so that a three-dimensional image of the scanning range can be achieved. The performance of such a sensor device results from the duration, wavelength and strength of the pulses of the transmitting unit, as well as from the sensitivity and the spatial and temporal resolution of the receiving unit. In addition, interference signals, such as reflections on an optical window of the sensor device or by weathering factors, such as snow or rain, should be considered.

Im Betrieb von bekannten Laserscannern in Kraftfahrzeugen zur Erfassung von Umgebungsinformationen hat sich ein Zielkonflikt zwischen einer gewünschten möglichst hohen räumlichen Auflösung einerseits und der Empfindlichkeit gegenüber Störungen, wie Wankbewegungen, Schiefstehen etc. des Fahrzeugs gegenüber der zu scannenden Ebene andererseits gezeigt. Daher ist es praktikabel, anstelle eines fokussierten punktförmigen Laserstrahls einen im Querschnitt räumlich ausgedehnten Laserstrahl zu verwenden. Insbesondere erscheint ein Sendestrahl mit einem rechteckigen Strahlquerschnitt, der als schmaler Streifen senkrecht auf einer zu scannenden Ebene steht, zweckmäßig zu sein. Derartige Sendeeinheiten sind beispielsweise aus der DE 101 43 060 A1 bekannt. Wird ein solches Strahlprofil von einem drehfesten und in Richtung der Drehachse ausgerichteten Sendelaser über einen zur Drehachse des Scanners um beispielsweise 45° geneigten, sich drehenden Ablenkspiegel ausgesendet, so steht in der Sichtebene der Lichtstreifen nur in einer Nullgradstellung aufrecht, in welcher der Lichtstreifen in einer Ebene senkrecht zur Spiegelebene ausgerichtet ist, und kippt in Abhängigkeit des Abtastwinkels mit dem sich drehenden Spiegel zunehmend zur Seite. Auf einem Detektor, insbesondere bei der Verwendung einer punktförmigen Empfangsdiode, die von einem Objekt einen entsprechend variierenden zurückgestreuten Lichtfleck sieht, ergibt sich dadurch eine mit dem Abtastwinkel schwankende Empfindlichkeit und variierende räumliche Auflösung, was eine zu ungenaue und unzuverlässige Betriebsweise des Laserscanners zur Folge haben kann.In the operation of known laser scanners in motor vehicles for the detection of environmental information, a conflict of interests between a desired highest possible spatial resolution on the one hand and the sensitivity to disturbances, such as rolling, skewing, etc. of the vehicle relative to the plane to be scanned on the other hand has shown. Therefore, it is practicable to use a laser beam which is spatially extended in cross section instead of a focused point laser beam. In particular, a transmission beam with a rectangular beam cross section, which stands as a narrow strip perpendicular to a plane to be scanned, appears to be expedient. Such transmission units are for example from the DE 101 43 060 A1 known. Becomes such a beam profile of a rotationally fixed and aligned in the direction of the rotation axis transmitting laser via an inclined to the axis of rotation of the scanner by, for example, 45 ° rotating deflecting mirror, so stands in the viewing plane of the light strip only in a zero degree position upright, in which the light strip in a plane is oriented perpendicular to the mirror plane, and tilts depending on the scanning angle with the rotating mirror increasingly to the side. On a detector, in particular when using a punctiform receiving diode, which sees an object of a correspondingly varying backscattered light spot, this results in a fluctuating with the scanning angle sensitivity and varying spatial resolution, which may result in too imprecise and unreliable operation of the laser scanner ,

Eine in bekannten Laserscannern realisierte Möglichkeit zur Vermeidung des sogenannten Wegkippens eines streifenförmigen Sendestrahls mit der Drehung eines Ablenkspiegels besteht darin, den Sendelaser selbst mit der Sendeoptik auf der Drehachse der Sensoreinrichtung mit zu drehen. Dies erfordert allerdings eine relativ aufwendige berührungslose Energieversorgung der Laserquelle sowie eine berührungslose Ansteuerung zur Übertragung eines Triggersignals für den gepulsten Betrieb.A possibility realized in known laser scanners to avoid the so-called tilting away of a strip-shaped transmitting beam with the rotation of a deflecting mirror consists in rotating the transmitting laser itself with the transmitting optics on the axis of rotation of the sensor device. However, this requires a relatively complex non-contact power supply of the laser source and a non-contact control for transmitting a trigger signal for the pulsed operation.

Vor diesem Hintergrund zeigt die DE 10 2005 055 572 B4 einen nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren arbeitenden optischen Entfernungssensor mit einer drehbaren Einheit, bei dem sowohl eine gepulste Laserdiode einer Sendeeinheit als auch ein Detektor einer Empfangseinheit stehend, also drehfest, angeordnet sind. Der Laserstrahl der Laserdiode wird über eine Sendeoptik und einen ersten Spiegel, welcher um 45° gegenüber der Drehachse geneigt ist und durch einen Motor in der drehbaren Einheit angetrieben wird, in Richtung einer zu vermessenden Szene ausgesendet. Über einen zweiten Spiegel, welcher ebenfalls um 45° gegenüber der Drehachse geneigt ist und durch den Motor synchron mit dem ersten Spiegel angetrieben wird, werden die von Objekten in Richtung des Sensors zurückgeworfenen Lichtpulse über eine Empfangsoptik der Empfangseinheit auf den Detektor zur Entfernungsauswertung gelenkt. Die Laserdiode strahlt ein rechteckiges Profil ab, welches durch die Sendeoptik mittels einer Plankonvexlinse, je nach Brennweite, nahezu punktförmig, als schmales Rechteck oder als größeres Quadrat abgebildet werden kann. Wie bereits oben angeführt, dreht sich das Strahlprofil mit dem Abtastwinkel mit, wenn es direkt auf dem rotierenden Sendespiegel abgebildet wird. Um ein Strahlrechteck zu erhalten, welches sich mit dem Abtastwinkel nicht mit dreht, wird in der DE 10 2005 055 572 B4 vorgeschlagen, das Strahlprofil der Laserdiode zunächst über eine Linse langer Brennweite punktförmig zu fokussieren und anschließend mit einer Zylinderlinse, welche zwischen dem Sendespiegel und der Sendeoptik angeordnet ist und mit gedreht wird, zu einem Rechteck auszuweiten. Da sich die Zylinderlinse mit dreht, entsteht ein zur Drehachse parallel projiziertes Rechteck, welches über den gesamten Abtastbereich in der Projektion in seiner Winkellage zur Drehachse konstant bleibt.Against this background shows the DE 10 2005 055 572 B4 a working according to the light pulse transit time method optical distance sensor with a rotatable unit, in which both a pulsed laser diode of a transmitting unit and a detector of a receiving unit standing, so rotationally fixed, are arranged. The laser beam of the laser diode is transmitted via a transmission optics and a first mirror, which is inclined by 45 ° relative to the rotational axis and is driven by a motor in the rotatable unit, in the direction of a scene to be measured. Via a second mirror, which is also inclined by 45 ° relative to the axis of rotation and is driven by the motor in synchronism with the first mirror, the light pulses reflected back from objects in the direction of the sensor are directed to the detector for distance evaluation via receiving optics of the receiving unit. The laser diode radiates a rectangular profile, which can be imaged by the transmission optics by means of a plano-convex lens, depending on the focal length, almost punctiform, as a narrow rectangle or as a larger square. As stated above, the beam profile rotates with the scan angle when imaged directly on the rotating transmit mirror. In order to obtain a ray rectangle, which does not rotate with the scanning angle, is in the DE 10 2005 055 572 B4 proposed to focus the beam profile of the laser diode initially via a lens of long focal point and then with a cylindrical lens, which is arranged between the transmitting mirror and the transmitting optics and is rotated with, to a rectangle. Since the cylindrical lens rotates, a rectangle projected parallel to the axis of rotation is produced, which remains constant over its entire scanning range in the projection in its angular position relative to the axis of rotation.

Die DE 102 27 299 A1 offenbart einen Scanner für die optische Objekterfassung mit einer Laserdiode, die einen gepulsten Sendestrahl über einen rotierenden Drehspiegel, welcher um 45° gegenüber der Drehachse geneigt ist und durch einen Motor angetrieben wird, umlaufend verschwenkt aussendet, und mit einem Detektor, der mehrere separate Empfangsfelder aufweist und über den gleichen Drehspiegel in Richtung des Sendestrahls blickt und bei Auftreffen des Sendestrahls auf Objekte entstehende Lichtflecken detektiert. Sowohl die Laserdiode als auch der Detektor sind drehfest außerhalb der Drehachse des Spiegels angeordnet, derart, dass ein erster Spiegelabschnitt als Sendespiegel und ein zweiter Spiegelabschnitt als Empfangsspiegel genutzt werden. Im Strahlengang des Sendestrahls ist eine Zylinderlinse angeordnet, die den Sendestrahl zu einem streifenförmigen Querschnitt ausweitet. Dieser Lichtstreifen wird von dem Drehspiegel umlaufend verschwenkt. Die Zylinderlinse ist über eine Halterung drehsynchron mit dem Spiegel verbunden. Dadurch ist sichergestellt, dass der ausgesendete Lichtstreifen während der Drehung des Spiegels seine Ausrichtung beibehält. Ein auf einem abgetasteten Objekt entstehender Lichtfleck wird über den sich drehenden Spiegel und eine Sammellinse auf den flächigen Detektor projiziert, wo eine sich drehende streifenförmige Abbildung entsteht. Der Detektor ist in innere und äußere Sektoren aufgeteilt, so dass mehrere Längenbereiche des Lichtstreifens aufgelöst werden. Über einen Drehwinkelgeber ist zudem die jeweilige Winkelstellung des Scanners bekannt, so dass ein räumliches Profil von Objekten erstellt werden kann.The DE 102 27 299 A1 discloses a scanner for optical object detection with a laser diode which transmits a pulsed transmit beam via a rotating rotating mirror, which is inclined by 45 ° relative to the rotation axis and driven by a motor, circumferentially pivoted, and with a detector having a plurality of separate reception fields and looks over the same rotating mirror in the direction of the transmission beam and detected upon impingement of the transmission beam on objects resulting light spots. Both the laser diode and the detector are non-rotatably arranged outside the axis of rotation of the mirror, such that a first mirror section is used as a transmission mirror and a second mirror section as a reception mirror. In the beam path of the transmission beam, a cylindrical lens is arranged, which expands the transmission beam to a strip-shaped cross-section. This light strip is pivoted by the rotating mirror circumferentially. The cylindrical lens is rotationally synchronously connected to the mirror via a holder. This ensures that the emitted light strip retains its orientation during the rotation of the mirror. A light spot arising on a scanned object is projected over the rotating mirror and a condenser lens onto the area detector, where a rotating stripe-shaped image is formed. The detector is divided into inner and outer sectors so that multiple lengths of light strip are resolved. About a rotary encoder also the respective angular position of the scanner is known, so that a spatial profile of objects can be created.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen vorzustellen, die eine drehbare Einheit aufweist, über die zum optischen Abtasten eines Winkelbereichs der Umgebung Lichtpulse aussendbar und bei Auftreffen der Lichtpulse auf Objekte entstehende Lichtflecken detektierbar sind, bei der die Lichtpulse einen rechteckigen Strahlquerschnitt aufweisen, welcher über den gesamten Abtastbereich in seiner Winkellage zur Drehachse der drehbaren Einheit konstant ist, und die im Aufbau sowie in der Herstellung einfach sowie kostengünstig ist. Insbesondere soll eine solche Sensoreinrichtung für ein Fahrerunterstützungssystem eines Fahrzeugs geeignet sein.The invention has for its object to provide a generic sensor device for detecting environmental information, having a rotatable unit via the optical scanning of an angular range of the environment light pulses emitted and upon impact of the light pulses on objects resulting light spots are detectable, in which the light pulses a Have rectangular beam cross section, which is constant over the entire scanning in its angular position to the axis of rotation of the rotatable unit, and is simple and inexpensive in construction and in the production. In particular, such a sensor device should be suitable for a driver assistance system of a vehicle.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine solche Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen mit einer als Laserscanner arbeitenden drehbaren Einheit zur Rundumabtastung in den meisten Anwendungsfällen tatsächlich nur einen begrenzten Abtastbereich zur Umgebungserfassung nutzt, beispielsweise 180°. Die anderen 180° eines Vollkreises beziehungsweise der übrige Drehwinkelbereich der Drehung des Laserscanners werden nicht genutzt. Dieser übrige Winkelbereich steht somit für die Anordnung von Komponenten zur Verfügung, die beim Scannen der Umgebung nicht mit der drehbaren Einheit mit drehen. Dadurch ist es möglich, seitlich radial außerhalb der drehenden Einheit Laserlichtquellen und Detektoren feststehend zu positionieren und die Sendestrahlen und Empfangsstrahlen über Spiegelelemente direkt, also ohne eine 90°-Strahlumlenkung und ohne zusätzliche, mit den Spiegeln mit drehende Optiken, in die betreffende Scan-Ebene zu reflektieren. Dies wirkt sich insbesondere bei der Verwendung von einem flächig ausgedehnten rechteckigen Strahlquerschnitt des ausgesendeten Laserlichts vorteilhaft aus. Solche rechteckigen Strahlquerschnitte werden bei einem Einsatz eines Laserscanners in einem Fahrzeug bevorzugt eingesetzt, um die üblichen Höhenschwankungen in der Scan-Ebene im Fahrbetrieb zu kompensieren. Derartige rechteckige Strahlquerschnitte werden auch gezielt bei der dreidimensionalen Erfassung von Objekten eingesetzt, um gleichzeitig mit der Winkelauflösung im Azimut eine Höhenauflösung in der Elevation zu erreichen. Durch eine direkte Reflexion des rechteckigen Sendestrahls in die Sendeebene lassen sich unerwünschte Abbildungseffekte, wie verzerrte oder kippende Laserstreifen beim Umlaufen des Scanners vermeiden. The invention is based on the finding that such a sensor device actually uses only a limited scanning range for detecting the surroundings, for example 180 °, for acquiring environmental information with a rotary scanner that operates as a laser scanner for all-round scanning. The other 180 ° of a full circle or the remaining rotation angle range of the rotation of the laser scanner are not used. This remaining angular range is thus available for the arrangement of components that do not rotate when scanning the environment with the rotatable unit. This makes it possible to position fixedly laterally radially outside the rotating unit laser light sources and detectors and the transmission beams and receiving beams via mirror elements directly, ie without a 90 ° beam deflection and without additional, with the mirrors with rotating optics in the relevant scan plane to reflect. This has an advantageous effect in particular when using a rectangularly extended rectangular beam cross section of the emitted laser light. Such rectangular beam cross-sections are preferably used when using a laser scanner in a vehicle to compensate for the usual height variations in the scan plane while driving. Such rectangular beam cross sections are also used specifically in the three-dimensional detection of objects in order to achieve a height resolution in the elevation simultaneously with the angular resolution in the azimuth. Direct reflection of the rectangular transmission beam into the transmission plane avoids unwanted imaging effects, such as distorted or tilting laser stripes, as the scanner rotates.

Die Erfindung geht daher aus von einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen, mit einer Sendeeinheit, einer Empfangseinheit und einer drehbaren Einheit, wobei eine oder mehrere Komponenten der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit an der drehbaren Einheit angeordnet sind und eine oder mehrere andere Komponenten der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit an einem nicht drehbaren Teil der Sensoreinrichtung angeordnet sind, bei der die Sendeeinheit Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit abzutastenden Winkelbereich der Umgebung aussenden kann, wobei die Lichtpulse einen rechteckigen oder rechteckähnlichen Strahlquerschnitt aufweisen, bei der die Empfangseinheit von Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann, und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuerungs- und Auswerteeinrichtung nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte zu ermitteln und zu signalisieren.The invention is therefore based on a sensor device for detecting environmental information, with a transmitting unit, a receiving unit and a rotatable unit, wherein one or more components of the transmitting unit and / or the receiving unit are arranged on the rotatable unit and one or more other components of the transmitting unit and / or the receiving unit are arranged on a non-rotatable part of the sensor device, in which the transmitting unit can emit light pulses in an angular range of the environment to be scanned by the rotatable unit, the light pulses having a rectangular or rectangular beam cross section, in which the receiving unit of objects in The light pulse reflected back to the scanned angular range can receive, and in which the reflected light pulses are evaluated by a control and evaluation device according to a light pulse transit time method, the spatial position and the distance of this object e to identify and signal.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die drehbare Einheit einen Sendespiegel und einen Empfangsspiegel aufweist, welche auf einer Antriebswelle eines Antriebsmotors koaxial zueinander angeordnet und drehsynchron über den Antriebsmotor antreibbar sind, wobei die Flächennormale der beiden Spiegel senkrecht auf der Drehachse der Antriebswelle steht, dass die Sendeeinheit einen ersten Sender und einen zweiten Sender aufweist, welche in einer zu der Drehachse der Antriebswelle senkrecht ausgerichteten Sendeebene an dem nicht drehbaren Teil der Sensoreinrichtung radial außerhalb der drehbaren Einheit in einem Winkelabstand zueinander angeordnet sind, und dass die Empfangseinheit einen ersten Empfänger sowie einen zweiten Empfänger aufweist, welche in einer zu der Drehachse der Antriebswelle senkrecht ausgerichteten Empfangsebene an dem nicht drehbaren Teil der Sensoreinrichtung radial außerhalb der drehbaren Einheit an den Winkelpositionen der jeweils zugeordneten Sender angeordnet sind, derartig, dass der Strahlquerschnitt von gesendeten und empfangenen Lichtpulsen im gesamten abzutastenden Winkelbereich seine Winkellage zur Drehachse unverändert beibehält, wobei die ersten Sender und Empfänger sowie die zweiten Sender und Empfänger jeweils paarweise zusammenwirken, wobei der erste Sender nutzbar ist, um über den Sendespiegel in einem ihm zugeordneten ersten Abschnitt des abzutastenden Winkelbereichs einen ersten, umlaufend verschwenkten, gepulsten Sendestrahl auszusenden, wobei der erste Empfänger nutzbar ist, um über den Empfangsspiegel in dem ersten Abschnitt des abzutastenden Winkelbereichs einen ersten, von Objekten zurückgeworfenen Empfangsstrahl zu empfangen, wobei der zweite Sender nutzbar ist, um über den Sendespiegel in einem ihm zugeordneten zweiten Abschnitt des abzutastenden Winkelbereichs einen zweiten, umlaufend verschwenkten, gepulsten Sendestrahl auszusenden, und bei dem der zweite Empfänger nutzbar ist, um über den Empfangsspiegel in dem zweiten Abschnitt des abzutastenden Winkelbereichs einen zweiten, von Objekten zurückgeworfenen Empfangsstrahl zu empfangen.To achieve the object, the invention provides that the rotatable unit has a transmitting mirror and a receiving mirror, which are coaxially arranged on a drive shaft of a drive motor and rotatably driven via the drive motor, wherein the surface normal of the two mirrors perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft stands that the transmitting unit comprises a first transmitter and a second transmitter, which are arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft transmitting plane to the non-rotatable part of the sensor device radially outside the rotatable unit at an angular distance from each other, and that the receiving unit has a first Receiver and a second receiver which in a perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft oriented receiving plane on the non-rotatable part of the sensor device radially outside the rotatable unit at the angular positions of each zugeor Dneten transmitters are arranged such that the beam cross section of transmitted and received light pulses throughout the angular range to be scanned retains its angular position to the axis of rotation unchanged, the first transmitter and receiver and the second transmitter and receiver each pairwise cooperate, the first transmitter is usable to transmit a first, circumferentially pivoted, pulsed transmit beam via the transmit mirror in a first section of the angular range to be scanned, the first receiver being usable to receive a first receive beam reflected by objects via the receive mirror in the first section of the angular range to be scanned; wherein the second transmitter is usable to emit a second, circumferentially pivoted, pulsed transmit beam via the transmit mirror in an associated second portion of the angular range to be scanned, and in which the second receiver is usable to üb he receiving the receiving mirror in the second portion of the angular range to be scanned to receive a second, reflected from objects receiving beam.

Demnach schlägt die Erfindung einen Laserscanner mit einer drehbaren optischen Abtasteinheit vor, bei der nur die Sende- und Empfangsspiegel drehbar angeordnet sind, während die Sende- und Empfangsdioden seitlich dazu drehfest, beispielsweise an einem Gehäuse, angeordnet sind. Die Spiegel sind mit ihrer jeweiligen Flächennormale senkrecht zur Drehachse der genannten Antriebswelle angeordnet, also nicht wie bisher zur Drehachse geneigt. Der Sendestrahl ist senkrecht zur Drehachse ausgerichtet, also nicht wie bisher in Richtung der Drehachse. Dadurch bleibt die Orientierung des Strahlquerschnitts während der Verschwenkung des Sendespiegels erhalten. Insbesondere wird ein seitliches Wegkippen eines rechteckigen Strahlquerschnitts vermieden. Es kann ein Sendelaser verwendet werden, welcher einen reckeckigen Strahlquerschnitt immanent erzeugt. Der Sendelaser kann aber ebenso einen rechteckigen Strahlquerschnitt über eine Sendeoptik erzeugen. Eine drehsynchrone Kopplung einer Sendeoptik mit dem Sendespiegel ist jedenfalls nicht erforderlich.Accordingly, the invention proposes a laser scanner with a rotatable optical scanning unit, in which only the transmitting and receiving mirrors are rotatably arranged, while the transmitting and receiving diodes are rotatably mounted laterally thereto, for example on a housing. The mirrors are arranged with their respective surface normal to the axis of rotation of said drive shaft, so not inclined to the rotation axis as before. The transmission beam is aligned perpendicular to the axis of rotation, so not as before in the direction of the axis of rotation. As a result, the orientation of the beam cross section during pivoting of the transmission mirror is maintained. In particular, a lateral tilting of a rectangular Beam cross section avoided. It can be used a transmit laser, which generates a Reckeckigen beam cross-section immanent. The transmission laser can also produce a rectangular beam cross section via a transmission optics. A rotationally synchronous coupling of a transmitting optics with the transmitting mirror is not required in any case.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der abzutastende Winkelbereich 0° bis 180° beträgt, und dass bezüglich des abzutastenden Winkelbereichs das erste Sender-Empfänger-Paar an der Winkelposition –20° und das zweite Sender-Empfängerpaar an der Winkelposition +200° positioniert ist. Demnach sind zum Scannen eines Halbkreises, also 180°, bei diesem Aufbau zwei Sender erforderlich, wobei der Sendespiegel in der Drehachse, senkrecht zur Scan-Ebene auf dem Kreismittelpunkt steht. Die beiden Sender sind radial außerhalb des abzutastenden 180°-Winkels spiegelsymmetrisch zur Winkelhalbierenden des Halbkreises positioniert, damit der volle Winkelbereich lückenlos erfasst werden kann. Zwei Empfänger sind entsprechend positionsgenau axial über den Sendern angeordnet, so dass jedes Sende-Empfänger-Paar einen Winkelbereich von 90° abdeckt. Als günstig hat sich herausgestellt, bezüglich des Winkelbereichs von 0° bis 180° das erste Sender-Empfänger-Paar an der Winkelposition -20° und das zweite Sender-Empfängerpaar an der Winkelposition +200° anzuordnen. Nach dem Reflexionsgesetz kann bei dieser Anordnung mit dem ersten Sender bei Spiegelwinkelstellungen von –10° bis +35° der erste Abschnitt von 0° bis 90° und mit dem zweiten Sender bei Spiegelwinkelstellungen von 145° bis 190° der zweite Abschnitt von 90° bis 180° des abzutastenden Winkelbereichs erfasst werden.According to one embodiment of the invention, it may be provided that the angular range to be scanned is 0 ° to 180 °, and that with respect to the angular range to be scanned, the first transmitter-receiver pair at the -20 ° angular position and the second transmitter-receiver pair at the +200 angular position ° is positioned. Accordingly, for scanning a semicircle, ie 180 °, in this structure, two transmitters are required, wherein the transmission mirror is in the axis of rotation, perpendicular to the scan plane on the circle center. The two transmitters are positioned radially outside the 180 ° angle to be scanned mirror-symmetrically to the bisector of the semicircle, so that the full angular range can be detected completely. Two receivers are correspondingly positioned axially above the transmitters so that each transceiver pair covers an angular range of 90 °. As low has been found, with respect to the angular range of 0 ° to 180 ° to arrange the first transmitter-receiver pair at the angular position -20 ° and the second transmitter-receiver pair at the angular position + 200 °. According to the law of reflection, in this arrangement with the first transmitter at mirror angle positions of -10 ° to + 35 °, the first section from 0 ° to 90 ° and with the second transmitter at mirror angle positions of 145 ° to 190 °, the second section from 90 ° to 180 ° of the angular range to be scanned are detected.

Die Sendeeinheit sendet über die beiden Sender, entsprechend der beiden Winkelabschnitte im Wechsel Lichtpulse aus. Die Empfangseinheit empfängt über die beiden Empfänger, entsprechend der beiden Winkelabschnitte im Wechsel, die von Objekten in dem abgetasteten Umgebungsbereich zurückgeworfenen Lichtpulse und analysiert diese in einer Steuerungs- und Auswerteeinrichtung nach einem bekannten Lichtpulslaufzeitverfahren. In dem abzutastenden Bereich wird die Umgebung somit systematisch erfasst und die räumliche Lage sowie der Abstand zu den Objekten ermittelt.The transmitting unit transmits light pulses alternately via the two transmitters, corresponding to the two angle sections. The receiving unit receives, via the two receivers, corresponding to the two angle sections in alternation, the light pulses reflected from objects in the scanned surrounding area and analyzes these in a control and evaluation device according to a known light pulse transit time method. In the area to be scanned, the environment is thus systematically recorded and the spatial position and the distance to the objects are determined.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Sendespiegel und der Empfangsspiegel beidseitig reflektierend ausgebildet sind. Bei der Verwendung beidseitig reflektierender Spiegel ist grundsätzlich eine 360°-Rundumabtastung möglich. Dabei werden zusätzlich zu dem oben angeführten 180°-Scanbereich auch die im Winkel 180° verschobenen Spiegelwinkelbereiche genutzt. Allerdings ist hierbei zu beachten, dass in denjenigen Winkelbereichen, in denen die Sender und Empfänger angeordnet sind, die Abtastung temporär unterbrochen sein kann.According to a further embodiment of the invention can be provided that the transmitting mirror and the receiving mirror are formed on both sides reflective. When using mirrors reflecting on both sides, a 360 ° round scan is basically possible. In addition to the above-mentioned 180 ° scan range, the mirror angle ranges which are shifted by 180 ° are also used. However, it should be noted that in those angular ranges in which the transmitter and receiver are arranged, the sampling can be temporarily interrupted.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Sendespiegel und der Empfangsspiegel einstückig miteinander verbunden sind. Demnach können der Sendespiegel und der Empfangsspiegel als ein Spiegel ausgebildet sein, auf denen ein Bereich der Spiegelfläche als eine Sendefläche und ein anderer Bereich der Spiegelfläche als eine Empfangsfläche für Lichtpulse genutzt werden. Dadurch lassen sich der notwendige Bauraum und die Herstellungskosten der Sensoreinrichtung weiter verringern.In addition, it can be provided that the transmission mirror and the receiving mirror are integrally connected to each other. Accordingly, the transmitting mirror and the receiving mirror may be formed as a mirror on which a portion of the mirror surface is used as a transmitting surface and another portion of the mirror surface as a receiving surface for light pulses. As a result, the necessary space and the manufacturing cost of the sensor device can be further reduced.

In einem fortschrittlichen Fahrerunterstützungssystem (ADAS: Advanced Driver Assistance System), wie beispielsweise einer zukünftigen Sensoreinrichtung zur frühzeitigen Erkennung gefährdeter Verkehrsteilnehmer (VRUD: Vulnerable Road User Detection) auf Basis eines Laserscanners, kann eine erfindungsgemäß ausgebildete Sensoreinrichtung vorteilhaft eingesetzt werden und dabei positionsgenaue sowie hochaufgelöste Informationen zur zuverlässigen Erkennung von Verkehrsteilnehmern im Totwinkel-Bereich des Fahrzeugs liefern. Aus solchen Informationen kann das Auslösen von Warnsignalen abgeleitet werden sowie gegebenenfalls geeignete Steuerungsmaßnahmen, wie Bremsvorgänge oder Ausweichmanöver, eingeleitet werden, um dadurch zur Erhöhung der Verkehrssicherheit beitragen. Der abzutastende Winkelbereich liegt beispielsweise zwischen 90° und 270°, vorzugsweise beträgt er jedoch 180°.In an advanced driver assistance system (ADAS), such as a future sensor device for early detection of vulnerable road users (VRUD: Vulnerable Road User Detection) based on a laser scanner, a sensor device designed according to the invention can be advantageously used and position-accurate and high-resolution information provide reliable detection of road users in the blind spot area of the vehicle. From such information, the triggering of warning signals can be derived and, where appropriate, appropriate control measures, such as braking or evasive maneuvers, initiated, thereby contributing to increase traffic safety. The angular range to be scanned is, for example, between 90 ° and 270 °, but is preferably 180 °.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Nutzfahrzeug oder ein Personenkraftwagen, mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen, welche gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut ist.Finally, the invention also relates to a vehicle, such as a commercial vehicle or a passenger car, having a sensor device for detecting environmental information, which is constructed according to one of the device claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawing. In the drawing shows

1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen gemäß der Erfindung, 1 a schematic longitudinal section through a sensor device for detecting environmental information according to the invention,

2a einen schematischen Querschnitt durch eine Sendeeinheit der Sensoreinrichtung gemäß 1, 2a a schematic cross section through a transmitting unit of the sensor device according to 1 .

2b einen schematischen Querschnitt durch eine Empfangseinheit der Sensoreinrichtung gemäß 1, und 2 B a schematic cross section through a receiving unit of the sensor device according to 1 , and

3 eine schematische Ansicht eines Lastkraftwagens mit einem Umgebungserfassungswinkelbereich und einem nicht dafür genutzten Winkelbereich. 3 a schematic view of a truck with a surrounding detection angle range and an unused angle range.

An dieser Stelle sei auf die nicht vorveröffentlichte DE 10 2015 008 310 A1 der Anmelderin verwiesen. Diese zeigt den Aufbau und die Funktionsweise einer ähnlichen Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen im Bereich eines Fahrzeugs. Die hier beschriebene Sensoreinrichtung 1 gemäß der Erfindung ist dem gegenüber hinsichtlich einer Sendeeinheit, einer Empfangseinheit und einer drehbaren Einheit anders ausgebildet. Aus den Figuren der DE 10 2015 008 310.4 ist allerdings grundsätzlich entnehmbar, wie eine Vorrichtung mit einer als Laserscanner arbeitenden Sensoreinrichtung in einem Gehäuse mit optischen Fenstern zum Einbau in ein Fahrzeug ausbildet sein kann.At this point is on the not pre-published DE 10 2015 008 310 A1 referred to the applicant. This shows the structure and operation of a similar sensor device for detecting environmental information in the area of a vehicle. The sensor device described here 1 According to the invention, the opposite is formed differently with regard to a transmitting unit, a receiving unit and a rotatable unit. From the figures of DE 10 2015 008 310.4 However, it is basically possible to deduce how a device with a sensor device operating as a laser scanner can be designed in a housing with optical windows for installation in a vehicle.

Wie 3 beispielhaft zeigt, kann ein solches Fahrzeug ein Lastkraftwagen 25 sein, die Anordnung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 1 in einem Personenkraftwagen ist aber ebenfalls möglich und vorteilhaft. Eine solche Sensoreinrichtung 1 kann mit einem Fahrerunterstützungssystem 28 im Fahrzeug mechanisch und signaltechnisch verbunden sein, oder auch ein Bestandteil des Fahrerunterstützungssystems 28 sein. In dem in 3 gezeigten Beispiel befindet sich eine gemäß der Erfindung ausgebildete Sensoreinrichtung 1 an der rechten Vorderseite des Lastkraftwagens 25, von wo aus sie einen fahrerfernen Winkelbereich 15 von 180° erfasst und diesen abzutastenden Winkelbereich 15 auf das Vorhandensein von Objekten 24, wie beispielsweise den in 3 dargestellten Personenkraftwagen überwacht. Dieses Objekt 24 kann sich in einem Totwinkel-Bereich 27 des Lastkraftwagens 25 befinden, so dass dieses von dem Fahrer des Lastkraftwagens 25 in seinem Rückspiegel ohne weitere Maßnahmen nicht erkennbar wäre. Der übrige, fahrerseitige Winkelbereich 26 von 180° wird von der Sensoreinrichtung 1 nicht erfasst und damit auch nicht überwacht.As 3 By way of example, such a vehicle may be a truck 25 be, the arrangement of a sensor device according to the invention 1 in a passenger car is also possible and advantageous. Such a sensor device 1 can with a driver support system 28 be mechanically and signal technically connected in the vehicle, or even a part of the driver assistance system 28 be. In the in 3 shown example is a formed according to the invention sensor device 1 on the right front of the truck 25 from where they have a remote angle range 15 detected by 180 ° and this angle range to be scanned 15 on the presence of objects 24 , such as the in 3 monitored passenger cars monitored. This object 24 can be in a blind spot area 27 of the truck 25 so that this from the driver of the truck 25 would not be recognizable in his rearview mirror without further action. The rest, driver side angle range 26 of 180 ° is from the sensor device 1 not recorded and thus not monitored.

Wie 1 zeigt, weist die Sensoreinrichtung 1 eine Sendeeinheit 2 und eine Empfangseinheit 3 auf, die koaxial zu einer Drehachse 4 angeordnet sind. Die Sendeeinheit 2 weist zwei feststehende Laserdioden 5a, 5b als Sender auf, welche Lichtpulse mit einem rechteckigen Strahlquerschnitt 19 aussenden. Die Wellenlänge der Lichtpulse liegt beispielsweise im Infrarotbereich. Die Abstrahlrichtungen der beiden Laserdioden 5a, 5b verlaufen, wie in 1 angedeutet ist, senkrecht zur Drehachse 4 und in einem festen Winkel zueinander. In Abstrahlrichtung sind den Laserdioden 5a, 5b nicht dargestellte Sendeoptiken zur Sendestrahlfokussierung in der Sendeeinheit 2 zugeordnet. Weiter gehört zur Sendeeinheit 2 ein Sendespiegel 6, dessen Flächennormale senkrecht zur Drehachse 4 ausgerichtet ist und gesendete Lichtpulse in eine Sendeebene 7 umlenkt. Die ausgesendeten Lichtimpulse verlassen ein in 1 angedeutetes Gehäuse 14 der Sensoreinrichtung 1 über ein nicht dargestelltes erstes optisches Fenster.As 1 shows, the sensor device 1 a transmitting unit 2 and a receiving unit 3 on, coaxial with a rotation axis 4 are arranged. The transmitting unit 2 has two fixed laser diodes 5a . 5b as a transmitter, which light pulses with a rectangular beam cross-section 19 send out. The wavelength of the light pulses is for example in the infrared range. The emission directions of the two laser diodes 5a . 5b run, as in 1 is indicated, perpendicular to the axis of rotation 4 and at a fixed angle to each other. In the emission direction are the laser diodes 5a . 5b not shown transmitting optics for transmit beam focusing in the transmitting unit 2 assigned. Next belongs to the transmitting unit 2 a transmission mirror 6 whose surface normal is perpendicular to the axis of rotation 4 is aligned and transmitted light pulses in a transmission plane 7 deflects. The emitted light pulses leave in 1 indicated housing 14 the sensor device 1 via a not shown first optical window.

Die Empfangseinheit 3 weist zwei Fotodioden 8a, 8b als Empfänger auf. Die beiden Fotodioden 8a, 8b sind in einer identischen Anordnung parallel zur Sendeeinheit 2 positioniert. In Empfangsrichtung sind den Fotodioden 8a, 8b nicht dargestellte Empfangsoptiken zur Empfangsstrahleinblendung in der Empfangseinheit 3 vorgeordnet. Weiter gehört zur Empfangseinheit 3 ein Empfangsspiegel 9, dessen Flächennormale ebenfalls senkrecht zur Drehachse 4 ausgerichtet ist sowie in einer Empfangsebene 10 empfangene Lichtpulse zu den Fotodioden 8a, 8b umlenkt. Die empfangenen Lichtimpulse dringen aus der Umgebung, von Objekten 24 zurückgeworfen, in das Gehäuse 14 der Sensoreinrichtung 1 über ein nicht dargestelltes zweites optisches Fenster ein.The receiving unit 3 has two photodiodes 8a . 8b as a recipient. The two photodiodes 8a . 8b are in an identical arrangement parallel to the transmitting unit 2 positioned. In the receive direction are the photodiodes 8a . 8b not shown receiving optics for Empfangsstrahleinblendung in the receiving unit 3 upstream. Next belongs to the receiving unit 3 a reception mirror 9 whose surface normal also perpendicular to the axis of rotation 4 is aligned as well as in a reception level 10 received light pulses to the photodiodes 8a . 8b deflects. The received light pulses penetrate from the environment, from objects 24 thrown back into the case 14 the sensor device 1 via a not shown second optical window.

Im Gehäuse 14 der Sensoreinrichtung 1 ist axial zwischen der Empfangseinheit 3 und der Sendeeinheit 2 ein Antriebsmotor 11 angeordnet, dessen Antriebswelle 12 an ihrem einen Ende mit dem Empfangsspiegel 9 und an ihrem anderen Ende mit dem Sendespiegel 6 verbunden ist, so dass die beiden Spiegel 6, 9 drehsynchron miteinander gekoppelt sind. Auf diese Weise bilden die Antriebswelle 12, der Empfangsspiegel 9 und der Sendespiegel 6 eine drehbare Einheit 13, die in 1 durch eine gepunktete Line umgrenzt ist. Der Antriebsmotor 11 ist beispielsweise als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Die Laserdioden 5a, 5b, die Fotodioden 8a, 8b sowie die nicht dargestellten Sende- und Empfangsoptiken sind radial außerhalb der drehbaren Einheit 13, an einem nicht drehbaren Teil der Sensoreinrichtung 1 innerhalb des Gehäuses 14 oder an dem Gehäuse 14 selbst befestigt.In the case 14 the sensor device 1 is axial between the receiving unit 3 and the transmitting unit 2 a drive motor 11 arranged, the drive shaft 12 at one end with the receiving mirror 9 and at the other end with the transmission mirror 6 connected so that the two mirrors 6 . 9 are synchronously coupled with each other. In this way form the drive shaft 12 , the reception mirror 9 and the transmission mirror 6 a rotatable unit 13 , in the 1 is delimited by a dotted line. The drive motor 11 is designed, for example, as a brushless DC motor. The laser diodes 5a . 5b , the photodiodes 8a . 8b as well as the transmitting and receiving optics, not shown, are radially outside the rotatable unit 13 , on a non-rotatable part of the sensor device 1 inside the case 14 or on the housing 14 self-attached.

2a zeigt die Sendeeinheit 2 und 2b die Empfangseinheit 3 jeweils in einen schematischen Querschnitt durch die Sensoreinrichtung 1. Die Laserdioden 5a, 5b und die Fotodioden 8a, 8b wirken paarweise zusammen, um den gesamten abzutastenden Winkelbereich 15 von 0° bis 180° zu überwachen. Die Horizontale in Blickrichtung nach links stellt demnach den Winkel 0° als Referenz für die weiteren Winkelangaben dar. Die Laserdioden 5a, 5b und die Fotodioden 8a, 8b sind außerhalb des abzutastenden Winkelbereichs 15 angeordnet. In dem gezeigten Beispiel befinden sich demnach die erste Laserdiode 5a und die erste Fotodiode 8a bei einem Winkel von –20° sowie die zweiten Laserdiode 5b und die zweite Fotodiode 8b bei einem Winkel von +200°. Die Laserdioden 5a, 5b senden jeweils einen Sendestrahl 16a, 16b aus. In Abhängigkeit der momentanen Stellung des rotierenden Sendespiegels 6, wird der jeweilige Sendestrahl 16a, 16b an der Spiegeloberfläche reflektiert und der reflektierte Sendestrahl 17a, 17b nach außen abgestrahlt. Die in den 2a und 2b dargestellten Strahlrichtungen ergeben sich aus der momentanen Spiegelstellung. Im gezeigten Beispiel gemäß 1 ist die reflektierende Spiegeloberfläche gerade den zweiten Laserdioden 5b und Fotodioden 8b zugewandt. 2a shows the transmitting unit 2 and 2 B the receiving unit 3 each in a schematic cross section through the sensor device 1 , The laser diodes 5a . 5b and the photodiodes 8a . 8b work together in pairs to the entire angular range to be scanned 15 from 0 ° to 180 °. The horizontal in the direction of view to the left therefore represents the angle 0 ° as a reference for the other angle data. The laser diodes 5a . 5b and the photodiodes 8a . 8b are outside the angular range to be scanned 15 arranged. In the example shown, therefore, are the first laser diode 5a and the first photodiode 8a at an angle of -20 ° and the second laser diode 5b and the second photodiode 8b at an angle of + 200 °. The laser diodes 5a . 5b each send a transmission beam 16a . 16b out. Depending on the current position of the rotating transmission mirror 6 , the respective transmission beam 16a . 16b reflected at the mirror surface and the reflected transmission beam 17a . 17b emitted to the outside. The in the 2a and 2 B shown beam directions result from the current mirror position. In the example shown according to 1 the reflective mirror surface is just the second laser diode 5b and photodiodes 8b facing.

Der abzutastende Winkelbereich 15 ist in zwei Abschnitte 18a, 18b unterteilt, die jeweils einem Laserdioden/Fotodioden-Paar 5a, 8a; 5b, 8b zugeordnet sind. Um den ersten Abschnitt 18a von 0° bis 90° des Winkelbereichs 15 abzutasten, wird das erste Laserdioden/Fotodioden-Paar 5a, 8a bei Winkelstellungen 31 der Spiegel 6, 9 genutzt, die sich aus der Winkelhalbierenden, verringert um die Winkelposition des ersten Laserdioden/Fotodioden-Paars 5a/8a, ergeben, also von (0 – 20)/2° = –10° bis (90 – 20)/2° = 35°.The angular range to be scanned 15 is in two sections 18a . 18b divided, each one a laser diode / photodiode pair 5a . 8a ; 5b . 8b assigned. To the first section 18a from 0 ° to 90 ° of the angular range 15 The first laser diode / photodiode pair will be sampled 5a . 8a at angular positions 31 the mirror 6 . 9 used, which consists of the bisector, reduced by the angular position of the first laser diode / photodiode pair 5a / 8a , ie from (0-20) / 2 ° = -10 ° to (90-20) / 2 ° = 35 °.

Um den zweiten Abschnitt 18b von 90° bis 180° des Winkelbereichs 15 abzutasten, wird entsprechend das zweite Laserdioden/Fotodioden-Paar 5b, 8b bei Winkelstellungen 31 der Spiegel 6, 9 genutzt, die sich aus der Winkelhalbierenden, vergrößert um die Winkelposition des zweiten Laserdioden/Fotodioden-Paars 5b/8b ergeben, also von (90 + 200)/2° = 145° bis (180 + 200)/2° = 190°. Die Spiegelwinkelstellung 31 ist in den 2a und 2b als Winkel des Spiegels 6, 9 gegenüber der Winkelhalbierenden des Winkelbereichs 15 dargestellt.To the second section 18b from 90 ° to 180 ° of the angular range 15 correspondingly, the second laser diode / photodiode pair will be sampled 5b . 8b at angular positions 31 the mirror 6 . 9 used, which consists of the bisector, increased by the angular position of the second laser diode / photodiode pair 5b / 8b that is from (90 + 200) / 2 ° = 145 ° to (180 + 200) / 2 ° = 190 °. The mirror angle position 31 is in the 2a and 2 B as the angle of the mirror 6 . 9 opposite the bisector of the angular range 15 shown.

Die Empfangseinheit 2 empfängt von Objekten 24 in dem abzutastenden Winkelbereich 15 zurückgeworfene Lichtpulse. In Abhängigkeit der momentanen Stellung des rotierenden Sendespiegels 6 und Empfangsspiegels 9 empfängt die Empfangseinheit 3 einen ersten Empfangsstrahl 29a, der am Empfangsspiegel 9 in Richtung der ersten Fotodiode 8a als reflektierter erster Empfangsstrahl 30a umgelenkt wird, oder einen zweiten Empfangsstrahl 29b, der am Empfangsspiegel 9 in Richtung der zweiten Fotodiode 8b als reflektierter zweiter Empfangsstrahl 30b umgelenkt wird. Auf diese Weise wird der gesamte abzutastende Winkelbereich 15 von 180° beim Umlaufen der drehbaren Einheit 13 erfasst.The receiving unit 2 receives from objects 24 in the angular range to be scanned 15 reflected light pulses. Depending on the current position of the rotating transmission mirror 6 and reception mirror 9 receives the receiving unit 3 a first receive beam 29a at the receiving mirror 9 towards the first photodiode 8a as a reflected first receive beam 30a is deflected, or a second receiving beam 29b at the receiving mirror 9 in the direction of the second photodiode 8b as a reflected second reception beam 30b is diverted. In this way, the entire angular range to be scanned 15 of 180 ° when rotating the rotatable unit 13 detected.

Die Winkellage des rechteckigen Strahlquerschnitts 19 zur Drehachse 4 bleibt über den gesamten Abtastbereich 15 konstant. Die ausgesendeten Lichtpulse besitzen allerdings in der Praxis eine Strahldivergenz, welche im Wesentlichen durch die Sendeoptik bestimmt ist, so dass sich der Strahlquerschnitt 19 mit zunehmender Entfernung von der Sensoreinrichtung 1 vergrößert oder verkleinert und entsprechend die Strahldichte sich verändert. Der Strahlquerschnitt 19, die Strahldivergenz und die Strahldichte der zurückgeworfenen Lichtpulse sind außerdem durch die Art der Licht-Objekt-Wechselwirkung am Ort der Objekterfassung bestimmt. Über die Empfangsoptik wird somit meistens nur ein Ausschnitt des gesamten zurückgeworfenen Lichts eingeblendet und ausgewertet werden, was jedoch für eine zuverlässige Objekterkennung in der Regel ausreicht.The angular position of the rectangular beam cross-section 19 to the axis of rotation 4 remains over the entire scanning range 15 constant. However, the emitted light pulses have in practice a beam divergence, which is essentially determined by the transmitting optics, so that the beam cross section 19 with increasing distance from the sensor device 1 increases or decreases and accordingly the radiance changes. The beam cross section 19 , the beam divergence and the beam density of the reflected light pulses are also determined by the nature of the light-object interaction at the location of the object detection. Thus, only a section of the total reflected light is usually displayed and evaluated via the receiving optics, which, however, is generally sufficient for reliable object recognition.

Die Sensoreinrichtung 1 verfügt gemäß 1 über eine Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 20, welche zur Steuerung der Sendeeinheit 2 und zur Auswertung der von der Empfangseinheit 3 empfangenen Informationen dient. Diese Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 20 ist, wie in 1 dargestellt, in dem Gehäuse 14 der Sensoreinrichtung 1 integriert. Es ist aber auch möglich, die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 20 außerhalb des Gehäuses 14 anzuordnen und diese über einsprechende Sensor-, Daten- und Steuerungsleitungen mit der Sensoreinrichtung 1 elektrisch zu verbinden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist vorgesehen, dass die Laserdioden 5a, 5b der Sendeeinheit 2 und der Antriebsmotor 11 mit der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 20 über Steuerungsleitungen 21a, 21b, 22 elektrisch verbunden sind. Die Fotodioden 8a, 8b der Empfangseinheit 3 stehen über Sensorleitungen 23a, 23b mit der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 20 in Verbindung. Mittels der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 20 können die Sendeeinheit 2 beziehungsweise die ausgesendeten Lichtpulse sowie der Antriebsmotor 11 gesteuert und eingestellt werden, sowie von der Empfangseinheit 3 erzeugte Signale von empfangenen Lichtpulsen ausgewertet werden.The sensor device 1 according to 1 via a control and evaluation device 20 , which for controlling the transmitting unit 2 and for the evaluation of the receiving unit 3 received information is used. This control and evaluation device 20 is how in 1 shown in the housing 14 the sensor device 1 integrated. But it is also possible, the control and evaluation 20 outside the case 14 to arrange and this over responsive sensor, data and control lines with the sensor device 1 electrically connect. In the embodiment according to 1 is provided that the laser diodes 5a . 5b the transmitting unit 2 and the drive motor 11 with the control and evaluation device 20 via control lines 21a . 21b . 22 are electrically connected. The photodiodes 8a . 8b the receiving unit 3 stand over sensor lines 23a . 23b with the control and evaluation device 20 in connection. By means of the control and evaluation device 20 can the transmitting unit 2 or the emitted light pulses and the drive motor 11 be controlled and adjusted, as well as from the receiving unit 3 generated signals are evaluated by received light pulses.

Außerdem kann in dem Gehäuse 14 eine hier nicht dargestellte optische Kamera mit einer eingangsseitigen Optik angeordnet und über eine Sendeleitung mit der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 20 verbunden sein, die zur Beobachtung des zur Objekterkennung abzutastenden Umgebungsbereichs 15 nutzbar ist.In addition, in the housing 14 a not shown here optical camera arranged with an input-side optics and a transmission line to the control and evaluation 20 be connected to observe the scanned for object detection environment area 15 is usable.

Die Funktionsweise der Sensoreinrichtung 1 ist wie folgt: Die Sendeeinheit 2 sendet Lichtpulse in den abzutastenden Winkelbereich 15 der Umgebung aus, wobei die beiden Laserdioden 5a, 5b in den ihnen zugehörigen Winkelabschnitten 18a, 18b betrieben werden. Die Umgebung wird durch die Rotation der drehbaren Einheit 13 in dem abzutastenden Winkelbereich 15 winkelaufgelöst gescannt, wobei der aktuelle Drehwinkel der drehbaren Einheit 13 über einen Motoransteuerungswert in der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 20 bekannt ist. Die Laserdioden 5a, 5b können dabei permanent im Pulsbetrieb aktiv sein, eine Aktivierung der jeweiligen Laserdiode 5a, 5b immer nur dann, wenn der betreffende Abschnitt 18a, 18b des Winkelbereichs 15 durch den Sendespiegel 6 gescannt wird, ist ebenfalls möglich und vorteilhaft.The operation of the sensor device 1 is as follows: The transmitting unit 2 sends light pulses into the angular range to be scanned 15 the environment, with the two laser diodes 5a . 5b in their associated angle sections 18a . 18b operate. The environment is created by the rotation of the rotatable unit 13 in the angular range to be scanned 15 scanned angle-resolved, where the current rotation angle of the rotatable unit 13 via a motor control value in the control and evaluation device 20 is known. The laser diodes 5a . 5b can be permanently active in pulse mode, an activation of the respective laser diode 5a . 5b only if the relevant section 18a . 18b the angle range 15 through the transmission mirror 6 scanned is also possible and advantageous.

Die von Objekten 24 in dem abgetasteten Umgebungsbereich 15 zurückgeworfenen Lichtpulse werden von dem Empfangsspiegel 9 auf die Fotodioden 8a, 8b gelenkt und von diesen detektiert. Die räumliche Lage und der Abstand der detektierten Objekte 24 werden in der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 20 nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren ermittelt. Das Lichtpulslaufzeitverfahren ist an sich bekannt und bedarf daher an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung.The objects 24 in the scanned surrounding area 15 reflected light pulses are from the receiving mirror 9 on the photodiodes 8a . 8b steered and detected by these. The spatial position and the distance of the detected objects 24 be in the control and evaluation 20 determined according to a light pulse transit time method. The light pulse transit time method is known per se and therefore needs no further explanation at this point.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Sensoreinrichtungsensor device
22: Sendeeinheittransmission unit
33: Empfangseinheitreceiver unit
44: Drehachseaxis of rotation
5a5a: Erste Laserdiode, erster SenderFirst laser diode, first transmitter
5b5b: Zweite Laserdiode, zweiter SenderSecond laser diode, second transmitter
66: Sendespiegeltransmitting mirror
77: Sendeebenetransmission level
8a8a: Erste Fotodiode, erster EmpfängerFirst photodiode, first receiver
8b8b: Zweite Fotodiode, zweiter EmpfängerSecond photodiode, second receiver
99: Empfangsspiegelreceiving mirror
1010: Empfangsebenereception plane
1111: Antriebsmotordrive motor
1212: Antriebswelledrive shaft
1313: Drehbare EinheitRotatable unit
1414: Gehäusecasing
1515: Zur Umgebungsabtastung genutzter WinkelbereichAngle range used for environmental scanning
16a16a: Erster SendestrahlFirst transmission beam
16b16b: Zweiter SendestrahlSecond transmission beam
17a17a: Reflektierter erster SendestrahlReflected first transmission beam
17b17b: Reflektierter zweiter SendestrahlReflected second transmission beam
18a18a: Erster Abschnitt des Winkelbereichs 15 First section of the angle range 15
18b18b: Zweiter Abschnitt des Winkelbereichs 15 Second section of the angle range 15
1919: StrahlquerschnittBeam cross section
2020: Steuerungs- und AuswerteeinrichtungControl and evaluation device
21a21a: Steuerungsleitungcontrol line
21b21b: Steuerungsleitungcontrol line
2222: Steuerungsleitungcontrol line
23a23a: Sensorleitungsensor line
23b23b: Sensorleitungsensor line
2424: Objekt, PersonenkraftwagenObject, passenger car
2525: Lastkraftwagen, NutzfahrzeugTrucks, commercial vehicles
2626: Zur Umgebungsabtastung nicht genutzter WinkelbereichUnused angular range for environmental scanning
2727: Totwinkel-BereichBlind Spot area
2828: FahrerunterstützungssystemDriver support system
29a29a: Erster EmpfangsstrahlFirst receive beam
29b29b: Zweiter EmpfangsstrahlSecond receive beam
30a30a: Reflektierter erster EmpfangsstrahlReflected first receive beam
30b30b: Reflektierter zweiter EmpfangsstrahlReflected second receive beam
3131: SpiegelwinkelstellungMirror angular position

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10143060 A1 [0005]
DE 102005055572 B4 [0007, 0007]
DE 10227299 A1 [0008]
DE 102015008310 A1 [0025]
DE 102015008310 [0025]

Claims

Sensor device ( 1 ) for acquiring environmental information, with a transmitting unit ( 2 ), a receiving unit ( 3 ) and a rotatable unit ( 13 ), one or more components ( 6 . 9 ) of the transmitting unit ( 2 ) and / or the receiving unit ( 3 ) on the rotatable unit ( 13 ) and one or more other components ( 5a . 5b . 8a . 8b ) of the transmitting unit ( 2 ) and / or the receiving unit ( 3 ) on a non-rotatable part ( 14 ) of the sensor device ( 1 ) are arranged, wherein the transmitting unit ( 2 ) Light pulses in one by means of the rotatable unit ( 13 ) to be scanned angular range ( 15 ) can emit the environment, wherein the light pulses a rectangular or rectangular-like beam cross-section ( 19 ), in which the receiving unit ( 3 ) of objects ( 24 ) in the angular range to be scanned ( 15 ) can receive back reflected light pulses, and in which the reflected light pulses by means of a control and evaluation device ( 20 ) can be evaluated by a light pulse transit time method in order to determine the spatial position and the distance of these objects ( 24 ) and to signal, characterized in that the rotatable unit ( 13 ) a transmission mirror ( 6 ) and a receiving mirror ( 9 ), which on a drive shaft ( 12 ) of a drive motor ( 11 ) coaxial with each other and rotationally synchronized via the drive motor ( 11 ), wherein the surface normal of the two mirrors ( 6 . 9 ) perpendicular to the axis of rotation ( 4 ) of the drive shaft ( 12 ) indicates that the transmitting unit ( 2 ) a first transmitter ( 5a ) and a second transmitter ( 5b ), which in one to the axis of rotation ( 4 ) of the drive shaft ( 12 ) vertically aligned transmission plane ( 7 ) on the non-rotatable part ( 14 ) of the sensor device ( 1 ) radially outside the rotatable unit ( 13 ) are arranged at an angular distance from each other, and that the receiving unit ( 3 ) a first receiver ( 8a ) and a second receiver ( 8b ), which in one to the axis of rotation ( 4 ) of the drive shaft ( 12 ) vertically oriented receiving plane ( 10 ) on the non-rotatable part ( 14 ) of the sensor device ( 1 ) radially outside the rotatable unit ( 13 ) at the angular positions of the respective associated transmitter ( 5a . 5b ) are arranged such that the beam cross-section ( 19 ) of transmitted and received light pulses in the entire angular range to be scanned ( 15 ) its angular position to the axis of rotation ( 4 ) unchanged, the first transmitters ( 5a ) and receiver ( 8a ) and the second transmitters ( 5b ) and receiver ( 8b ) in pairs, the first transmitter ( 5a ) is usable to transmit via the transmitting mirror ( 6 ) in a first section ( 18a ) of the angular range to be scanned ( 15 ) a first, circumferentially pivoted, pulsed transmit beam ( 16a . 17a ), the first recipient ( 8b ) is usable to pass over the receiving mirror ( 9 ) in the first section ( 18a ) of the angular range to be scanned ( 15 ) a first, of objects ( 24 ) reflected receive beam ( 29a . 30a ), the second transmitter ( 5b ) is usable to transmit via the transmitting mirror ( 6 ) in a second section ( 18b ) of the angular range to be scanned ( 15 ) a second, circumferentially pivoted, pulsed transmission beam ( 16b . 17b ), and in which the second receiver ( 8b ) is usable to pass over the receiving mirror ( 9 ) in the second section ( 18b ) of the angular range to be scanned ( 15 ) a second, of objects ( 24 ) reflected receive beam ( 29b . 30b ) to recieve.

Sensor device according to claim 1, characterized in that the angular range to be scanned is 0 ° to 180 °, and that with respect to the angular range to be scanned the first transmitter-receiver pair ( 5a . 8a ) at the angular position -20 ° and the second transmitter-receiver pair ( 5b . 8b ) is positioned at the angular position + 200 °.

Sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission mirror ( 6 ) and the receiving mirror ( 9 ) are formed on both sides reflective.

Sensor device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transmission mirror ( 6 ) and the receiving mirror ( 9 ) are integrally connected.

Sensor device according to one of claims 1 to 4, characterized in that this in a driver assistance system of a commercial vehicle ( 25 ) or connected to it via at least one control line and at least one data line.

Sensor device according to one of claims 1 to 5, characterized in that this for detecting and monitoring a blind spot area ( 27 ) of a commercial vehicle ( 25 ), wherein the angular range to be scanned is 90 ° to 270 °.

Vehicle, such as commercial vehicle or passenger car, with a sensor device ( 1 ) for acquiring environmental information constructed in accordance with one of the device claims.