DE3315288A1

DE3315288A1 - Optische radaranlage

Info

Publication number: DE3315288A1
Application number: DE19833315288
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yokosuka Kanagawa Endo
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-06-02
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1983-12-08
Also published as: JPS58211677A; US4634272A

Description

Optische Radaranlage Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Radaranlage. Mit einer solchen Anlage werden die jeweiligen Abstände der Anlage von erfaßten Gegenständen und IQ die zugehörigen Richtungen bezüglich der Anlage festgestellt.

Eine herkömmliche optische Radaranlage, die man vorne an einem Kraftfahrzeug anbringen kann, enthält einen Lichtsender, einen Lichtempfänger und eine Signalverarbeitungseinheit. Der Sender strahlt einen von einem Halbleiterlaser erzeugten Suchimpuls kohärenten Lichts in Form eines Strahlenbündels aus, welches bezüglich des zu erfassenden Gegenstands einen geeigneten Streuwinkel aufweist. Der Lichtempfänger sammelt die von dem Gegenstand reflektierten Lichtimpulse mittels einer Linse, eliminiert die Hintergrundstörungen aus den gesammelten Lichtimpulsen mittels eines Interferenzfilters und fokussiert das gefilterte Licht auf einen einzelnen fotoelektrischen Wandler. Das von dem fotoelektrischen Wandler erhaltene Impulssignal wird in der Verarbeitungseinheit durch einen Breitbandverstärker auf eine geeignete Amplitude verstärkt. Eine in der Verarbeitungseinheit enthaltene Recheneinheit bestimmt die Entfernung zwischen der Radaranlage und dem Gegenstand nach Maßgabe der Zeitverzögerung zwischen der Ankunft des reflektierten Impulses und dem Auftreten eines Treibersignals, welches den Sendeimpuls des kohärenten Lichts triggert.

Bei dieser herkömmlichen Radaranlage ist die Lichtempfangsfläche des lichtempfindlichen Elements jedoch sehr

klein, so daß der Bereich, in welchem reflektierte Impulse "erfaßt werden können, vor dem Lichtempfänger sehr stark beschränkt ist. Wenn z.B. vor dem mit einer solchen optischen Radaranlage ausgestatteten Kraftfahrzeug ein anderes Kraftfahrzeug entlang der Strahlenachse des Sendeimpulses fährt, so läßt sich der Abstand zwischen dem vorausfahrenden und dem nachfolgenden Fahrzeug errechnen. 2Q Wenn das vorausfahrende Fahrzeug jedoch den empfindlichen Bereich aufgrund einer Kurve oder einer Steigung verläßt, so gibt die Radaranlage Information aus, als wäre kein vorausfahrendes Fahrzeug vorhanden. Die bekannte Anlage ist also insoweit verbesserungsbedürftig.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, eine optische Radaranlage zu schaffen, die einen im Vergleich zum Stand der Technik vergrößerten Erfassungsbereich aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Radaranlage enthält also einen Lichtempfänger, der seinerseits mehrere in Form eines Feldes angeordnete fotoelektrische Elemente aufweist. Die Abstandsmeßvorrichtung bestimmt die jeweiligen Abstände zwischen .Radaranlage und Gegenständen in verschiedenen Richtungen zwischen Radaranlage und den Gegenständen, um Gegenstände zu erkennen und mögliche Hindernisse zu umgehen, die sich in Fahrtrichtung gesehen vor dem Fahrzeug befinden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Skizze einer bevorzugten Ausführungsform

einer erfindungsgemäßen optischen Radaranlage,

Fig. 2 eine anschauliche Darstellung, einer Anordnung aus in Form eines Feldes angeordneten fotoempfindlichen Elementen und einer Linse, durch die sich bestimmte Erfassungszonen ergeben,

Fig. 3 eine Skizze, die die geometrischen Verhältnisse veranschaulicht, die beim Erfassen von Gegenständen vorliegen, welche bezüglich der Achse der Radaranlage unterschiedliche Richtungen auf

weisen,

Fig. 4 ein Impulsdiagramm, welches die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Radaranlage veranschaulicht, und

Fig. 5 und 6 schematische Darstellungen von verschiedenen Anordnungen fotoempfindlicher Elemente.

Die in Fig. 1 dargestellte Radaranlage enthält einen Lichtsender 21, einen Lichtempfänger 22 und eine Signalverarbeitungseinheit 23. Der Lichtsender 21 enthält ein lichtemittierendes Element 24, welches an einem Ende eines Gehäuses 21a angeordnet i£t. Das lichtemittierende Element 24 wird durch ein von einem Impulsgeber 29 der Signalverarbeitungseinheit 23 abgegebenes Treibersignal F aktiviert, um einen Suchimpuls Lt kohärenten Lichts zu erzeugen. Das Gehäuse 21a lagert außerdem eine konvexe Sammellinse 25, die bezüglich des lichtemittierenden EIe-. ments 24 eine feste räumliche Lage einnimmt. Durch die Linse 25 wird der Suchimpuls Lt in Form eines Strahlenbündels kohärenten Lichts unter einem Streuwinkel Qt in Richtung auf die zu erfassenden Gegenstände gesendet. Bei dem lichtemittierenden Element 24 kann es sich um einen Halbleiterlaser handeln.

Der Lichtempfänger 22 sammelt denjenigen Teil Lr des

Suchimpulses Lt, der von den Gegenständen reflektiert wurde, mittels einer in einem Gehäuse 22a angeordneten konvexen Linse 27, entfernt störendes Hintergrundlicht unter Verwendung eines hinter der Linse 27 befindlichen Interferenzfilters 28 und fokussiert das gefilterte Licht auf eine an einem Ende des Gehäuses 22a befindliche fotoelektrische Wandleranordnung 26. Die fotoempfindliche Oberfläche der Wandleranordnung 26 besteht aus drei unabhängigen Bereichen 26a, 26b und 26c, die in der durch die optische Achse der Linse 27 verlaufenden horizontalen Ebene ausgerichtet sind. Die Flächen 26a, 26b und 26c sind rechteckig und haben die gleiche Größe.

Der Bereich 9r, in dem die fotoelektrische Wandleranordnung 26 reflektiertes Licht fühlen kann, entspricht der Summe der Unterbereiche 9a, 9b und 9c der Flächen 26a, 26b bzw. 26c, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Wenn der Abstand zwischen einem Gegenstand 40 und der Linse 27 R beträgt, die Brennweite f beträgt und der Abstand zwischen der Linse 27 und der fotoelektrischen Wandleranordnung 26 Jt beträgt, gilt folgende Formel:

Da R viel größer als f ist, sind Z und f etwa gleich

groß. Somit wird das reflektierte Licht Lr auf die fotoelektrische Wandleranordnung 26 fokussiert.

Wenn die Abmessungen jeder der rechteckigen Lichtempfangsflächen 26a, 26b und 26c in der Länge m und in der Breite η betragen, so ergeben sich die jeweiligen Erfassung sfeldwinkel 9a, 9b und 9c sowie der Höhenwinkel 9v des Erfassungsfeldes wie folgt:

9a = 0b = 8c = 2 arctg ~ (2)

Gv= 2 arctg -~j (3)

Die Signalverarbeitungseinheit 23 bestimmt die jeweiligen Abstände zwischen der Radaranlage und den in den den Wandlern 26a, 26b und 26c entsprechenden Erfassungsfel-

jQ derη liegenden Gegenständen auf der Grundlage der von den Wandlern 26a, 26b und 26c erzeugten elektrischen Signale G, H bzw. I, Die Verarbeitungseinheit enthält Vorverstärker 32, 33 und 34, die die elektrischen Signale G, H bzw. I verstärken, eine Steuereinheit 31, die ansprechend auf 5 die synchron mit den Impulsen des Treibersignals F von dem Impulsgeber 29 gelieferten Impulsen eines Triggersignals K Gattersignale L, M und N in einer festen zeitlichen Abfolge erzeugt, Gatter 35, 36 und 37, die von den Gattersignalen L, M bzw. N geöffnet werden, einen Breitbandverstärker 30, der die Signale G, H und I, die von den Vorverstärkern 32, 33 und 34 ausgegeben werden, verstärkt und formt, und eine Recheneinheit 38, die die jeweiligen Abstände zwischen der Radaranlage und den Gegenständen nach Maßgabe der zeitlichen Lage des Ausgangssignals J des Breitbandverstärkers 30 und des Triggersignals K bestimmt und für jedes Erfassungsfeld, in welchem ein Gegenstand vorhanden ist, Abstandsdaten P ausgibt.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen optischen Radaranlage soll anhand von Fig. 3 erläutert werden, in der zur Veranschaulichung drei Gegenstände dargestellt sind. Gemäß Darstellung sind vorne an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs in der Mitte der Lichtsender 21 und der Lichtempfänger 22 montiert. Der Streuwinkel 6t des von dem Lichtsender 21 abgegebenen Suchstrahls Lt, der dem Erfassungs-Winkelbereich 9r des Lichtempfängers 22

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gleicht, wird so gewählt, daß etwa die Breite der Fahrbahn {also etwa 3,5 m) erfaßt wird, wenn ein ausreichender Fahrzeugabstand (z.B. 50 m) gehalten wird. Die fotoempfindlichen Elemente 26a, 26b und 26c sind so eingestellt, daß bezüglich der Achse der Anlage von vorne links, vorne Mitte und vorne rechts kommendes reflektiertes Licht erfaßt werden kann.

'Wenn der Impulsgeber 29 ein Treibersignal mit der Periodendauer Tp und der Impulsbreite Tw (s. Fig. 4d) abgibt, so wird ein Such-Lichtimpuls mit der Wellenlänge λ. und der Impulsbreite Tw gesendet. Wenn vor der Radaranlage innerhalb der Erfassungsfelder 9a, Bb und öc bewegte Gegenstände, z.B. Motorräder 42, 43 bzw. 44 mit jeweiligen Abständen Ra, Rb bzw. Rc vorhanden sind, werden von den Motorrädern Lichtimpulse Lra, Lrb bzw. Lrc reflektiert und zu dem Fotoempfänger 22 zurückgegeben. Die Impulse erreichen den Empfänger 22 mit einer Zeitverzögerung ta, Tb bzw. Tc bezüglich des Zeitpunkts der Aussendung des Suchlichts Lt, wie in den Fig. 4(d), (f) bzw. (h) dargestellt ist. Die reflektierten Lichtimpulse Lrä, Lrb und Lrc, die von dem Empfänger 22 empfangen werden, werden von der Linse .27 auf die fotoelektrischen Elemente 26a, 26b bzw. 26c fokussiert, welche für die reflektierten Lichtimpulse Lra, Lrb und Lrc kennzeichnende Ausgangssignale G, H bzw. I an die Signalverarbeitungseinheit 23 geben. Die Signale G, H und I werden von den Vorverstärkern 32, 33 bzw. 34 um 20 bis 30 dB verstärkt und auf die Gatter 35, 36 bzw. 37 gegeben.

Die Gatter 35, 36 und 37 empfangen gemäß Fig. (J)/ (k) und (1) Gattersignale L, M und N, die ansprechend auf das Triggersignal K (s. Fig. 4(a)) synchron mit dem Treibersignal F von der Steuereinheit 31 erzeugt werden und nacheinander einen hohen Pegel annehmen, so daß die

Signale G, H und I jeweils durch ein entsprechendes ' Gatter laufen. Die Ausgangsanschlüsse der Gatter 35, 36 ι- und 37 sind so verschaltet, daß die aufeinanderfolgenden, durch die Gatter hindurchgelassenen Impulse G, H und I zur Bildung eines seriellen Signals aneinandergefügt werden, wie es in Fig. 4(m) gezeigt ist. Der Breitbandverstärker 30 verstärkt und formt die seriellen Sig-

,_n nalimpulse zu einem Zeitsteuersignal J, das die in Fig. 4(n) gezeigte Form hat und an die Recheneinheit 38 gegeben wird. Die Recheneinheit 38 bestimmt die Abstände Ra, Rb und Rc der jeweiligen Gegenstände 42, 43 bzw. 44 auf der Grundlage der zugehörigen Zeitverzögerungsinteryalleia, Tb bzw. "te der Zeitsteuerimpulse des Signals J bezüglich der entsprechenden Impulse des Triggersignals K und gibt Abstandsdaten D für jedes der Erfassungsfelder aus, in dem ein Gegenstand vorhanden ist. Wie oben ausgeführt ist, läßt sich eine mögliche Bewegung der

2Q Gegenstände durch Überwachen der Abstandänderungen der Gegenstände in den links, in der Mitte und rechts gelegenen Erfassungsfeldern bezüglich der Achse des Fahrzeugs 41 vorhersagen. Man nehme z.B. an, daß ein erstes Fahrzeug innerhalb des mittleren Erfassungsfeldes erfaßt werde, so daß das fotoelektrische Element 26b als erstes ein Signal abgibt, und daß dann das fotoelektrische Element 26c ein Signal abgebe, um anschließend mit der Abgabe des Signals aufzuhören. Dies bedeutet, daß das erfaßte Fahrzeug in eine bezüglich der Fig. 3 dargestell-

QQ ten Richtung rechtsgekrümmte Kurve eingefahren ist.

Während bei der oben beschriebenen Ausführungsform mehrere fotoelektrische Wandler quer in einer einzigen Reihe angeordnet sind, können die fotoelektrischen Wandler alternativ auch vertikal in einer einzigen Reihe angeordnet werden, wie es durch die in Fig. 5 dargestellten Wandler 26a, 26b und 26c angedeutet ist. Außerdem kann

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gemäß Fig. 6 eine Matrixanordnung vorgesehen sein, die 'die Wandlerelemente 26a1 , 26a2, 26a3; 26b1, 26b2, 26b3; 5 und 26c1, 26c2, 26c3 enthält.

Eine Erhöhung der Anzahl der fotoelektrischen Elemente würde es ermöglichen, Größe und Form der Gegenstände zu erfassen.

Ein solches optisches System kann für gleiche und ähnliche Zwecke an Flugzeugen installiert werden.

Claims

Patentansprüche

1.J Optische Radaranlage, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) ein Lichtsender (21) gibt ansprechend auf ein Treibersignal (F) einen Such-Lichtimpuls in einen Erfassungsbereich, der in bezug auf die Anlage vorbestimmte Abmessungen und Orientierung aufweist,

b) ein Lichtempfänger (22) enthält eine Einrichtung (27) zum Sammeln desjenigen Anteils des Such-Lichtimpulses, der von in dem Erfassungsbereich befindlichen Gegenständen reflektiert wird, und er enthält mehrere in Form eines Feldes angeordnete fotoelektrische Elemente (26a, 26b, ...), die das reflektierte, gesammelte Licht empfangen, und

c) eine Abstandsmeßvorrichtung (23) bestimmt den Abstand zwischen der Anlage und jedem im Erfassungsbereich befindlichen Gegenstand auf der Grundlage der Differenz zwischen einem auf die Erzeugung des Treibersignals bezogenen Zeitpunkt und einem auf den Empfang des von einem jeweiligen Gegenstand reflektierten, gesammelten Suchlichts bezogenen Zeitpunkt.

2. Radaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßvorrichtung (23) eine Einrichtung (30, 31, 38) aufweist, rait der der Abstand zwischen der Anlage und jedem Gegenstand jeweils nacheinander bestimmt wird.

3. Radaranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gejQ kennzeichnet, daß die in Form eines Feldes angeordneten fotoelektrischen Elemente (26a, 26b, ...) horizontal in einer einzigen Reihe ausgerichtet sind.

4. Radaranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-

5 kennzeichnet, daß die in Form eines Feldes angeordneten fotoelektrischen Elemente vertikal ausgerichtet sind.

5. Radaranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Form eines Feldes angeordneten fotoelektrischen Elemente in Form einer Matrix angeordnet sind.

6. Optische Radaranlage, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) ein Lichtsender spricht auf die Impulse eines Treibersignals an und sendet entsprechende Lichtimpulse aus,

b) eine Vorrichtung (21, 25) lenkt jeden Impuls so, daß ein vorbestimmter Erfassungsbereich abgedeckt wird,

c) mehrere fotoempfindliche Elemente, die jeweils auf einfallende Lichtimpulse ansprechen, erzeugen Sensorimpulse ,

d) eine Vorrichtung (22, 27) fokussiert Licht der abgegebenen Lichtimpulse, welches von in dem Erfassungs-

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bereich befindlichen Gegenständen reflektiert wird, auf die fotoempfindlichen Elemente, so daß der Erfassungsbereich in mehrere Erfassungsfelder unterteilt wird, wobei das reflektierte Licht aus jedem der Felder exakt auf eines der fotoempfindlichen Elemente fokussiert wird, und

2Q e) eine Verarbeitungseinheit (23) spricht auf das Treibersignal und die Sensorsignale an, um zu bestimmen, ob in jedem der Felder des Erfassungsbereichs lichtreflektierende Gegenstände vorhanden sind oder nicht.

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7. Radaranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit außerdem den Abstand zu erfaßten Gegenständen auf der Grundlage der Zeitverzögerung zwischen Impulsen des Treibersignals und entsprechenden Sensorimpulsen bestimmt.