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Title:
DISTANCE MEASUREMENT UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/096584
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a distance measurement unit (1) for a signal propagation time-based measurement of a distance from an object (3) located in a sensing field (4), the unit comprising an emitter unit (20) having a plurality of emitters (21) for emitting pulses (6) and a receiver unit (30) for receiving echo pulses (7). The distance measurement unit (1) is configured for measurement such that the echo pulses (7) are associated with the different solid angle segments (5) and at least two of the emitters (21) emit pulses into at least some of the solid angle segments (5).

Inventors:
NAUEN ANDRE (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/079800
Publication Date:
May 23, 2019
Filing Date:
October 31, 2018
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM GMBH (DE)
International Classes:
G01S17/42; G01S7/48; G01S7/481; G01S7/484; G01S7/4863; G01S17/10; G01S17/86; G01S17/931
Domestic Patent References:
WO2017040066A12017-03-09
Foreign References:
DE102016200067A12016-07-07
Other References:
None
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Abstandsmesseinheit (1) zur signallaufzeitbasierten Messung eines Abstands zu einem in einem Erfassungs feld (4) befindlichen Objekt (3), mit

einer Emittereinheit (20) mit einer Mehrzahl jeweils zur Emission von Pulsen (6) in Form elektromagneti scher Strahlung ausgelegten Emittern (21),

einer Empfängereinheit (30) zum Empfangen der elekt romagnetischen Strahlung nach einer abstandsabhängi gen Laufzeit, also zum Empfangen von Echopulsen (7), wobei die Abstandsmesseinheit (1) für ein Messen derart eingerichtet ist, dass Echopulse (7), die aus unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten (5) empfangen werden, in welche Raumwinkelsegmente (5) das Erfas sungsfeld (4) segmentiert ist, einem jeweiligen der Raumwinkelsegmente (5) zugeordnet werden,

und wobei ferner die Abstandsmesseinheit (1) derart eingerichtet ist, dass in zumindest einige der Raum winkelsegmente (5) jeweils mindestens zwei der Emit ter (21) emittieren.

2. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Empfängereinheit (30) raumwinkelauflösend ist, also in einem Zeitpunkt aus unterschiedlichen Raum- winkelsegmenten (5) einfallende Echopulse (7) den

Raumwinkelsegmenten zuordenbar macht.

3. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 2, bei welcher die raumwinkelauflösende Empfängereinheit (30) eine Optik (31) und einen Flächensensor (34) mit einer sensitiven Sensorfläche (33) zum ortsaufgelösten Empfangen aufweist, wobei über die Optik (31) jedem der Raumwinkelsegmente (5) ein eigener Bereich der Sensorfläche (33) zugeordnet ist, sodass mit den Echopulsen (7) aus den unterschiedlichen Raumwin- kelsegmenten (5) einfallende elektromagnetische

Strahlung auf unterschiedliche Bereiche der Sensor fläche (33) geführt wird.

4. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher zumindest einer der Emitter (21) in das ge samte Erfassungsfeld (4) emittiert, also einen je weiligen Puls (6) gleichzeitig in alle Raumwin kelsegmente (5) emittiert. 5. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher zumindest einer der Emitter (21) in eine Mehrzahl Raumwinkelsegmente (5) gleichzeitig emittiert, also einen jeweiligen Puls (6) gleichzei tig in die Mehrzahl Raumwinkelsegmente (5) emit- tiert, dabei aber nur in einen Teil des gesamten Er fassungsfelds (4).

6. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb der Emittereinheit (20) derart eingerichtet ist, dass die Pulse (6) se quenziell in die einzelnen Raumwinkelsegmente (5) emittiert werden.

7. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 6, bei welcher die Empfängereinheit (30) einen Sensor mit einer sensitiven Sensorfläche aufweist, wobei der Sensor fläche das gesamte Erfassungsfeld (4) zugeordnet ist und die auf die Sensorfläche fallende elektromagne tische Strahlung integral erfasst wird.

8. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb der Emittereinheit

(20) derart eingerichtet ist, dass in die zumindest einigen Raumwinkelsegmente (5) , in die jeweils min destens zwei der Emitter (21) emittieren, je Raum winkelsegment (5) die jeweiligen mindestens zwei Emitter (21) relativ zueinander ihre Pulse (6) zu mindest zeitweilig sequenziell emittieren.

9. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 8, bei welcher die zumindest zeitweilig sequenziell emittierten Pulse (6) eine Codierung tragen.

10. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher die Emittereinheit (20) für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass bei den jeweiligen mindestens zwei Emittern (21), die relativ zueinan der ihre Pulse (6) zumindest zeitweilig sequenziell emittieren, eine Pausendauer (50) zwischen zwei di rekt aufeinanderfolgenden Pulsen bei höchstens 10 ps liegt .

11. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass die jeweiligen mindestens zwei Emitter (21), die relativ zueinander ihre Pulse (6) zumin- dest zeitweilig sequenziell emittieren, in einem ersten Betriebsmodus ihre Pulse (6) sequenziell emittieren und in einem zweiten Betriebsmodus ihre Pulse (6) gleichzeitig emittieren.

12. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass zumindest einer der Emitter (21) seine Pulse (6) im Zeitverlauf mit einer unterschiedlichen Leistung emittiert, wobei die Leistung vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Klassifizierung des Ob- jekts (3) angepasst ist

13. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 12, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass zumin dest einer der Emitter (21) seine Pulse bei einem erstem Abstand di zu dem Objekt (3) mit einer ersten

Leistung Pi emittiert und bei einem zweiten Abstand d2 zu dem Objekt (3) mit einer zweiten Leistung P2 emittiert, wobei di < d2 und Pi < P2 ist. 14. Verfahren zum Betreiben einer Abstandsmesseinheit

(1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei wel chem ein Abstand zu einem Objekt (3) signallaufzeit basiert gemessen wird, wozu die Emitter (21) ihre jeweiligen Pulse (6) emittieren und mit der Empfän- gereinheit (30) die abstandsabhängige Laufzeit ge messen wird, wobei in zumindest einige der Raumwin kelsegmente (5) jeweils mindestens zwei der Emitter (21) emittieren. 15. Verwendung einer Abstandsmesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem Kraftfahrzeug, ins besondere gemäß einem Verfahren nach Anspruch 14.

Description:
ABSTANDSMESSEINHEIT

BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmessein heit zur signallaufzeitbasierten Abstandsmessung.

Stand der Technik Die in Rede stehende Abstandsmessung beruht auf einer Laufzeitmessung ausgesandter elektromagnetischer Pulse. Treffen diese auf ein Objekt, so wird an dessen Oberflä che der Puls anteilig zurück zu der Abstandsmesseinheit reflektiert und kann als Echopuls mit einem geeigneten Sensor aufgezeichnet werden. Erfolgt die Aussendung des Pulses zu einem Zeitpunkt to und wird das Echopuls zu ei nem späteren Zeitpunkt ti erfasst, kann der Abstand d zu der reflektierenden Oberfläche des Objekts über die Lauf zeit AtA = ti - to nach d = At A c/2 Gig. 1 bestimmt werden. Da es sich um elektromagnetische Pulse handelt, ist c der Wert der Lichtgeschwindigkeit.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Abstandsmesseinheit anzugeben. Dies wird erfindungsgemäß mit einer Abstandsmesseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Gegenstand ist eine Abstandsmes seinheit, deren Erfassungsfeld in eine Mehrzahl Raumwin kelsegmente segmentiert, also unterteilt ist. Dabei er- laubt die Abstandsmesseinheit eine Zuordnung der empfan genen Echopulse zu einem Raumwinkelsegment, es kann bspw. die Empfängereinheit raumwinkelauflösend sein (die Raum winkelauflösung kann sich aber auch emitterseitig erge ben, siehe unten im Detail) . Bei der erfindungsgemäßen Abstandsmesseinheit ist die Emittereinheit mit mehreren Emittern zur Emission der Pulse ausgestattet, wobei in zumindest einige der Raumwinkelsegmente jeweils mindes tens zwei der Emitter emittieren.

Mit der Unterteilung der Raumwinkelsegmente ist eine ge- wisse Auflösung bzw. Pixelierung empfängerseitig vorgege ben, jedes Raumwinkelsegment kann als ein „Empfängerpi xel" betrachtet werden. Die Emitter der Emittereinheit sind nun derart vorgesehen, dass den bzw. zumindest eini gen Empfängerpixein jeweils mehr als ein Emitter zugeord- net ist. Jedenfalls im Zeitverlauf (bevorzugt ist ein se quenzielles Pulsen, siehe unten) emittiert also in ein jeweiliges Raumwinkelsegment nicht nur ein Emitter, son dern mindestens ein weiterer Emitter. In bzw. aus dem fraglichen Raumwinkelsegment werden somit Echopulse emp- fangen, die auf unterschiedliche Emitter zurückgehen, was das Signal/Rauschverhältnis (Signal to Noise Ratio, SNR) , auch „Störabstand" genannt, verbessern helfen kann. Dazu können bspw. nacheinander empfangene Echopulse im Zuge einer Signalmittelung zusammengeführt werden. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängi gen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwi schen der Abstandsmesseinheit und entsprechender Be triebsverfahren bzw. Verwendungen unterschieden wird; je denfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämt- licher Anspruchskategorien zu lesen.

Im Kontext der abhängigen Ansprüche werden die Varianten „raumwinkelauflösende Empfängereinheit" und „raumwinkel selektiver Betrieb" noch im Einzelnen diskutiert. Vorab, zur Einordnung: Eine raumwinkelauflösende Empfängerein- heit kann Echopulse zuordnen, die im selben Zeitpunkt aus unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten eintreffen. Dies kann bspw. durch Kombination eines ortsauflösenden Flä chensensors (z. B. einem CCD-Array) mit einer vorgelager ten Optik erreicht werden, die aus den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten einfallende Strahlung auf unter schiedliche Bereiche der ortsauflösenden Sensorfläche führt .

Bei dem „raumwinkelselektiven Betrieb" ist hingegen die Emittereinheit raumwinkelselektiv, erlaubt sie also ein selektives Pulsen in die einzelnen Raumwinkelsegmente. In einem sequenziellen Betrieb kann bspw. nacheinander in jedes der Raumwinkelsegmente ein Puls emittiert werden, wobei es zwischen den einzelnen Segmenten immer eine ge wisse Pausendauer gibt, in welcher die Empfängereinheit bildlich gesprochen „lauscht". Bei dieser Variante kann auch eine integral, ohne Ortsauflösung messende Empfänge reinheit vorgesehen sein, etwa eine einfache Fotodiode. Die beiden Varianten können auch kombiniert werden, so- dass bspw. das Erfassungsfeld in einer Richtung über eine raumwinkelauflösende Empfängereinheit segmentiert ist und in einer anderen Richtung (typischerweise senkrecht dazu) durch ein entsprechendes Abrastern (sequenzielles Pul sen) . Der Erfindungsgedanke lässt sich mit beiden Varian ten umsetzen (alternativ zueinander oder auch in Kombina tion) . Das Erfassungsfeld, auch als „Sichtbereich" (Field of View, FoV) bezeichnet, ist in die Raumwinkelsegmente un tergliedert, diese füllen also miteinander das gesamte Sichtfeld aus. Zueinander sind die Raumwinkelsegmente je denfalls weitgehend disjunkt; nächstbenachbarte Raumwin- kelsegmente können einen Überlapp haben, der sich dann bspw. auf nicht mehr als die halbe Weite der jeweiligen Raumwinkelsegmente bemessen kann (nicht mehr als ein hal bes „Pixel" ausmacht) . Bevorzugt sind sämtliche Raumwin kelsegmente zueinander disjunkt, wobei es dazwischen Zwi- schenräume geben kann oder die Raumwinkelsegmente auch direkt aneinander grenzen können. Im Falle der bevorzug ten Automobilanwendungen kann sich das Erfassungsfeld in horizontaler Richtung beispielweise über einen größeren Winkelbereich erstrecken und/oder kann es feiner unter- teilt sein als in vertikaler Richtung, was aber im Allge meinen nicht zwingend ist. Das Erfassungsfeld kann bspw. durch einen horizontalen und einen vertikalen Vollwinkel beschrieben werden (vgl. das Ausführungsbeispiel zur Il lustration) , wobei dann mit der Segmentierung in der Re- gel zumindest der horizontale, bevorzugt auch der verti kale Winkel entsprechend untergliedert ist.

Jeder der Emitter ist zur gepulsten Emission von elektro magnetischer Strahlung ausgelegt. Bevorzugt ist Strahlung im Infrarotbereich, also Wellenlängen von bspw. mindes- tens 600 nm, 650 nm, 700 nm, 750 nm, 800 nm bzw. 850 nm (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Be- sonders bevorzugt können bspw. rund 905 nm sein, wobei insofern vorteilhafte Obergrenzen bei höchstens 1100 nm, 1050 nm, 1000 nm bzw. 950 nm liegen können (in der Rei henfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Ein weiterer bevorzugter Wert kann bspw. bei rund 1064 nm liegen, was vorteilhafte Untergrenzen von mindestens 850 nm, 900 nm, 950 nm bzw. 1000 nm ergibt und (davon unabhängige) vor teilhafte Obergrenzen von höchstens 1600 nm, 1500 nm, 1400 nm, 1300 nm, 1200 nm bzw. 1150 nm (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Bevorzugte Werte können auch bei rund 1548 nm bzw. 1550 nm liegen, was vorteilhafte Untergrenzen von mindestens 1350 nm, 1400 nm, 1450 nm bzw. 1500 nm ergibt und (davon unabhän gige) vorteilhafte Obergrenzen von höchstens 2000 nm, 1900 nm, 1800 nm, 1700 nm, 1650 nm bzw. 1600 nm (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Im Allgemeinen sind aber bspw. auch Wellenlänge im Fernen IR denkbar, bspw. bei 5600 nm bzw. 8100 nm.

Soweit ein bestimmter Betrieb beschrieben wird, meint dies bezogen auf die Abstandsmesseinheit an sich, dass deren Steuereinheit entsprechend eingerichtet ist. Wenn gleich im Allgemeinen auch eine analoge Umsetzung denkbar scheint, wird die Steuereinheit in der Regel eine ent sprechend programmierte Digitaleinheit aufweisen. Diese kann dann Treiber zum Betreiben der Strahlungsquellen an steuern. Die Steuereinheit kann optional auch weiterge hend integriert sein, also auch eine Auswerteeinheit um fassen, welche die mit der Sensoreinheit erfassten Echo pulse auswertet (dies ist aber nicht zwingend, die Aus- wertung kann bspw. auch mit einer gesonderten Rechnerein- heit erfolgen, etwa dem Bordcomputer im Falle des Kraft fahrzeugs, oder über eine Cloud-Anbindung) .

Ein Puls ist eine zeitlich begrenzte Größe, die emittiert wird, um dann im Falle einer Reflexion an dem Objekt von einem Sensor der Abstandsmesseinheit zeitlich versetzt erfasst zu werden. Eine nach der Halbwertsbreite (FWHM) genommene Pulsbreite kann bspw. bei höchstens 1 ms lie gen, bevorzugt noch deutlich kleiner sein, nämlich bei in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 800 ps, 600 ps, 400 ps bzw. 200 ps liegen, oder auch noch kleiner sein, nämlich bei höchstens 1000 ns, 900 ns, 800 ns, 700 ns, 600 ns, 500 ns, 400 ns, 300 ns, 200 ns, 100 ns, 80 ns, 60 ns, 40 ns, 30 ns, 25 ns, 20 ns, 15 ns, 10 ns, 5 ns bzw. 2 ns liegen (in der Reihenfolge der Nen nung zunehmend bevorzugt) . Im Prinzip kann ein möglichst kurzer Puls bevorzugt sein, technisch bedingt können Un tergrenzen bspw. bei mindestens 0,001 ns, 0,01 ns bzw. 0,1 ns liegen .

Die Emittereinheit weist eine Mehrzahl Emitter auf, also mindestens zwei, in der Regel aber deutlich mehr, bspw. mindestens 6, 9, 16, 20, 25, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 bzw. 500 Emitter. Mögliche Ober grenzen können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 10000, 8000, 6000, 5000, 4000, 3000, 2000 bzw. 1000 Emit tern liegen. Die Emitter haben jeweils eine eigene Emis sionsfläche zur Strahlungsemission. Sie sind jedenfalls von ihrem Aufbau her prinzipiell unabhängig voneinander betreibbar, in der Emittereinheit können sie aber bspw. auch bereits zu (vordefinierten) Gruppen verschaltet sein . Die Emitter sind bevorzugt Laserquellen. Sind die Emitter bereits chipseitig integriert, etwa als sogenanntes VCSEL-Array ausgeführt (siehe unten im Detail) , können die Emitter bspw. auch bereits durch eine entsprechende Verdrahtung auf dem Chip (gruppenweise) zusammengefasst sein. Bevorzugt ist indes eine Emittereinheit, deren Emitter gänzlich unabhängig voneinander betreibbar sind, wobei ein etwaiges Zusammenfassen im Betrieb über eine entsprechende Ansteuerung erreicht wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Empfänge reinheit raumwinkelauflösend . Im Unterschied zu einer in tegralen Messung (winkelselektiver Betrieb) , bei welcher sich die Zuordnung der Echopulse aus dem Abrastern ergibt, kann die raumwinkelauflösende Empfängereinheit auch im selben Zeitpunkt (zeitgleich) aus unterschiedli chen Raumwinkelsegmenten einfallende Echopulse zuordnen. Im Allgemeinen ließe sich dies bspw. auch mit mehreren, separaten Empfängern realisieren, die relativ zueinander verkippt in jeweils eines der Raumwinkelsegmente gerich- tet sein können. Es könnte bspw. je Raumwinkelsegment ei ne eigene Fotodiode vorgesehen sein, etwa in Verbindung mit einer jeweiligen Sammellinse, die eine eindeutige Zu ordnung zum jeweiligen Raumwinkelsegment schafft (die Sammellinse kann die Sensorfläche der Fotodiode ins Un- endliche abbilden, führt dann also umgekehrt die Strah lung in dem Raumwinkelsegment auf die Sensorfläche) .

In bevorzugter Ausgestaltung weist die raumwinkelauflö sende Empfängereinheit einen Flächensensor auf, bevorzugt ein CCD-Array oder CMOS-Array. Fällt auf die sensitive Sensorfläche des Flächensensors Strahlung, kann diese ortsaufgelöst gemessen werden. Es können also Bereiche der Sensorfläche mit Strahlungseinfall von Bereichen ohne Strahlungseinfall unterschieden werden, in der Regel las sen sich auch Intensitätsunterschiede auflösen („Graustu fen") . Unabhängig von der sensorseitigen Ausgestaltung im Einzelnen ist dann ferner eine Optik vorgesehen, die je des der Raumwinkelsegmente mit jeweils einem eigenen Be reich der Sensorfläche verknüpft. Die Optik setzt eine Raumwinkelverteilung (der Raumwinkelsegmente) in eine Ortsverteilung auf der Sensorfläche um, was abstrakt be trachtet einer Fourier-Transformation entspricht. Als Op tik ist bevorzugt eine Sammellinse vorgesehen, die bspw. auch aus mehreren Einzellinsen aufgebaut sein kann (die nacheinander durchstrahlt werden) . Bevorzugt ist eine An ordnung derart, dass die Sammellinse die Sensorfläche ins Unendliche abbildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform emittiert zumindest ein Emitter in das gesamte Erfassungsfeld, und zwar in sämtliche Raumwinkelsegmente gleichzeitig. Der Emitter wird also bspw. nicht hin- und herbewegt, um dann das ge samte Erfassungsfeld erst im zeitlichen Integral abzude cken; stattdessen ist die Emission so breitwinklig, dass der eine Puls gleichzeitig sämtliche Raumwinkelsegmente abdeckt. Die Raumwinkelauflösung bzw. Segment Zuordnung ergibt sich dann mit der raumwinkelauflösenden Empfänge reinheit. Zur Illustration, findet sich bspw. in der lin ken Hälfte des Erfassungsfelds ein Objekt und in der rechten Hälfte ein weiteres Objekt in gleichem Abstand, treffen die entsprechenden Echopulse gleichzeitig ein, erlaubt aber die raumwinkelauflösende Empfängereinheit dennoch eine Zuordnung zu den unterschiedlichen Raumwin kelsegmenten . Bei einer bevorzugten Ausführungsform emittiert zumindest einer der Emitter zwar in mehrere Raumwinkelsegmente gleichzeitig, dabei aber nicht in das gesamte Erfassungs feld, sondern nur in einen Teil davon. Bspw. in Kombina- tion mit einem anderen Emitter, der das gesamte Erfas sungsfeld ausfüllen kann (alle Raumwinkelsegmente gleich zeitig, siehe vorne) , kann dann mit dem nur einen Teil abdeckenden Emitter in dem Erfassungsfeld ein Ausschnitt definiert sein, in dem mit einem verbesserten Störabstand gemessen wird bzw. werden kann. Wo im Erfassungsfeld die ser Ausschnitt liegt, kann sich im Einzelnen auch nach der Anwendung richten, etwa im Falle der Kfz-Applikation mittig auf der Fahrbahn und/oder seitlich am Fahrbahnrand (zur möglichst genauen Auflösung von bspw. Fußgängern etc . ) .

Ein entsprechender Ausschnitt muss dann auch nicht not wendigerweise dauerhaft durch eine Mehrfachemission der unterschiedlichen Emitter vermessen werden, dies kann beispielweise nur in einem bestimmten Betriebsmodus „er- höhtes SNR" erfolgen. Wird bspw. ein Objekt in dem frag lichen Ausschnitt detektiert, etwa von der Abstandsmess einheit selbst oder auch einem anderen Sensorsystem im Falle der Kfz-Anwendung (wie etwa einer Kamera oder einem Radar) , kann in den Modus „erhöhtes SNR" gewechselt wer- den. Ein entsprechender Wechsel kann sogar auch von einer Objektklassifizierung bzw. -erkennung abhängig gemacht werden, sodass bspw. nur im Falle einer erhöhten Sicher heitsstufe mit erhöhtem SNR gemessen wird, etwa wenn ein Fußgänger oder Fahrradfahrer festgestellt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Pulse nacheinander in die einzelnen Raumwinkelsegmente emit- tiert. Dies kann dann auch in Verbindung mit einer integ ral messenden Empfängereinheit eine Raumwinkelauflösung ergeben, wenn in der Sequenz nach jedem Puls nach dem Echopuls „gelauscht" wird (siehe vorne, und auch nachste- hend im Detail) . Diese Variante wird auch als „Rastern" bezeichnet. Im Allgemeinen ist auch eine Kombination mit der „winkelauflösenden Empfängereinheit" möglich (siehe auch vorne) , die Abstandsmesseinheit kann aber auch aus schließlich nach der einen oder der anderen Variante mes- sen.

Generell muss bei dem Abrastern der Raumwinkelsegmente nicht zwingend nach jedem einzelnen Puls zum jeweils da rauffolgenden Raumwinkelsegment gewechselt werden, son dern kann in ein jeweiliges Raumwinkelsegment auch eine Pulsfolge (mehrere Pulse in Folge) abgegeben werden. Ge nerell ergeben sich beim Rastern die Raumwinkelsegmente aus den unterschiedlichen Raumrichtungen, in die emit tiert wird. Eine winkelselektive Emission kann bspw. durch entsprechendes Bewegen der Emittereinheit umgesetzt werden, also durch eine verkipp- bzw. verschwenkbar gela gerte Emittereinheit. Eine winkelselektive Emission kann bspw. ebenso elektro-mechanisch mittels einer steuerbaren Spiegelanordnung erreicht werden, etwa einem oder mehre ren MEMS Spiegelsystemen (Micro Electro Mechanical Sys- tem, MEMS) ; die Strahlung wird auf die Spiegelanordnung geführt und gelangt je nach Spiegelstellung in ein jewei liges der Raumwinkelsegmente. Bevorzugt kann jedoch eine elektrisch-optische Umsetzung sein, bei welcher eine Ortsverteilung der Emittereinheit bzw. derer Emissions- flächen mit einer Optik in eine Raumwinkelteilung umge setzt wird (invers zu dem vorstehend für den Flächen- sensor geschilderten Prinzip) . Bevorzugt kann es sich bei den Emittern um als Oberflächenemitter ausgebildete La serquellen handeln, die in der Emittereinheit arrayförmig zusammengefasst sind.

Ein solcher Oberflächenemitter wird auch als VCSEL be zeichnet ( Vertical Cavity Surface Emitting Laser), im Folgenden wird auch von einem VCSEL-Array gesprochen. Einzelne VCSEL-Laserdioden emittieren heutzutage im mW Bereich. Eine Variante des VCSEL-Lasers ist ein Vertical- External-Cavity-Surface-Emitting-Laser (VECSEL) , dieser soll im Folgenden unter dem Begriff VCSEL subsummiert sein. VECSEL-Dioden können heute schon mit hohen Puls leistungen im Watt-Bereich betrieben werden, sodass VECSEL-Arrays mehrere Hundert Watt Strahlungsleistung emittieren können.

Anders als bei einem Kantenemitter wird bei einem Ober flächenemitter die Strahlung gewinkelt bzw. senkrecht zur Chipebene emittiert, und es lässt sich mit gängigen Halb leiterprozessen auf dem Chip ein vergleichsweise dicht gepacktes Array an Laserdioden definieren, was umgekehrt eng gestaffelte Raumwinkelsegmente und damit eine gute Auflösung ergeben kann. Das VCSEL-Array kann derart vor gesehen sein, dass jede der Laserdioden von den anderen Quellen unabhängig angesteuert und damit insbesondere hauptanspruchsgemäß in ihrer Leistung angepasst werden kann (im Allgemeinen können aber auch bereits durch die Verdrahtung auf der Chipebene einige der Laserdioden zu Gruppen zusammengefasst sein) .

In bevorzugter Ausgestaltung der Abstandsmesseinheit mit „winkelselektiver Emittereinheit" ist die Empfängerein- heit als integral (nicht raumwinkelauflösend) messender Sensor ausgelegt. Es kann sich bspw. um eine Fotodiode handeln, etwa nach APD- bzw. SPAD-Bauart (Avalanche Photo Diode bzw. Single Photon APD), aber etwa auch um eine PIN-Diode oder einen Photomultiplier. Der Sensor hat je denfalls eine sensitive Sensorfläche (die darauffallende Strahlung, insbesondere IR-Strahlung wird jedenfalls an teilig in ein elektrisches Signal umgesetzt) , wobei auf unterschiedliche Bereiche der Sensorfläche fallende Strahlung nicht weitergehend zugeordnet wird (dies meint „integral") .

Im Allgemeinen könnte mit mehreren der eben genannten Fo todioden bzw. Sensoren selbstverständlich auch eine raum winkelauflösende Empfängereinheit aufgebaut werden (siehe vorne) . Dazu können mehrere, jeweils für sich integral messende Sensoren nebeneinander angeordnet werden, etwa zeilen- oder matrixförmig. Jeder Sensor für sich würde dann zwar nur integral messen, durch die Anordnung ergibt sich jedoch eine Ortsauflösung, die sich in eine Raumwin- kelauflösung umsetzen lässt. Umgekehrt muss bei Verwen dung eines Flächensensors, insbesondere eines CCD- bzw. CMOS-Arrays, nicht zwingend dessen Pixelierung (Ortsauf lösung) die Raumwinkelsegmente definieren, sondern können auch jeweils mehrere Pixel gruppenweise zusammengefasst einem Raumwinkelsegment zugeordnet sein (diese Pixel wer den dann einfach gemeinschaftlich ausgewertet) . Bevorzugt ist jedoch bei einem Flächensensor jedem Raumwinkelseg ment genau ein (jeweils eigenes) Pixel zugeordnet, wird also umgekehrt jedes Raumwinkelsegment durch genau ein jeweiliges Pixel definiert. Die folgenden Ausgestaltungen können sowohl mit dem win kelauflösenden Empfangen als auch im Falle einer winkel selektiven Emission (Rastern) umgesetzt werden.

In bevorzugter Ausgestaltung werden in jene Raumwin kelsegmente, in die jeweils mindestens zwei der Emitter emittieren, die Pulse der Emitter je Raumwinkelsegment sequenziell emittiert. Dieser Betrieb erfolgt zumindest zeitweilig, also jedenfalls in einem von mehreren Be triebsmodi, ist aber auch über den gesamten Betrieb hin weg möglich. Die sequenzielle Abfolge bezieht sich hier bei auf jene Emitter, die gemeinsam dasselbe Raumwin kelsegment versorgen, nicht zwingend auf die Raumwin kelsegmente untereinander.

Die mindestens zwei Emitter können dabei mit ihrem jewei ligen Puls bspw. auch jeweils das gesamte Erfassungsfeld ausfüllen. In einem jeweiligen Zeitpunkt wird dann also jeweils simultan (gleichzeitig) in sämtliche Raumwinkel bereiche emittiert, und im Zeitverlauf gibt es dann eine Abfolge solcher Pulse (der unterschiedlichen Emitter) . In einem ersten Zeitpunkt emittiert also ein erster Emitter in sämtliche Raumwinkelbereiche, in einem zweiten, da rauffolgenden Zeitpunkt ein zweiter Emitter und dann bspw. ein dritter Emitter usw. Dies lässt sich in analo ger Weise umsetzen, wenn die Mehrfachabdeckung (mindes tens zwei Emitter je Raumwinkelsegment) nicht das gesamte Erfassungsfeld, sondern nur einen Ausschnitt davon be trifft (siehe vorne) .

Das sequenzielle Pulsen der zur Mehrfachabdeckung vorge sehenen Emitter kann auch im Falle des Rasterns von Inte resse sein. Es kann bspw. in einem ersten Durchlauf mit einem ersten Emitter von Raumwinkelsegment zu Raumwin kelsegment gewechselt werden (der erste Emitter emittiert in die jeweiligen Segmente) , wobei dann in einem zweiten Durchlauf ein anderer Emitter in die einzelnen Raumwin- kelsegmente emittiert (wiederum bei einem Wechsel von Segment zu Segment) , danach gegebenenfalls ein weiterer Emitter etc. Es ist aber auch möglich, dass in zumindest einige der Raumwinkelsegmente je Raumwinkelsegment mehre re Pulse direkt aufeinanderfolgend emittiert werden, be- vor zu einem darauffolgenden Raumwinkelsegment gewechselt wird .

Im Allgemeinen ist aber auch ein simultaner Betrieb der mindestens zwei Emitter denkbar, können die zur Mehrfach abdeckung eines jeweiligen Raumwinkelsegments vorgesehe- nen Emitter also auch gleichzeitig pulsen. Demgegenüber ist der sequenzielle Ansatz - egal ob kombiniert mit dem Rastern oder dem Pulsen in das gesamte Erfassungsfeld - jedoch bevorzugt. Es kann dann nämlich bspw. eine Steu er/Treibereinheit einfacher aufgebaut sein, weil der auf Systemebene auftretende Maximalstrom beim sequenziellen Pulsen jeweils nur dem Maximalstrom des Einzelemitters entspricht (kein Aufaddieren) ; es ist ein Multiplexing einer Treiberschaltung für mehrere Emitter möglich. Fer ner kann der zeitliche Versatz zwischen der Emission der einzelnen Emitter auch insoweit von Vorteil sein, als (rein statistisch) die Wahrscheinlichkeit abnimmt, dass ein externes Störsignal die Messung beeinträchtigt (die Wahrscheinlichkeit ist geringer, dass ein solches Stör signal über eine entsprechende Zeitdauer hinweg anliegt und die aufeinanderfolgenden Pulse beeinträchtigt) . Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in einer Se quenz der Pulse, die auf die unterschiedlichen Emitter zurückgehen, eine Codierung hinterlegt. Die Pulse können bspw. eine spezielle Signatur tragen, welche die Unter- scheidbarkeit von externen Störsignalen, insbesondere den Pulsen anderer Abstandsmesseinheiten, verbessern helfen kann. Eine solche Codierung kann bspw. über eine Amplitu denmodulation hinterlegt sein, sodass die einzelnen Pulse bspw. jeweils eine unterschiedliche (vordefinierte) Amplitude, also maximale Leistung haben. Bevorzugt kann eine spektrale Codierung sein, indem sich nämlich die Emitter in der Wellenlänge ihrer jeweilig emittierten Strahlung unterscheiden (bspw. in ihren Peakwellenlän gen) . Zusätzlich oder alternativ können die Pulse bspw. auch eine unterschiedliche Form haben, können sie sich also bspw. in einer Anstiegs- und/oder Abstiegsflanke etc. unterscheiden (z. B. der eine Puls ein Sägezahnpro fil mit ansteigender Flanke und der andere ein Sägezahn profil mit abfallender Flanke haben) . Eine Codierung kann bspw. auch in einer Modulation der Emissionszeiten hin terlegt sein, wobei die Modulation einen vordefinierten Verlauf haben oder auch stochastisch erfolgen kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine Pausen dauer zwischen zwei von den unterschiedlichen Emittern zur Mehrfachabdeckung des bzw. der Raumwinkelsegments/- segmente sequenziell und direkt aufeinanderfolgend abge gebenen Pulsen bei höchstens 10 ps, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 8 ps, 6 ps, 4 ps bzw. 2 ps . Mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 0,3 ps, 0,5 ps bzw. 1 ps liegen und durch die gewünschte Reichweite im Erfassungsfeld bestimmt sein. So kann bspw. für eine Reichweite von 300 m, also einen Sig nalweg von 600 m, die erforderliche Pausendauer bei rund 2 ps liegen, siehe Gig. 1. Bei einer Reichweite von bspw. 100 m würde die erforderliche Pausendauer bei 670 ns lie- gen .

Die 2 ps entsprechen einer Frequenz von 500 kHz, die sich zum Vergleich mit einer Emittereinheit mit einem einzigen Emitter kaum bzw. gar nicht realisieren ließe, da ein Duty Cycle einer IR-Laserdiode etwa 10 ps beträgt. Die Schaltfrequenzen gängiger Laserquellen bzw. -dioden lie gen nämlich in der Regel eine Größenordnung tiefer bei rund 50 kHz, insbesondere in Anbetracht des bei Automobi lanwendungen zu berücksichtigenden Temperaturregimes. Dies illustriert, dass sich mit dem vorliegenden Ansatz „mehrere Emitter je Raumwinkelsegment", je nach Anzahl und Taktung der Emitter, bspw. bei einer Laufzeit von 1 ps um bis zu einem Faktor 10 mehr Pulse im jeweiligen Raumwinkelsegment unterbringen lassen (bei 0,5 ps bspw. um bis zu einem Faktor 20) . Dies kann zunächst, wie be- reits erwähnt, den Störabstand verbessern helfen; zudem lässt sich auch eine Aktualisierungsrate der Messdaten entsprechend erhöhen. Es können also Veränderungen im Er fassungsfeld schneller und weniger störanfällig festge stellt werden, was insbesondere mit Blick auf teil- bzw. vollautonom fahrende Fahrzeuge von Interesse sein kann. Ein etwaiger Nachteil, nämlich der höhere Aufwand bzw. die erhöhte Komplexität, die das Vorsehen mehrerer Emit ter bedingt, wird durch die genannten Vorteile überkom pensiert . Bei einer bevorzugten Ausführungsform emittieren die zur Mehrfachabdeckung des bzw. der Raumwinkelsegments bzw. - Segmente vorgesehenen Emitter in unterschiedlichen Be triebsmodi mit unterschiedlicher Taktung relativ zueinan der. Konkret gibt es dann einen ersten Betriebsmodus, in dem sie relativ zueinander analog den vorstehenden Absät- zen sequenziell emittieren, was die eben genannten Vor teile ergibt. In einem zweiten Betriebsmodus emittieren sie jedoch gleichzeitig (gleichgetaktet/synchron) , was bspw. von Vorteil sein kann, wenn ansonsten überhaupt kein Signal oberhalb des Rauschgrundes mehr empfangen werden könnte. So kann bspw. bei einem entsprechend weit entfernten bzw. auch von seinen Oberflächen her ungünsti gen Objekt (Reflexionseigenschaften etc.) der Echopuls so klein werden, dass sich auch mittels Signalverarbeitung (Zusammenführen mehrerer aufeinanderfolgender Echopulse) kein geeignetes Signal mehr gewinnen lässt. Dann kann der Wechsel in den Synchronmodus (zweiten Betriebsmodus) von Vorteil sein.

Andererseits kann der sequenzielle Betrieb bei einem na hen/stark reflektierenden Objekt bspw. insoweit von Vor- teil sein, als bspw. einem Übersteuern der Empfängerein heit vorgebeugt werden kann. Ein Dynamikbereich, der sich danach bestimmt, mit welcher Bandbreite an Leistungen der Echopulse gerechnet werden muss, kann somit vorteilhaf terweise eingegrenzt werden. Die empfangene Leistung kann dann umgekehrt bspw. mit feinerer Nuancierung aufgelöst werden (Auswertung der „Helligkeit") .

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Abstandsmesseinheit derart eingerichtet, dass mindestens einer der Emitter seine Pulse im Zeitverlauf mit einer unterschiedlichen Leistung emittiert, bevorzugt gilt dies für mindestens 30 %, 50 %, 70 % bzw. 90 % der Emitter, besonders bevor zugt für sämtliche Emitter.

Die Leistungsanpassung, bspw. eine Verringerung bei ge ringerem Objekt-Abstand, kann z. B. die Energieeffizienz bzw. den thermischen Haushalt der Emittereinheit betref fend Vorteile bieten, oder auch ein fotobiologisches Ri siko, insbesondere in Bezug auf eine Gefährdung der Au gen, reduzieren helfen. Die Begriffe „Abstand", „Objekt- Abstand" und „objektbezogener Abstand" werden hier und im Folgenden gleichbedeutend verwendet. Sich teil- oder vollautonom bewegende Fahrzeuge können eine Vielzahl von Abstandsmesseinheiten verwenden, die an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs angebracht sind und im Zusammen wirken eine Rundumsicht ermöglichen. Auch können techno- logisch unterschiedliche Abstandsmesseinheiten zur Anwen dung kommen, insbesondere Kamerasysteme im sichtbaren, ultravioletten und infraroten Spektralbereich, akustische Abstandsmesseinheiten auf Ultraschall- oder Infraschall basis, Radar-basierte Abstandsmesseinheiten sowie LIDAR- basierte Abstandsmesseinheiten. Die unterschiedlichen Ab standsmesseinheiten können zur Messung für unterschiedli che Objekt-Abstände ausgelegt sein, angefangen vom Zenti meter- und Meter-Bereich, bis hin zu Entfernungen von mehreren Hundert Metern, oder sogar darüber hinaus. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Leistung in Abhängigkeit von einer Objektklassifizierung ange passt. Zur Illustration, es können also bspw. Fußgänger und Fahrradfahrer einer Klasse zugeordnet sein und können die Pulse bei einer Zuordnung des Objekts zu dieser Klas se mit reduzierter Leistung emittiert werden, bspw. zur Verringerung eines fotobiologischen Risikos bzw. zur Ver- meidung von Blendeffekten etc. Weitere Objektklassen kön nen sein: Motorräder, Quads, Verkehrsschilder, PKWs, LKWs , Brücken, Tunnels, Ampelanlagen, Überführungen, Flugobjekte. Die Klassifizierung kann hierbei Teil einer Objekterkennung sein, letztere ist aber im Allgemeinen nicht zwingend (es muss also bspw. ein Lastkraftwagen nicht zwingend als solcher erkannt werden, sondern kann ihm auch bereits aufgrund eines Größenkriteriums eine be stimmte, in der Regel größere Leistung zugeordnet sein) .

Im Falle des Kraftfahrzeugs können die mit der Abstands messeinheit erfassten Daten bspw. auch um weitere Sensor daten ergänzt werden, etwa um Kameraaufnahmen des Sicht felds etc. Dies ist bei einer Objektklassifizierung bzw. -erkennung möglich, im Übrigen aber auch bei der vorste hend diskutierten Extrapolation von Abstandsfunktionen mittels Bewegungstrajektorien . Andererseits kann aber auch allein anhand der mittels der Abstandsmesseinheit erfassten Daten eine Klassifizierung bzw. Erkennung mög lich sein.

Die Objektklassifizierung/-erkennung kann analog den aus der zweidimensionalen Bildbearbeitung bekannten Verfahren ablaufen; vereinfacht gesprochen definieren die Raumwin kelbereiche ein Raster und kann der jeweilig zugeordnete Abstandswert als Graustufe betrachtet werden. Das gemes sene Abstandsbild wird dann in der Regel segmentiert, bspw. über definierte Schwellwerte bzw. durch eine kan ten- oder regionenbasierte Segmentierung. Das Bild kann nach bestimmten Kanten- oder Flächenformationen oder vollständigen Vorlagen („wie könnte das infrage kommende Objekt nach einer Segmentierung aussehen?") durchsucht werden. Das bzw. die Objekte können dann, insbesondere mittels einer Objektdatenbank, in Klassen eingeteilt wer den, bevorzugt mündet dies in einer Objekterkennung.

In bevorzugter Ausgestaltung wird in dem bzw. den Raum winkelbereichen, in denen sich ein als Fußgän- ger/Radfahrer zugeordnetes Objekt befindet, mit einer verringerten Leistung Pi emittiert. Dies bezieht sich auf den Vergleich zu einer zweiten Leistung P 2 , die im Falle einer Zuordnung des Objekts zu einer zweiten Klasse an liegt. Dies gilt bei gleichem Abstand zu dem Objekt (bspw. im Falle eines sehr weit entfernten Fahrradfah rers/Fußgängers kann die Leistung auch wieder gleich groß oder größer als im Falle eines Kraftfahrzeugs in kleiner Distanz sein) . Der zweiten Klasse können neben Kraftfahr zeugen als anderen Verkehrsteilnehmern bspw. auch Auto- bahnbrücken bzw. Bäume am Fahrbahnrand etc. zugeordnet sein. Wird ein Objekt bspw. als Baum klassifiziert, kann mitunter sogar auch eine erhöhte Leistung P 3 angelegt werden, weil die zergliederte Oberflächenstruktur des Blätter- bzw. Nadelwerks eine verschlechterte Reflexion bzw. erhöhte Streuung zur Seite erwarten lässt.

In bevorzugter Ausgestaltung wird die Leistung bei einem in geringerem Abstand erfassten Objekt verringert. Geht man von einem ersten Abstand di und einem demgegenüber größeren Abstand d 2 aus, wird eine erste Leistung Pi im ersten Abstand kleiner als eine zweite Leistung P 2 ge wählt, die im zweiten Abstand angelegt wird. Es kann bspw. um jeden der Abstände di, d 2 jeweils ein Intervall gelegt sein, und es wird dann die Leistung Pi oder P 2 an gelegt, je nachdem ob der gemessene bzw. zugeordnete Ab- standswert im ersten oder zweiten Intervall liegt. Es kann dann auch noch weitere Intervalle geben, bspw. n In- tervalle, die aneinandergesetzt n Stufen mit einer je weils anderen Leistung P n festlegen.

Es ist aber ebenso eine stufenlose Anpassung möglich, kann also die Leistung P (d) als stetige Funktion des Ab- Stands hinterlegt sein. Hierbei kommt insbesondere eine Polynomfunktion infrage, etwa ein Polynom zweiten Grades, gegebenenfalls mit Korrekturtermen. Im Vergleich zur schrittweisen Anpassung kann die stufenlose Variante eine noch höhere Genauigkeit ermöglichen, andererseits kann die schrittweise Anpassung weniger komplex und zeitauf wendig sein, was im Automobilumfeld von Vorteil sein kann (kurze Reaktionszeiten und einfachere, robuste Komponen ten) .

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorliegend offenbarten Abstandsmesseinheit, vgl. auch die Anmerkungen eingangs. Der Abstand zu dem Objekt wird signallaufzeitbasiert gemessen, und zwar anhand der von dem bzw. den Emittern emittierten und dann an dem Ob jekt reflektierten Pulse bzw. Echopulse. Dabei emittieren in zumindest einige der Raumwinkelsegmente jeweils min destens zwei Emitter.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorlie gend offenbarten Abstandsmesseinheit in einem Kraftfahr zeug, bspw. einem Lastkraftwagen bzw. Kraftrad, bevorzugt in einem Personenkraftwagen. Besonders bevorzugt ist die Anwendung in einem teil- bzw. vollautonom fahrenden Fahr zeug. Im Allgemeinen ist aber auch eine Anwendung in ei nem Luft- bzw. Wasserfahrzeug denkbar, etwa einem Flug zeug, Helikopter oder Schiff. Ein Fahrzeug kann eine Vielzahl an erfindungsgemäßen Ab standsmesseinheit aufweisen, wobei bevorzugter Weise das Erfassungsfeld bzw. der Sichtbereich (FOV) einer jeden der Abstandsmesseinheiten räumlich disjunkt zu der bzw. den anderen Abstandsmesseinheiten ist. Damit lässt sich ein größerer Gesamt-Raumwinkelbereich erfassen (vor, seitlich, hinter, oberhalb des Fahrzeugs) . Weisen die Ab standsmesseinheiten unterschiedliche IR-Laserwellenlängen auf, können die Sichtbereiche (FOV) auch nicht disjunkt sein, also zumindest teilweise überlappen. Die Abstands messeinheiten können bspw. in bestehende Fahrzeug- Scheinwerfersysteme integriert sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedli chen Anspruchskategorien unterschieden wird.

Im Einzelnen zeigt Figur la ein Kraftfahrzeug mit einer Abstandsmessein heit, sowie deren in Raumwinkelsegmente un tergliedertes Erfassungsfeld in einer Auf sicht (bird view) ;

Figur lb die Anordnung gemäß Fig. la in einer Seiten- ansicht; Figur 2a eine Emittereinheit in einer optionalen Aus gestaltung als Bestandteil der Abstandsmess einheit gemäß Fig. la,b;

Figur 2b eine Empfängereinheit in einer optionalen

Ausgestaltung als Bestandteil der Abstands messeinheit gemäß Fig. la,b;

Figur 3a eine erste Möglichkeit der Zuordnung mehrerer

Emitter zu einem der Raumwinkelsegmente gemäß Fig. la,b; Figur 3b-d weitere Möglichkeiten der Anordnung;

Figur 4 eine zeitliche Abfolge von Pulsen, die von unterschiedlichen Emittern in dasselbe Raum winkelsegment emittiert werden.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Fig. la,b zeigen eine Abstandsmesseinheit 1, die in ein Kraftfahrzeug 2 eingebaut und in Fahrtrichtung (nach vorne) ausgerichtet ist. Mit der Abstandsmesseinheit kann der Abstand zu Objekten 3a, b, wie bspw. anderen Fahrzeu gen oder auch Fußgängern etc., gemessen werden, wenn sich diese Objekte 3a, b im Erfassungsfeld 4 der Abstandsmess- einheit 1 befinden. Das Erfassungsfeld 4, das einen hori zontalen Öffnungswinkel a und einen vertikalen Öffnungs winkel ß hat, ist in eine Vielzahl Raumwinkelsegmente 5 untergliedert, wovon jedes einen Öffnungswinkel da, db hat, vgl. auch Fig. 2a zur Illustration. Die Abstandsmessung erfolgt nach den Raumwinkelsegmenten 5 aufgelöst, es ist also bspw. das Objekt 3a von dem Ob- jekt 3b als in anderen Raumwinkelsegmenten 5 befindlich unterscheidbar. Je nach Beschaffenheit (Größe, Oberflä chen etc.) und auch Entfernung des Objekts kann sogar auch innerhalb eines jeweiligen Objekts 3a, b differen- ziert werden. Zur Abstandsmessung wird jeweils ein Puls 6 emittiert, der, soweit sich im jeweiligen Raumwinkelseg ment 5 ein Objekt befindet, als Echopuls 7 zurückkommt und empfangen wird.

Fig. 2a zeigt eine Emittereinheit 20 mit mehreren Emit- tern 21. In dieser schematischen Darstellung, die analog Fig. 1 eine Aufsicht zeigt, sind jedem der Raumwinkelseg mente 5 jeweils zwei Emitter 21 zugeordnet. Die Emitter 21 sind vorliegend in Form eines VCSEL-Arrays vorgesehen, bezüglich der Details wird auch auf die Beschreibungsein- leitung verwiesen. Mit einer Optik 22 wird die von diesen Laserquellen emittierte Infrarotstrahlung in die einzel nen Raumwinkelsegmente 5 gelenkt.

Jedem der Raumwinkelsegmente 5 sind gemäß Fig. 2a zwei Emitter 21 zugeordnet, es sind aber auch mehr als zwei Emitter möglich, vgl. auch Fig. 3. Je Raumwinkelsegment 5 können die Emitter 21 ihre Pulse 6 dann sequenziell emit tieren, wobei, da es sich eben um gesonderte Emitter 21 handelt, in einer sequentiellen Betriebsweise eine rela tiv enge Taktung möglich ist, nämlich von nur rund 2 ps . Es wird auch auf die Ausführungen in der Beschreibungs einleitung verwiesen. Einige der Emitter 21 können auch zu einer Gruppe zusammen geschaltet sein und zeitgleich Laserpulse emittieren.

Die Variante gemäß Fig. 2a zeigt eine winkelselektive Emittereinheit 20, die also ihre Pulse 6 selektiv in die einzelnen Raumwinkelsegmente 5 emittieren kann. Diese Emittereinheit 20 kann dann insbesondere mit einer Emp fängereinheit kombiniert werden, die ihrerseits nicht raumwinkelauflösend misst, also die einfallende Strah- lungsleistung an ihrer Sensorfläche integral erfasst. Das Erfassungsfeld 4, also die einzelnen Raumwinkelsegmente 5, werden dann sequenziell bepulst, wobei nach der Emis sion eines jeweiligen Pulses 6 in ein jeweiliges Raumwin kelsegment 5 und vor der Emission in das darauffolgende Raumwinkelsegment 5 immer für eine bestimmte Zeitdauer, die sich auch nach der Reichweite bestimmt, gewartet wird. Bildlich gesprochen „lauscht" die Abstandsmessein heit, ob aus dem jeweiligen Raumwinkelsegment 5 ein Echo puls 7 zurückkommt. Fig. 2b zeigt eine Empfängereinheit 30, die raumwinkel auflösend ist. Das Prinzip - Konversion von Orts- und Raumwinkelverteilung - entspricht jenem gemäß Fig. 2a, es ist lediglich die Richtung umgekehrt. Die Empfängerein heit 30 weist eine Optik 31 auf, mit der aus unterschied- liehen Raumrichtungen 32 einfallende Strahlung auf unter schiedliche Bereiche einer sensitiven Sensorfläche 33 ei nes Flächensensors 34 geführt wird, etwa eines CCD- Arrays. Über die Ortsauflösung des Flächensensors 34 ist also eine Zuordnung zu den Raumrichtungen 32 und damit den einzelnen Raumwinkelsegmenten 5 möglich.

Zur Illustration, im Falle eines CCD- bzw. CMOS-Arrays kann die Pixelgröße von dessen Ortsauflösung im Bereich einiger weniger Mikrometer liegen (bspw. 1 - 20 pm) , es ist aber auch eine gröbere Auflösung möglich. Wird bspw. eine PIN-Diode oder APD-Matrix vorgesehen, können die Pi xelgrößen bis in den Millimeterbereich reichen. Eine mög- liehe Pixelgröße einer PIN-Diode kann bspw. bei rund 0,5 x 2,5 mm 2 liegen.

Mit der Empfängereinheit 30, die gemäß Fig. 2b raumwin kelauflösend ausgeführt ist, kann ein jeweiliger Echopuls 7 einem jeweiligen Raumwinkelsegment 5 zugeordnet werden.

In diesem Fall kann die Segmentierung des Erfassungsfelds 4 empfängerseitig erfolgen, müssen also die Pulse 6 nicht notwendigerweise winkelselektiv emittiert werden. Statt- dessen können die Pulse 6 auch gleichzeitig sämtliche Raumwinkelsegmente 5 abdecken, die Segmentierung ergibt sich empfängerseitig. Aber auch in diesem Fall weist die Emittereinheit 20 dann eine Mehrzahl Emitter 21 auf, sind also jedem der Raumwinkelsegmente 5 mehrere Emitter 21 zugeordnet . Die Fig. 3a bis d illustrieren in schematischer Ansicht, wie in einem jeweiligen Raumwinkelsegment 5, also einem „Empfängerpixel", aufgrund der Zuordnung mehrerer Emitter 21 mehrere Emitterpixel 40 liegen. Die Emitterpixel 40 können bspw. in Zeilen und Spalten (Fig. 3a) oder auch nur in einer Zeile liegen, die Mehrfachbelegung kann also bspw. lediglich in Bezug auf die horizontale Richtung be stehen (Fig. 3d) . Es sind aber auch komplexere Muster möglich, letztlich bestimmt das Zusammenspiel aus der An ordnung der Emitter 21, insbesondere in Verbindung mit der Form und Orientierung deren Emissionsflächen, und der Optik 22 die Lage und Position der Emitterpixel 40.

Fig. 4 zeigt mehrere Pulse 6a-c in einem der Raumwin kelsegmente 5 im Zeitverlauf. Jeder der Pulse 6a-c geht auf einen eigenen Emitter zurück, der erste Emitter emit tiert im Zeitpunkt to, der zweite im Zeitpunkt ti und der dritte im Zeitpunkt t 2 . Aufgrund der Mehrfachbelegung des Raumwinkelsegments 5, weil also mehrere Emitter 21 zuge ordnet sind, kann eine Pausendauer 50 zwischen zwei di rekt aufeinanderfolgenden Pulsen 6a, b, 6b, c vergleichs- weise kurz bei nur rund 2 ps gehalten werden. Damit kann durch eine Mittelung über die einzelnen Pulse 6a-c nicht nur das Signal/Rauschverhältnis verbessert werden, son dern lässt sich auch eine vergleichsweise hochfrequente Erfassung realisieren, vgl. auch die Beschreibungseinlei- tung im Einzelnen.

BEZUGSZEICHENLISTE

Abstandsmesseinheit 1

Kraftfahrzeug 2

Objekte 3 Erfassungsfeld 4

Raumwinkelsegment 5

Puls 6

Echopuls 7

Emittereinheit 20 Emitter 21

Optik (der Emitter) 22

Empfängereinheit 30

Optik (der Empfängereinheit) 31

Raumrichtung 32

Sensorfläche 33 Flächensensor 34

Emitterpixel 40

Pausendauer 50