Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen, mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit, welche Komponenten aufweisen, die sämtlich oder teilweise einer drehbaren Einheit zugeordnet sind, wobei die Sendeeinheit Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit abzutastenden Winkelbereich der Umgebung aussenden kann, wobei die Empfangseinheit von Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann, und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte zu ermitteln und zu signalisieren. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer drehwinkelbezogenen Nullpunktposition der drehbaren Einheit einer solchen Sensoreinrichtung.

Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Umgebungsinformationen werden für verschiedene Funktionen ständig weiterentwickelt, beispielsweise zur Erfassung von Umgebungsinformationen im Nah- und Fernbereich von Fahrzeugen sowie Flugzeugen, zur Sammlung von Umweltdaten oder in der Sicherheitstechnik zum Überwachenden 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 Verfahren wie der Laserscan-Technik oder LIDAR-Technik beruhen, 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 oder Absorptions-Emission zurückgeworfene Licht zeitlich, räumlich und/oder wellenlängenselektiv auswertet. Bekannte optische Sensoreinrichtungen weisen eine rotierende Einheit auf, in der eine Sendeeinheit oder eine der Sendeeinheit zugehörige Komponente, beispielsweise eine einzelne Laserdiode oder eine Laserzeile, und eine Empfangseinheit oder eine der Empfangseinheit zugehörige Komponente, wie beispielsweise ein im 45°-Winkel zur Drehachse geneigter Spiegel, koaxial auf einer radial inneren Rotationsachse angeordnet und durch einen Motor gemeinsam und synchron antreibbar sind. Der rotierende Sendestrahl ist in der Regel gepulst oder elektronisch zeitlich moduliert.

Das von einem Objekt zurückgeworfene, wie oben definierte Licht wird über den mit dem Sender synchron drehbaren Empfangsspiegel auf einen lichtempfindlichen Detektor, beispielsweise eine einzelne Empfangsdiode oder ein CCD-Chip, gelenkt und in einer zugeordneten Elektronik in ein elektrisches Empfangssignal umgewandelt. 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 gemitteit werden. Die jeweilige relative Winkelstellung der drehbaren Einheit, bei welcher ein Sendepuls ausgesandt und ein Empfangspuls empfangen wurde, ist üblicherweise durch das Ausgangssignal eines Drehwinkelgebers bekannt. Für die Ermittlung der absoluten Winkelstellung der drehbaren Einheit ist zusätzlich eine Nullpunktkalibrierung erforderlich. Nach jedem Scan-Umlauf stehen dann über den Drehwinkel und die berechnete Entfernung zweidimensionale Polarkoordinaten aller Objektpunkte in einer Abtastebene zur Verfügung.

Grundsätzlich ermöglicht ein rotierender Laserscanner im Azimut eine Rundumabtastung mit einer hohen Winkelauflösung. Meistens wird jedoch ein auf die jeweilige Anwendung bezogener bestimmter kleinerer Winkelbereich, beispielsweise 180°, festgelegt. Durch ein systematisches Verschwenken des Sendelichtstrahls in der Kipprichtung zur Drehachse oder ein Verschieben des Sendelichtstrahls in der Axialrichtung können zusätzlich auch verschiedene Elevationswinkelbereiche abgetastet werden, so dass eine dreidimensionale Abbildung des Abtastbereichs entsteht. 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. Weiterhin sollten Störsignale, wie beispielsweise durch Reflexionen auf einem optischen Fenster der Sensoreinrichtung oder durch Witterungseinflüsse, wie Schnee oder Regen, Berücksichtigung finden.

Zur Kalibrierung der Sensoreinrichtung und für die Genauigkeit sowie Zuverlässigkeit der Sensorabtastungen ist die Genauigkeit der Kenntnis der jeweiligen absoluten und relativen Winkelposition der drehbaren Einheit maßgebend. Dazu wird in der Regel eine sogenannte Nullpunkterkennung derselben durchgeführt. Die rotierende Einheit der Sensoreinrichtung wird meistens von einem Elektromotor angetrieben, der einer Steuerelektronik eine Information über den aktuellen Drehwinkel seines Rotors und der mit dem Rotor verbundenen Drehachse liefert. Beispielsweise kann die Antriebseinheit ein bürstenloser Gleichstrommotor sein, bei dem die Rotorposition und Rotordrehzahl sensorisch erfasst werden. Allerdings muss nach jedem Einschalten zunächst eine Positionsermittlung der drehbaren Einheit durchgeführt werden. Für die Kalibrierung wird eine bestimmte Drehwinkelposition als Nullpunkt erkannt. Das geschieht üblicherweise mittels eines separaten Sensors. Beispielsweise kann an der drehbaren Einheit ein Magnet befestigt sein, der beim Vorbeilaufen an einem feststehenden Hall-Sensor bei diesem ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt. Bekannt sind auch Inkrement-Geber oder Lichtschranken zur Ermittlung von Winkelstellungen.

Vor diesem Hintergrund zeigt die DE 43 40 756 C2 eine nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren arbeitende Laserabstandsermittlungsvorrichtung mit einer durch einen Motor angetriebenen drehbaren Lichtablenkvorrichtung. Über einen Spiegel der Lichtablenkvorrichtung werden in einen zu vermessenden Umgebungsbereich Lichtpulse ausgesendet und die von einem Objekt zurückgeworfenen Lichtpulse von einer Empfangsanordnung aufgenommen, um aus der Lichtpulslaufzeit den Abstand des Objekts zu bestimmen. Die Lichtablenkvorrichtung ist auf einem Drehteller angeordnet, an dessen Umfang sich ein gabelförmiger Winkelgeber befindet, der als eine Lichtschranke wirkt. Über den Winkelgeber erhält eine Steuerung eine Information über die momentane Winkelposition der Lichtablenkvorrichtung.

Aus der DE 10 2004 014 041 B4 ist ein optischer Sensor zur Hinderniserkennung mit einer drehbaren Einheit bekannt, die den Azimut abtastet. Zusätzlich ist die rotierende Einheit in axialer Richtung verschiebbar ist, um unterschiedliche Elevationswinkelberei- che abzutasten. Der Antrieb der drehbaren Einheit zur Abtastung im Azimut erfolgt durch einen Motor über einen Zahnradantrieb, wobei durch eine Schrittsteuerung Win- kelinkremente vorgegeben und damit als bekannt vorausgesetzt werden.

Die DE 10 2005 055 572 B4 zeigt einen nach dem Lichtpulslaufzeitverfahren arbeitenden optischen Entfernungssensor mit einer drehbaren Einheit. Das Licht einer gepulsten Laserdiode einer Sendeeinheit 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 ist, in Richtung einer zu vermessenden Szene ausgesendet. Über einen zweiten Spiegel, welcher ebenfalls um 45°gegenüber der Drehachse geneigt ist und durch den Motor angetrieben ist, werden die von Objekten in Richtung des Sensors zurückgeworfenen Lichtpulse über eine Empfangsoptik einer Empfangseinheit auf einen Detektor zur Entfernungsauswertung geleitet. An einem Optik- Halter der Empfangseinheit ist ein Magnet angeordnet, der zur Positionsermittlung der drehbaren Einheit mit einem separaten Hall-Sensor zusammenwirkt.

Aus der DE 10 2008 013 906 B4 ist ein Sensor mit einer drehbaren Einheit bekannt. Die rotierende Einheit umfasst in koaxialer Anordnung eine Laserdiode einer Sendeeinheit sowie einen im 45°-Winkel zur Drehachse geneigten Empfangsspiegel einer Empfangseinheit. Lichtpulse der Sendediode werden über einen Sendespiegel in Richtung einer zu vermessenden Szene geleitet. Die von Objekten zurückgeworfenen Lichtpulse werden über den Empfangsspiegel auf einen Detektor geleitet. Die rotierende Einheit ermöglicht durch ihre Rotation eine Abtastung der Umgebung im Azimut. Zusätzlich ist der Sendespiegel um die Drehachse verschwenkbar, um die Szene in der Elevation abzutasten. Die Sendediode und der Empfangsspiegel werden durch einen Motor ange- trieben, dessen Winkellage über einen Hall-Generator einer Steuerung zur Verfügung gestellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen vorzustellen, die eine einfache sowie kostengünstige Einrichtung zur Erkennung einer Nullpunktposition des Drehwinkels einer drehbaren Einheit aufweist, die zum optischen Abtasten eines Winkelbereichs der Umgebung dient. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erkennung der drehwinkelbezogenen Nullpunktposition einer solchen Sensoreinrichtung mit einer drehbaren Einheit anzugeben. Insbesondere soll eine solche Sensoreinrichtung für ein Fahrerunterstützungssystem eines Fahrzeugs geeignet sein.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine solche Sensoreinrichtung mit einer drehbaren Einheit, wie eine als Laserscanner arbeitende Lasereinheit zur Rundumabtastung, in den meisten Anwendungsfällen nur einen begrenzten Abtastbereich zur Umgebungserfassung nutzt, beispielsweise 180°. Die anderen 180° eines Vollkreises beziehungsweise der übrige Drehwinkelbereich der Drehung der Lasereinheit werden nicht genutzt. Dieser übrige Winkelbereich steht somit zur Kalibrierung der Nullpunktposition des Drehwinkels der Lasereinheit zur Verfügung. In dem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich kann eine Übertragung wenigstens eines Lichtpulses zwischen Sender und Empfänger der drehbaren Einheit erzeugt werden. Dies kann derart erfolgen, dass eine solche Übertragung an bekannten, vorbestimmten Drehwinkelpositionen (und nur an diesen Positionen) erfolgt. Die Übertragungssignale sind somit eindeutig mit diesen ortsfesten Positionen verknüpft und können genutzt werden, um die momentane Drehwinkelposition der drehbaren Einheit zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, die Sensoreinrichtung jederzeit auf eine vorgegebene drehwin- kelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit zu kalibrieren, diese Nullpunktposition jederzeit zu verifizieren, und bedarfsweise in einer Steuer- und Auswerteeinrichtung der Sensoreinrichtung den Wert dieser Nullpunktposition entsprechend zu aktualisieren. Die Erfindung geht daher aus von Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsin- formationen, mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit, welche Komponenten aufweisen, die sämtlich oder teilweise einer drehbaren Einheit zugeordnet sind, wobei die Sendeeinheit Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit abzutastenden Winkelbereich der Umgebung aussenden kann, wobei die Empfangseinheit von Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann, und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte zu ermitteln und zu signalisieren.

Zur Lösung der gestellten vorrichtungsbezogenen Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass an der Sensoreinrichtung in einem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich eine optische Kurzschlusseinrichtung drehfest angeordnet ist, welche geeignet ist, von der Sendeeinheit zusätzlich in dem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich ausgesendete Lichtpulse beim Überstreichen der optischen Kurzschlusseinrichtung direkt an die Empfangseinheit zu übertragen, um eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit zu lokalisieren sowie an die Steuer- und Auswerteeinrichtung zu signalisieren.

Als optischer Kurzschluss ist ein Vorgang definiert, bei dem der Sendestrahl der Sendeeinheit direkt und auf einem sehr kurzen Weg zur Empfangseinheit der Sensoreinrichtung geleitet wird, also ohne dass eine Interaktion des Sendestrahls mit einem Objekt außerhalb der Sensoreinrichtung stattgefunden hat. Demzufolge ist eine optische Kurzschlusseinrichtung eine Einrichtung, mittels welcher ein Sendestrahl der Sendeeinheit direkt zur Empfangseinheit der Sensoreinrichtung geleitet wird, ohne dass der Sendestrahl mit einem Objekt außerhalb der Sensoreinrichtung interagieren konnte.

Durch die Erfindung wird erreicht, dass ein bisher für eine Nullpunkterkennung des Drehwinkels der drehbaren Einheit meistens vorhandenes separates Sensorelement, wie beispielsweise der eingangs erwähnte Hall-Sensor, eingespart werden kann. Dadurch werden die Herstellkosten der Sensoreinrichtung verringert und dessen Ausfallsicherheit gesteigert. Stattdessen wird eine so genannte optische Kurzschlusseinrichtung angeordnet, die zusammen mit den sensorimmanenten Sende- und Empfangskomponenten eine zuverlässige sowie genaue Nullpunkterkennung der drehbaren Abtasteinheit ermöglicht, jedoch einfacher und kostengünstig ist.

Demnach schlägt die Erfindung eine Sensoreinrichtung mit einer drehbaren optischen Abtasteinheit vor, auf der eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit oder einzelne Komponenten dieser Einheiten, wie optischer Spiegel, Sendelaser und/oder Empfangsdioden, angeordnet sind. Dieser drehbare Scanner nutzt einen an seine Anwendung angepassten vorgegebenen Abtastbereich von < 360°. Die Sendeeinheit sendet Lichtpulse, beispielsweise Laserpulse einer Laserdiode oder eines Festkörperlasers aus. Die Empfangseinheit empfängt die von Objekten in dem abgetasteten Umgebungsbereich zurückgeworfenen Lichtpulse und analysiert diese in einer Steuer- und Auswerteeinrichtung nach einem bekannten Lichtpulslaufzeitverfahren. In dem abzutastenden Bereich wird die Umgebung systematisch erfasst und die räumliche Lage sowie der Abstand zu den Objekten ermittelt. Für die Ermittlung der räumlichen Lage und des Abstands von detektierten Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich wird die drehbare Einheit auf eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition kalibriert. Dies ist insbesondere nach dem Einschalten der Sensoreinrichtung sinnvoll, um danach jederzeit die momentane absolute Drehwinkelposition der drehbaren Einheit für die Auswertung genau zu kennen.

Gemäß der Erfindung ist außerhalb der drehbaren Einheit, in einem zur Umgebungsabtastung nicht genutzten Winkelbereich, eine nicht drehbare Einrichtung zum Erzeugen eines optischen Kurzschlusses zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit angeordnet. Die Sendeeinheit wird demnach nicht nur in dem die Umgebung abtastenden Winkelbereich betrieben, sondern auch in dem dafür nicht genutzten Winkelbereich. Durch das Abtasten dieses zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereichs wird ein optischer Kurzschluss zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit genau dann erzeugt, wenn der Sendestrahl bei der Rotation der drehbaren Einheit auf die ortsfeste und bekannte Position der optischen Kurzschlusseinrichtung trifft sowie die zur Zeit des Überstreichens der Kurzschlusseinrichtung gesendeten Lichtpulse über die Kurzschlusseinrichtung direkt an die Empfangseinheit übertragen werden. Da die Position der Kurzschlusseinrichtung unveränderlich ist, kann der Nachweis des optischen Kurzschlusses zur drehwinkelbezogenen Nullpunktpositionserkennung der drehbaren Einheit genutzt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mittels der optischen Kurzschlusseinrichtung an genau einer definierten Winkelposition des zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereiches ein optischer Kurzschluss erzeugbar ist, aus dem eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit ermittelbar ist. Demnach kann das Eingangselement der optischen Kurzschlusseinrichtung genau an derjenigen Position des Drehwinkelnullpunkts der drehbaren Einheit platziert sein, und dort diesen Nullpunkt definieren.

Die drehbare Einheit tastet mittels des Lasers und mittels der Empfangseinheit auch den für die Umgebungserfassung nicht genutzten Winkelbereich ab, wobei die Pulsfrequenz der Lichtpulse ausreichend hoch sind, damit durch ein oder mehrere Lichtpulse beim Überstreichen der Empfangseinheit der optischen Kurzschlusseinrichtung der optische Kurzschluss sicher erzeugt wird. Am Ort der drehwinkelbezogenen Nullpunktposition wird demnach das optische Kurzschlusssignal erzeugt, welches von einer Steuer- und Auswerteeinrichtung zur Weiterverarbeitung genutzt werden kann.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass mittels der optischen Kurzschlusseinrichtung an zwei oder mehreren definierten Winkelpositionen des zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereiches optische Kurzschlüsse erzeugbar sind, aus deren zeitlichen Auftreten und/oder räumlichen Abständen eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit ermittelbar ist. Demnach kann die optische Kurzschlusseinrichtung derart ausgebildet sein, dass an mehreren definierten Drehwinkelpositionen optische Kurzschlüsse entstehen können. Beim Beleuchten der optischen Kurzschlusseinrichtung werden dann mehrere optische Kurzschlüsse zeitlich hintereinander erzeugt. Eine vorab definierte drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit steht in einer festen Winkelbeziehung zu den Kurzschlusspositionen dieser optischen Kurzschlusseinrichtung, so dass aus den Zeitabständen und Winkelabständen der Kurzschlusssignale beim Überstreichen der Eingänge der optischen Kurzschlusseinrichtung die drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit eindeutig ermittelt werden kann. Dadurch kann die Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei der Nullpunkterkennung noch erhöht werden.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass die optische Kurzschlusseinrichtung einen oder mehrere Lichtleiter aufweist, wobei die Einkopplung der Lichtpulse in den Lichtleiter und die Auskopplung der Lichtpulse aus dem Lichtleiter direkt oder über eine Einkoppeloptik oder Auskoppeloptik erfolgt.

Lichtleiter beziehungsweise Lichtwellenleiter sind flexibel, benötigen wenig Bauraum und sind relativ kostengünstig in der Beschaffung. Dadurch kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung mit geringem Aufwand mit einer optischen Kurzschlusseinrichtung ausgestattet werden. Um die Einkopplung beziehungsweise Auskopplung der Lichtpulse zu erleichtern, kann dem Lichtleiter eine zusätzliche Einkoppeloptik und/oder die Auskoppeloptik im Lichtweg vorgeordnet beziehungsweise nachgeordnet sein, die beispielsweise aus jeweils einem optischen Fenster und/oder jeweils einer Linse bestehen. Eine optische Kurzschlusseinrichtung mit mehreren Lichtleitern zur Erzeugung mehrere optischer Kurzschlüsse in definierten Winkelabständen kann ebenso einfach in der Sensoreinrichtung implementiert sein.

Anstelle eines Lichtleiters kann eine optische Kurzschlusseinrichtung auch aus zwei im Strahlengang angeordneten Spiegeln gebildet sein, von denen ein Spiegel um 45° und der andere Spiegel um 135° geneigt zur Rotationsachse der drehbaren Einheit der Sensoreinrichtung angeordnet sind, mit denen außerhalb des zur Umgebungsabtastung gültigen Winkelbereiches Lichtpulse von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit der Sensoreinrichtung leitbar sind.

Eine Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung kann als eine Anordnung ausgebildet sein, bei der vorgesehen ist, dass die Sendeeinheit einen gepulsten Laser mit einer Sendeoptik aufweist, dass die Empfangseinheit einen Detektor mit einer Empfangsoptik und einen Empfangsspiegel aufweist, dass die drehbare Einheit die Sendeeinheit und den Empfangsspiegel aufweist, wobei die Sendeeinheit, der Empfangsspiegel und der Detektor koaxial zueinander angeordnet sind, wobei der Empfangsspiegel in Bezug zur Rotationsachse der drehbaren Einheit um 45° geneigt ist, so dass empfangene Lichtpulse über den Empfangsspiegel auf den Detektor lenkbar sind, wobei axial zwischen der Sendeeinheit und dem Empfangsspiegel ein Antriebsmotor angeordnet ist, wobei die Sendeeinheit und der Empfangsspiegel durch eine Antriebswelle des Antriebsmotors antreibbar sind, wobei der Antriebsmotor und der Laser über Steuerleitungen mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung verbunden sind, wobei der Detektor über eine Sensorleitung mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung verbunden ist, wobei in einen Gehäuse der Sensoreinrichtung in dem abzutastenden Winkelbereich ein erstes opti- ^' sches Fenster für die Sendeeinheit sowie ein zweites optisches Fenster für den Empfangsspiegel angeordnet sind, und bei der im zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich, radial benachbart zu der drehbaren Einheit, an dem oder in dem Gehäuse die optische Kurzschlusseinrichtung angeordnet ist.

Diese Anordnung ist besonders einfach mit der optischen Kurzschlusseinrichtung ausrüstbar. Demnach kann eine Laserdiode mit einer vorgebauten Sendeoptik gemeinsam mit einem zur Rotationsachse geneigten Empfangsspiegel den abzutastenden Umgebungsbereich erfassen und im übrigen Winkelbereich die optische Kurzschlusseinrichtung abtasten. Beim Abtasten der optischen Kurzschlusseinrichtung werden die Lichtpulse beispielsweise in einen Lichtleiter eingekoppelt und in Höhe des Empfangsspiegels aus dem Lichtleiter wieder ausgekoppelt, wobei die ausgekoppelten Lichtpulse des Laserstrahls durch den Lichtleiter in Richtung zum Empfangsspiegel geführt wurden. Der Empfangsspiegel lenkt die Lichtpulse der optischen Kurzschlusseinrichtung in gleicher Weise wie die von Objekten zurückgeworfenen Lichtpulse auf einen Detektor, der beispielsweise als eine Fotodiode mit einer vorgeordneten Eingangsoptik und einem Eingangsfilter ausgebildet ist.

Die Unterscheidung zwischen dem optischen Kurzschlusssignal und den zu vermessenden Umgebungspulsen kann beispielsweise über den relativ großen zeitlichen Abstand des optischen Kurzschlusses im zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich in Bezug zu anderen Signalen aus dem Umgebungserfassungsbereich erfolgen. Auch das Lichtpulslaufzeitverfahren kann verwendet werden, da die Laufzeit des optischen Kurzschlusses einen konstanten festen Wert hat, der in einem Speicher der Steuer- und Auswerteeinrichtung abgespeichert sein kann. Ebenso kann die üblicherweise höhere Signalstärke des optischen Kurzschlusses herangezogen werden.

Ist die drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit bekannt, kann mit Hilfe einer Information über den zurückgelegten Drehwinkel der drehbaren Einheit seit dem letzten Kurzschlusssignal jederzeit eine eindeutige Zuordnung zwischen den empfangenen Umgebungssignalen und der jeweiligen Drehwinkelstellung des Empfangsspiegels erfolgen. Über die Ansteuerung des Antriebsmotors kann der zurückgelegte Drehwinkel unmittelbar zur Verfügung stehen. Es ist auch möglich, dass der seit dem letzten optischen Kurzschlusssignal zurückgelegte Drehwinkel anhand der Winkelgeschwindigkeit aus der Umdrehungszahl des Antriebsmotors der drehbaren Einheit ermittelt werden kann.

In einem fortschrittlichen Fahrerunterstützungssystem (ADAS: Advanced Driver As- sistance System), wie beispielsweise einer zukünftigen Sensoreinrichtung zur frühzeitigen Erkennung gefährdeter Verkehrsteilnehmer (VRUD: Vulnerable Road User Detec- tion) 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 Wnkelbereich liegt beispielsweise zwischen 90° und 270°, vorzugsweise beträgt er jedoch 180°.

Die Erfindung geht zur Lösung der verfahrensbezogenen Aufgabe aus von einem Verfahren zur Erkennung einer drehwinkelbezogenen Nullpunktposition einer drehbaren Einheit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen, mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit, welche Komponenten aufweisen, die sämtlich oder teilweise der drehbaren Einheit zugeordnet sind, wobei die Sendeeinheit Lichtpulse in einem mittels der drehbaren Einheit abzutastenden Wnkelbereich der Umgebung aussenden kann, wobei die Empfangseinheit von Objekten in dem abzutastenden Winkelbereich zurückgeworfene Lichtpulse empfangen kann, und bei der die zurückgeworfenen Lichtpulse mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren auswertbar sind, um die räumliche Lage und den Abstand dieser Objekte zu ermitteln und zu signalisieren. Gemäß der Erfindung ist bei diesem Verfahren vorgesehen, dass die Sendeeinheit zusätzlich in einem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Wnkelbereich Lichtpulse aussendet, dass diese zusätzlichen Lichtpulse über eine optische Kurzschlusseinrichtung, welche in dem zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich drehfest angeordnet ist, zu der Empfangseinheit geleitet werden, dass die Information über die Sensierung der zusätzlichen Lichtpulse von der Empfangseinheit zur Steuer- und Auswerteeinrichtung geleitet wird, und dass diese Information in der Steuer- und Auswerteeinrichtung als Kalibrierungssignal interpretiert wird, mit dem eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit bestimmt wird.

Es ist dabei vorteilhaft, wenn dieses Verfahren zur Erkennung der Nullpunktposition des Drehwinkels der drehbaren Einheit der Sensoreinrichtung zumindest nach jedem neuen Einschalten der Sensoreinrichtung zur Nullpunktkalibrierung durchgeführt wird. Dadurch ist eine einwandfreie Betriebsbereitschaft der Sensoreinrichtung gewährleistet. Die drehwinkelbezogene Nullpunktposition kann jedoch auch bei jedem Umlauf der drehbaren Einheit erneut verifiziert werden.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass ein in der Steuer- und Auswerteeinrichtung abgespeicherter Wert für eine drehwinkelbezogene Nullpunktposition der drehbaren Einheit mit dem Wert für die aktuell ermittelte Nullpunktposition verglichen wird, und dass dann der Wert der abgespeicherten drehwinkelbezogenen Nullpunktposition mit dem Wert der aktuell ermittelten drehwinkelbezogenen Nullpunktposition aktualisiert wird. Demnach kann die Nullpunkterkennung genutzt werden, um im Falle eines Phasenschlupfes zwischen einem Ansteuersignal für den Antriebsmotor und der tatsächlichen Stellung der drehbaren Einheit diesen festzustellen und zu korrigieren.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Nutzfahrzeug oder ein Personenkraftwagen, mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Um- gebungsinformationen, welche gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut ist und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen schematische Längsschnitt durch einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsinformationen mit einer optischen Kurzschlusseinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Sensoreinrichtung ähnlich der gemäß Fig. 1 , jedoch mit einer etwas anders ausgebildeten optischen Kurzschlusseinrichtung, und

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Lastkraftwagens mit einem Umgebungserfas- sungswinkelbereich und einem nicht dafür genutzten Winkelbereich.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Sensoreinrichtungen 23, 23' dienen zur Erfassung von Umgebungsinformationen im Bereich eine Fahrzeugs. Wie Fig. 3 beispielhaft zeigt, kann ein solches Fahrzeug ein Lastkraftwagen 22 sein, die Anordnung der Sensoreinrichtung 23, 23' in einem Personenkraftwagen ist aber ebenfalls möglich und vorteilhaft. Eine solche Sensoreinrichtung 23, 23' kann mit einem Fahrerunterstützungssystem 34 im Fahrzeug mechanisch und signaltechnisch verbunden sein, oder auch ein Bestandteil des Fahrerunterstützungssystems 34 sein. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel befindet sich eine gemäß der Erfindung ausgebildete Sensoreinrichtung 23, 23' an der rechten Vorderseite des Lastkraftwagens 22, von wo aus es einen fahrerfernen Winkelbereich 17 von 180° erfasst und diesen Winkelbereich 17 auf das Vorhandensein von Objekten 29, wie beispielsweise den in Fig. 3 dargestellten Personenkraftwagen überwacht. Dieses Objekt 29 kann sich in einem Totwinkel-Bereich 33 des Lastkraftwagens 22 befinden, so dass dieses von dem Fahrer des Lastkraftwagens 22 in seinem Rückspiegel ohne weitere Maßnahmen nicht erkennbar wäre. Der übrige, fahrerseitige Winkelbereich 18 von 180° wird von der Sensoreinrichtung 23, 23' nicht erfasst und damit auch nicht überwacht. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, verfügt die Sensoreinrichtung 23, 23' über ein Gehäuse 15, in dem eine Sendeeinheit 1 und eine Empfangseinheit 2 koaxial zu einer Rotationsachse 5 angeordnet sind. Die Sendeeinheit 1 weist eine Laserdiode 3 als Sender auf, welche Lichtpulse aussendet, deren Wellenlänge beispielsweise im Infrarotbereich liegt. In Abstrahlrichtung der Laserdiode 3 ist eine Sendeoptik 4 zur Sendestrahlfokussierung in der Sendeeinheit 1 angeordnet. Die ausgesendeten Lichtimpulse verlassen das Gehäuse 15 der Sensoreinrichtung 23, 23' über ein erstes optisches Fenster 16a in dem Gehäuse 15.

Die Empfangseinheit 2 weist eine Fotodiode 6 als Detektor auf, dem eine Empfangsoptik 7 optisch vorgeordnet ist. Im Strahlengang vor der Empfangsoptik 7 ist ein zweites optisches Fenster 16b in dem Gehäuse 15 angeordnet. Weiter gehört dazu ein Empfangsspiegel 8, der zur Rotationsachse 5 um 45° geneigt ist und eingehende Lichtpulse zur Fotodiode 6 umlenkt. Dem Empfangsspiegel 8 ist im Strahlengang ein Filter 9, eine sphärisch-plankonvexe Linse 10 zur Empfangsstrahlparallelisierung und eine Blende 1 1 nachgeordnet, die in dieser Reihenfolge vor der Fotodiode 6 angeordnet sind.

Im Gehäuse 15 der Sensoreinrichtung 23, 23' ist axial zwischen der Sendeeinheit 1 und dem Empfangsspiegel 8 der Empfangseinheit 2 ein Antriebsmotor 12 angeordnet, dessen Antriebswelle 21 an ihrem einen Ende mit dem Empfangsspiegel 8 und an ihrem anderen Ende mit der Sendeeinheit 1 verbunden ist. Auf diese Weise bilden die Antriebswelle 21 , der Empfangsspiegel 8 und die Sendeeinheit 1 eine drehbare Einheit 13. Der Motor 12 ist beispielsweise als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Die Fotodiode 6 sowie der Filter 9, die Linse 10 und die Blende 1 1 sind radial innerhalb des Gehäuses 5 angeordnet und an diesem befestigt.

Außerdem ist in dem Gehäuse 15 eine optische Kamera 19 angeordnet, die zur Beobachtung des zur Objekterkennung abzutastenden Umgebungsbereichs 17 nutzbar ist, und die eine eingangsseitige Optik 27 aufweist, welche durch ein drittes optisches Fenster 16c im Gehäuse 15 geschützt ist. Die Sensoreinrichtung 23, 23' verfügt gemäß den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 über eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 20, welche zur Steuerung der Sendeeinheit 1 und zur Auswertung der von der Empfangseinheit 2 empfangenen Informationen dient. Diese Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 ist, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, in dem Gehäuse 15 der Sensoreinrichtung 23, 23' integriert, es ist aber auch möglich, die Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 außerhalb des Gehäuses 15 anzuordnen und diese über einsprechende Sensor-, Daten- und Steuerleitungen mit der Sensoreinrichtung 23, 23' zu verbinden. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit 1 und der Antriebsmotor 12 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 über Steuerleitungen 24, 25 elektrisch verbunden sind. Die Fotodiode 6 steht über eine Sensorleitung 26, und die optische Kamera 19 über eine Sendeleitung 28 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 in Verbindung. Mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 können die Sendeeinheit 1 beziehungsweise die ausgesendeten Lichtpulse sowie der Antriebsmotor 12 gesteuert und eingestellt werden, sowie von der Fotodiode 6 erzeugte Signale von empfangenen Lichtpulsen ausgewertet werden.

Bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 ist radial außerhalb der drehbaren Einheit 13, jedoch innerhalb des Gehäuses 15 der Sensoreinrichtung 23, 23', eine optische Kurzschlusseinrichtung 14 angeordnet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel besteht die optische Kurzschlusseinrichtung 14 aus einem Lichtleiter 14a. Der Ort des eingangsseitigen Endes dieses Lichtleiters 14a definiert die ortsfeste Nullpunktposition 32 des möglichen Drehwinkelbereiches der drehbaren Einheit 13. Anders ausgedrückt ist die Nullpunktposition 32 des möglichen Drehwinkelbereiches durch die Mitte eines vierten optischen Fensters 30 bestimmt, welches radial gegenüber dem ersten optischen Fenster 16a im Gehäuse 15 angeordnet ist. Das ausgangsseitigen Ende des Lichtleiters 14a weist über ein fünftes optisches Fenster 31 zu dem Empfangsspiegel 8, welcher bei einer entsprechenden Drehwinkelstellung das durch den Lichtleiter 14a geleitete Licht auf kürzestem Wege und ohne mit einem Objekt 29 außerhalb der Sensoreinrichtung 23 interagiert zu haben im Sinne eines optischen Kurzschlusses zur Fotodiode 6 weiterleitet. Das ausgangsseitige erste optische Fenster 16a und das eingangsseitige zweite optische Fenster 16b sind dem zu erfassenden Winkelbereich 17 gemäß Fig. 2 zur Umgebungserfassung von 180° angepasst. Die optische Kurzschlusseinrichtung 14 ist auf der fensterabgewandten Seite in dem nicht zur Umgebungserfassung genutzten Winkelbereich 18 angeordnet und kann bei der Ausbildung als Lichtleiter auch an der Außenseite des Gehäuses 15 befestigt sein.

Abweichend von der Sensoreinrichtung 23 gemäß Fig. 1 ist bei der Sensoreinrichtung 23' gemäß Fig. 2 die optische Kurzschlusseinrichtung 14 nicht in Form eines Lichtleiters 14a ausgebildet. Stattdessen ist die optische Kurzschlusseinrichtung 14 durch zwei Spiegel 14b, 14c gebildet, die einen von der Laserdiode 3 der Sendeeinheit 2 in dem nicht zur Umgebungsabtastung ungenutzten Winkelbereich 18 ausgesandten Lichtpuls zum Empfangsspiegel 8 und von dort zur Fotodiode 6 weiterleiten. Ein solcher Lichtpuls gelangt auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel eingangsseitig durch das vierte optische Fenster 30 auf den um 45° zur Längsachse 5 geneigten dritten Spiegel 14b, um von diesem zu einem vierten Spiegel 14c weitergeleitet zu werden. Der dritte Spiegel ist erkennbar um 135° zur Längsachse 5 derart geneigt ausgerichtet, dass der Lichtpuls zu dem Empfangsspiegel 8 gelenkt wird.

Die Funktionsweise der Sensoreinrichtung 23, 23' wird nachfolgend anhand der Sensoreinrichtung 23 gemäß Fig. 1 beschrieben. Die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Sensoreinrichtung 23' ist bis auf die Weiterleitung des wenigstens einen Lichtimpulses über die Spiegel 14b, 14c anstelle über den Lichtleiter 14a identisch. Die Funktionsweise ist also wie folgt:

Die Sendeeinheit 1 sendet Lichtpulse in den abzutastenden Winkelbereich 17 der Umgebung aus, wobei die Umgebung durch die Rotation der drehbaren Einheit 13 in dem abzutastenden Winkelbereich 17 winkelaufgelöst gescannt wird, wobei der aktuelle Drehwinkel der drehbaren Einheit 13 über einen Motoransteuerungswert in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 bekannt ist. Die von Objekten 29 in dem abgetasteten Umgebungsbereich zurückgeworfenen Lichtpulse werden von dem Empfangsspiegel 8 auf die Fotodiode 6 gelenkt und von dieser detektiert. Die räumliche Lage und der Abstand der detektierten Objekte 29 werden in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 nach einem Lichtpulslaufzeitverfahren ermittelt. Das Lichtpulslaufzeitverfahren ist an sich bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert.

Zur Herstellung der Betriebsbereitschaft und zur Kalibrierung der Sensoreinrichtung 23 wird an dieser nach ihrem Einschalten zunächst eine Nullpunkterkennung zur Ermittlung der Drehwinkelposition der drehbaren Einheit 13 durchgeführt. Die drehwinkelbezogene Erkennung der Nullpunktposition 32 erfolgt mit Hilfe der optischen Kurzschlusseinrichtung 14 in dem nicht zur Objektabtastung genutzten Winkelbereich 18.

Dazu wird die Sendeeinheit 1 auch in dem nicht zur Objekterfassung genutzten Winkelbereich 18 betrieben. Bei der Rotation der drehbaren Einheit 13 sendet die Sendeeinheit 1 auch in den nicht zur Objekterkennung genutzten Winkelbereich 18 Lichtimpulse. Wenn die Sendeeinheit 1 mit ihren Lichtpulsen den Eingang der optischen Kurzschlusseinrichtung 14 beziehungsweise das eingangsseitige Ende des Lichtleiters 14a trifft, dann werden die Lichtpulse in den Lichtleiter 14a eingekoppelt sowie in Höhe des Empfangsspiegels 8 aus dem Lichtleiter 14a wieder ausgekoppelt und an diesen Empfangsspiegel 8 weitergeleitet. Der Empfangsspiegels 8 lenkt in dieser Drehstellung der Antriebswelle 21 die Lichtpulse auf die Fotodiode 6, die den optischen Kurzschluss de- tektiert und die Information darüber an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 weiterleitet. Da die Drehwinkelposition, an welcher der optische Kurzschluss auftritt, der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 bekannt ist, kann das optische Kurzschlusssignal als ein Nullpunktsignal für den Drehwinkelbereich der drehbaren Einheit 13 genutzt werden. Diese Nullpunkterkennung kann im Betrieb dazu verwendet werden, um einen eventuellen Phasenschlupf zwischen einem Ansteuersignal für den Motor 12 sowie der tatsächlichen Drehstellung der Antriebswelle 21 des Motors 12 festzustellen und gegebenenfalls zu korrigieren. Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)

Sendeeinheit

Empfangseinheit

Laserdiode

Sendeoptik

Rotationsachse

Detektor, Fotodiode

Empfangsoptik

Empfangsspiegel

Filter

Linse

Blende

Antriebsmotor

Drehbare Einheit

Optische Kurzschlusseinrichtung (1 . Ausführungsform)

a Lichtleiter der optischen Kurzschlusseinrichtung 14

b Ester Spiegel der optischen Kurzschlusseinrichtung (2. Ausführungsform)c Zweiter Spiegel der optischen Kurzschlusseinrichtung (2. Ausführungsform) Gehäuse

a Erste optische Fenster

b Zweite optische Fenster

c Dritte optische Fenster

Zur Umgebungsabtastung genutzter Winkelbereich

Zur Umgebungsabtastung ungenutzter Winkelbereich

Kamera

Steuer- und Auswerteeinrichtung

Antriebswelle

Lastkraftwagen, Nutzfahrzeug

Sensoreinrichtung

' Sensoreinrichtung

Steuerleitung Steuerleitung

Sensorleitung

Optik der Kamera

Sendeleitung der Kamera Objekt, Personenkraftwagen Vierte optische Fenster Fünfte optische Fenster Nullpunktposition

Totwinkel-Bereich

Fahrerunterstützungssystem