(57)【要約】  【課題】  混濁がある際の物体の検出および距離測定を改善した光電センサを提供すること。  【解決手段】  監視領域（１８）内の物体の検出および距離測定のための光電センサ（１０）が提示される。光電センサ（１０）は、投光ビーム（１４）を投光するための投光器（１２）と、ビーム（１４）を周期的に偏向するための回転可能な偏向部（１６）と、監視領域（１８）内で拡散反射されたビーム（２０）から受光信号を生成するための受光器（２４）と、受光信号をサンプリングするためのＡＤ変換器（３０）と、評価部（３２）とを備えており、受光信号に基づいて、物体までの距離を光伝播時間法を用いて測定するとともに混濁度を測定する。評価部（３２）は、混濁度を、角度に応じて投光ビーム（１４）の方向における混濁について測定し、混濁度の測定の対象となった受光信号と同一の信号から距離を測定し、角度に応じた混濁度を距離の測定の際に考慮するように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視領域（１８）内の物体の検出および距離測定のための光電センサ（１０）、特にレーザ・スキャナであって、
投光ビーム（１４）を投光するための投光器（１２）と、前記監視領域（１８）内で前記投光ビーム（１４）を周期的に偏向させるための回転可能な偏向部（１６）と、前記監視領域（１８）内で拡散反射または反射されたビーム（２０）から受光信号を生成するための受光器（２４）と、前記受光信号をサンプリングするためのＡＤ変換器（３０）と、評価部（３２）とを備え、
前記受光信号に基づいて、前記物体までの距離を光伝播時間法を用いて測定するとともに混濁度を測定する、光電センサにおいて、
前記評価部（３２）が、前記混濁度を、前記投光ビーム（１４）の方向における混濁について角度に応じて測定し、前記混濁度の測定の対象となった前記受光信号と同一の信号から距離を測定し、前記角度に応じた混濁度を距離測定の際に考慮するように構成されていることを特徴とする、光電センサ。
【請求項２】
前記投光器（１２）が、ある投光パルス波形を有する投光パルスをある投光時点に投光し、
前記評価部（３２）が、前記受光信号中の受光パルスに基づいて、前記投光ビーム（１４）中にある物体に帰属する受光時点を検知する、請求項１に記載のセンサ（１０）。
【請求項３】
前記評価部（３２）が、前記混濁度が混濁を示している場合、サンプリングされた前記受光信号を、混濁抑制用フィルタを用いて処理するように構成されている、請求項１または２に記載のセンサ（１０）。
【請求項４】
前記評価部（３２）が、前記混濁度に基づいて、混濁抑制用フィルタを選定するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。
【請求項５】
前記評価部（３２）が、フィルタのパラメータを前記混濁度に適応させ、特にフィルタのパラメータの尺度を混濁に合わせて調節するように構成されている、請求項３または４に記載のセンサ（１０）。
【請求項６】
前記受光器（２４）が、距離に応じた強度特性を有する受光光学系を備えている、請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。
【請求項７】
前記フィルタが、前記距離に応じた強度特性に合わせて調整されている、請求項６に記載のセンサ（１０）。
【請求項８】
前記評価部（３２）が、前記距離に応じた強度特性に基づいて前記混濁度を測定するように構成されている、請求項６または７に記載のセンサ（１０）。
【請求項９】
前記混濁度を角度に応じて表示または出力するための、表示部または出力部（３４）を備えている、請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。
【請求項１０】
安全なレーザ・スキャナであって、安全な出力部（３４）を備えており、その評価部（３２）が、前記監視領域（１８）の内部の少なくとも１つの設定された保護区域内への許容されない侵入を検知した際に、前記安全な出力部（３４）を介して停止信号を出力する、請求項１から９のいずれか一項に記載のセンサ（１０）。
【請求項１１】
前記評価部（３２）が、前記保護区域の内部の前記混濁度が許容範囲内にあるか否かを検査するように構成されている、請求項１０に記載のセンサ（１０）。
【請求項１２】
監視領域（１８）内の物体の検出および距離測定のための方法であって、
投光ビーム（１４）が投光され、前記監視領域（１８）内で周期的に偏向され、
受光信号が、前記監視領域（１８）内で拡散反射または反射されたビーム（２０）から生成およびサンプリングされ、前記受光信号に基づいて、前記物体までの距離が光伝播時間法を用いて測定されるとともに混濁度が測定される、方法において、
前記混濁度が、前記投光ビーム（１４）の方向における混濁について角度に応じて測定され、前記混濁度の測定の対象となった前記受光信号と同一の信号から距離が測定され、前記角度に応じた混濁度が距離測定の際に考慮されることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１あるいは１２のプリアンブルに記載の、光電センサならびに混濁度の測定を用いた物体の検出および距離測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ・スキャナによる物体検出では、レーザ光源によって生成されたビームが、可動偏向部を用いて監視領域を周期的に走査する。光は監視領域内の物体に当たって拡散反射され、レーザ・スキャナにおいて評価される。偏向部の角度位置から物体の角度姿勢が推測され、光伝播時間から光の速度を用いて、さらにレーザ・スキャナから物体までの距離が推測される。これに関して、光伝播時間を測定するための２つの基本原理が知られている。位相に基づく方法では、投光が変調され、投光に対する受光の位相シフトが評価される。パルスに基づく方法では、レーザ・スキャナが、投光された光パルスが再び受光されるまでの経過時間を測定する。
【０００３】
角度および距離情報を用いて、監視領域内の物体の位置が二次元の極座標系において検出される。例えば、レーザ・スキャナ内の偏向部の運動の自由度を上げる、または物体をレーザ・スキャナに対して移動させることによる、横方向の相対移動によって、３つ目の空間座標も同様に検出することができる。これにより、三次元形状を測定することも可能である。
【０００４】
レーザ・スキャナはこのような測定用途の他に、安全技術において、例えば危険性のある機械に代表されるような危険源を監視するためにも使用されている。この種の安全レーザ・スキャナが、特許文献１より知られている。この発明では、機械稼働中に操作者の立ち入りが禁止された保護区域が監視される。レーザ・スキャナが、操作者の脚等による保護区域内への許容されない侵入を検知すると、レーザ・スキャナは機械の緊急停止を作動させる。例えば、静的な機械要素による侵入のような、保護区域内へのその他の侵入は、許容されるものとして予めティーチングすることができる。保護区域内への侵入とそれに伴う安全措置を一歩手前で防止し、機器の利用可能性を向上するために、保護区域の上流には、侵入によって差し当たりは警告のみが出される警告区域が設けられている場合が多い。安全レーザ・スキャナは大抵、パルスに基づいて機能する。
【０００５】
安全技術に使用されるセンサは特に確実に機能しなければならず、そのため、例えば、機械安全性の基準ＥＮ１３８４９および非接触式保護装置（ＢＷＳ）の設備基準ＥＮ６１４９６等の、高い安全要件を満たさなければならない。これらの安全基準を満たすには、例えば、冗長かつ多様な電子機器による確実な電子的評価を行う、光学的構成部品（特にフロントガラス）の機能監視または特に汚染の監視を行う、および／または、所定の反射率を有するいくつかの検査用標的を予め用意し、それぞれ所定の走査角度で必ず検知されるようにしておく、といった一連の措置を取らなければならない。
【０００６】
レーザ・スキャナを厳しい周囲条件下で、および特に屋外で使用する場合、例えば霧や埃による混濁を考慮しておかなければならない。混濁によって視界が減少すると、レーザ・スキャナのエネルギー射程が分散損失によって減少し、光学的測定信号が減衰する。評価の際の方法によっては、大気混濁に起因した信号による幻惑によって誤測定に至ることさえある。したがって、本来の標的物体はもはや検知されず、あるいは、混濁に起因した信号が誤って物体として解釈される。混濁の度合に応じて飛程が減少し、または、測定が完全に妨害されることにより、センサが利用不可能となる。
【０００７】
受光信号と物体閾値との比較による簡略な評価方法では、混濁と物体との区別が確実に成功するとは限らない。というのも、近距離の混濁は、より遠くにある物体の強度に容易に達してしまうのである。距離に応じて閾値を適応させる等の補正措置は、この種の混同を解消するには十分ではない。
【０００８】
多重エコー対応型とも呼ばれる他種のレーザ・スキャナは、閾値を用いて受光信号を評価するのではなく、投光パルスに続く経時的なエコー曲線の全体を観察する。この目的のため、ＡＤ変換器を用いて受光信号が検出され、続いて、保存された全体の曲線がパターン認識方法によって評価される。例えば特許文献２が、この手法を採っている。これによって、ガラス窓の後方の物体等の、走査ビーム内に互いに前後に位置する物体の検出が可能になる。物体のエコーと混濁のエコーとを区別するために、硬い標的、つまり物体に当たった時のエコーの予測パルス波形との比較が行われる。混濁のエコーは純粋な外乱として扱われ、混濁の種類および度合の評価は行われない。それゆえ、測定能力の制約をもたらし得る、外乱抑制の残余誤差および周囲条件が不明なままである。そのため、この従来のレーザ・スキャナは、その機能性（性能を発揮し得るか否か）に関して確実な報告を自ら出力することができない。
【０００９】
ある位置での視界を計測し、これをセンサの周囲環境の代表値として出力する、霧または埃測定装置が知られている。そこでは、混濁の均一な分布が想定されているが、これは当てはまらない場合が多い。したがって、別の測定方向については、混濁が過大評価および過小評価されてしまう。
【００１０】
特許文献３より知られている、視界測定を用いたレーザ・スキャナは、混濁に起因する外乱効果を区別し、その度合を検知するとともに、外乱が広範囲に及んでいるか、またはある角度範囲に限られているかを検知する。分類は、外乱の位置、外形、形状、サイズ、範囲、距離、構造、時間挙動、反射挙動、または周囲環境のような特徴的な外乱特性に基づいて行われる。次に、この分類に応じて、予備較正表から現在の視界が読み出される。この視界は概算値であるので、方向に応じた不均一性を考慮していない。その上、分類はティーチングされた実績値に純粋に経験的に基づいているので、誤差が生じやすい。
【００１１】
特許文献４は、光学的パルス伝播時間法を用いた距離測定を開示している。このセンサは、受光信号を特定の外乱（例えば汚れたフロントガラスに当たった時の、または霧の際のエコーの典型的な信号推移）に分類するための規則を知っている。この典型的な推移には広い許容範囲が設けられているが、特許文献４はこれを不明瞭な論理（ファジー論理）を用いた評価と呼んでいる。このシステムは、重畳信号、つまり霧の中の物体に対処できず、いずれにしても、物体の距離測定の精度を外乱の知識によって向上することができない。その上、このセンサはレーザ・スキャナではないので、局所的に発生する、または局所的に際立った外乱のみを、方向に応じてい検知することについては検討されていない。
【００１２】
その後に開示された特許文献５によるレーザ・スキャナは、アナログの受光パス中のスプリッタ素子を利用して、受光信号をより高周波数の物体信号と低周波数の混濁信号とに分割し、これらの信号を別々に評価している。この発明においてさらに検討されている手法では、距離に応じた信号特性（信号ダイナミクス）が特徴的な周波数で変調されるように、受光光学系が特別に設計されている。そして、混濁信号は、例えばこの信号ダイナミクスとの相関関係によって測定される。しかし、このさらなる手法も、評価部で共通のデジタル信号を処理するのではなく、アナログパスにおいてスプリッタ素子を用いて信号を予め物理的に分割することを前提としている。物体信号が混濁に重畳している場合には、評価が歪められて不正確になったり、さらには妨害さえされたりする原因となる信号成分が物体信号に含まれるが、その信号成分が、前述の周波数による厳密な予備分割によって前もって物体信号から除去されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】DE 43 40 756 A1
【特許文献２】EP 2 182 378 A1
【特許文献３】EP 1 302 784 A2
【特許文献４】DE 197 17 399 A1
【特許文献５】EP 2 541 273 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明は、混濁の際の物体の検出および距離測定を改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この課題は、請求項１あるいは請求項１２に記載の、光電センサならびに物体の検出および距離測定方法によって解決される。この解決方法は、物体距離に関する情報だけでなく混濁に関する情報をも得るために、サンプリングされた受光信号の全ての信号情報を利用するという基本思想に基づいている。このために、混濁度が、センサ周囲の広範囲にわたってではなく、各走査方向について個別に測定される。さらに、サンプリングされた同一の受光信号が、混濁および物体距離の両方に関して評価される。この場合、受光信号は、例えばある角度に渡るサンプリング信号、つまり、例えば２つの投光時点の時間間隔中の受光信号と理解される。デジタル信号処理は、サンプリングされた受光信号に完全に基づいており、例えば予めアナログ段階で混濁信号および物体信号への分離が行われたりしないので、デジタル段階においてもなお、受光時点ひいては物体距離の正確な測定を可能にするために、全ての測定情報を利用することができる。
【００１６】
本発明は、混濁の測定が、物体の距離測定と同時に、同じ位置で、あるいは同じ角度および同じ距離について行われるという利点を有している。このため、混濁の時間的または場所的な均一性が前提とされない。また、不均一な混濁も測定可能であり、出力することができる。この種の測定データは、特に混濁の均一性についての情報も含んでいる。混濁のおおよその度合を測定するだけでなく、まだ測定可能な全ての方向において実際に距離値が測定されるので、センサの利用可能性が向上する。混濁度は同時に、混濁の影響を受ける方向においてなおも測定可能な全ての距離値の質を評価するための尺度でもある。
【００１７】
投光器は、好ましくは、ある投光時点に、ある投光パルス波形を有する投光パルスを投光する。このように、レーザはパルスに基づく光伝播時間測定を利用する。そして評価部が、好ましくは、受光信号中の受光パルスに基づいて、投光ビーム中にある物体に帰属する受光時点を検知する。理想的には、受光パルスは投光パルスの波形を有しており、実質的にその波形から検知することができる。帰属する物体の光伝播時間は、受光時点と投光時点との差である。例えば周縁部への的中、または部分的に透明な物体の場合は、投光ビーム中に互いに前後に位置する複数の物体からの複数のエコーがあり得る。その場合、評価部が、複数のあるいは全ての物体を測定するか、または、ヒューリスティクな手法により、複数のエコーの１つ、つまりは物体の１つ（例えば、最大のエコー、最前面のエコー、または予測距離範囲内のエコー）を選択することが考えられる。
【００１８】
評価部は、好ましくは、混濁度が混濁を示している場合、混濁抑制用のフィルタを用いて、サンプリングした受光信号を処理するように構成されている。通常、この処理はフィルタカーネルを用いて、サンプリングした受光信号の離散的な畳み込みによって行われる。しかし、本発明は、混濁による外乱成分を抑制するための他の方法も同様に含んでいる。この抑制は、少なくともある程度の混濁が実際に検出されたサンプリング時点あるいは方向または角度についてのみ行われる。抑制は例えば、混濁度の閾値評価によって確定される。その際、閾値は、どの程度の混濁から明瞭な視界が得られなくなるか、およびそのために混濁による信号成分の抑制が必要になるかを規定する。
【００１９】
評価部は、好ましくは、混濁度に基づいて、混濁抑制用のフィルタを選定するように構成されている。ここでは、そもそも混濁による信号成分が存在するか否かの単純な決定を超えて、計測された混濁に適したフィルタが選定される。この選定は、混濁の種類、つまり、霧、煙、雪等に応じて、および混濁の度合にも基づいて行うことができるので、僅かな混濁に対しては強い混濁用のものとは別のフィルタが使用される。
【００２０】
評価部は、好ましくは、フィルタのパラメータを混濁度に適応させるように構成されている。この場合、フィルタが計測された混濁度に適応されることによって、基本的に同一のフィルタが使用される。例えば、より強い混濁の際により強力な抑制がもたらされるように、フィルタのパラメータの尺度を混濁に合わせて調節することが考えられる。
【００２１】
受光器は、好ましくは、距離に応じた強度特性を有する受光光学系を備えている。「距離に応じた強度特性」は信号ダイナミクスとも呼ばれ、受光光学系までの距離に応じた強度関数または増幅関数で表される。この強度特性は、反射率が定義された標的を、まずはセンサの前に直接配置、つまりゼロの距離で配置し、そこからセンサの最大の測定距離まで移動させることによって決定される。その際、各距離においてビームが投光され、標的によって拡散反射されたビームの強度が計測される。この強度特性は、例えば仕上段階でシミュレーション、算出、またはティーチングすることができる。これにより、強度特性をフィルタの設計のために知ることができ、さらにセンサに保存することができる。強度特性は受光光学系の重要な特性であり、しばしば特定の所望の強度特性を得るために最適化される。
【００２２】
フィルタは、好ましくは、距離に応じた強度特性に合わせて調整されている。このようなフィルタは、特に、既知の信号ダイナミクスを抑制するのに適している。というのも、混濁に起因する信号は、投光パルス波形と強度特性との畳み込みであるからである。つまり、未知の外乱信号を抑制しようというわけではなく、外乱信号の波形は原理的に予め知られている。そのため、フィルタをその抑制のために特別に設計することができる。加えて、外乱は混濁の度合に応じて増減するので、好ましくはさらに、実際の、同一の受光信号から計測された混濁度への適応が行われる。このような調節の際、好適にはさらに、受光パス中の増幅素子への過負荷による飽和効果も考慮される。
【００２３】
評価部は、好ましくは、距離に応じた強度特性に基づいて混濁度を測定するように構成されている。混濁に起因する信号成分の予測信号推移に合わせてフィルタを特別に適応させられるのと同様に、この予測信号推移を利用して、この混濁に起因する信号成分を検知することもできる。その際、混濁の度合による増減が予測され、この増減から混濁度を測定することができる。ここでも、前段落で言及した飽和効果を考慮しなければならない。混濁に起因する信号成分の波形に関する知識を利用するために、例えば、測定信号を人工的な信号や、予め特定の混濁の下で測定され、ティーチングされた信号で補正することができる。さらに、強度特性が特定の検知可能な波形を有している、またはそのような波形を特別に受光光学系もしくはその強度特性の設計に組み込むことも考えられる。そのような波形の増幅から、混濁度を非常に容易に導出することができる。ただし、受光光学系の設計の際は、そのような波形が物体のエコーと混同されることのないように考慮する。
【００２４】
センサは、好ましくは、角度に応じて混濁度を表示または出力するための、表示部または出力部を備えている。混濁度は物体距離以外のさらなる測定値であり、この混濁度を各投光ビームについて角度に応じて利用することができる。この測定値は利用者にとって有益な情報を含んでいることがあるので、利用可能であることが好適である。「混濁度の出力」は、それから導出される量、例えば混濁度に対応する視界、あるいはこの方向において得られた物体距離の質または確実性の基準としても理解される。代替として、大ざっぱに見て例えば補償可能なまたは強すぎる混濁が存在する、より広い角度範囲において、なおも物体距離を測定するために、方向に応じた出力を集約してもよい。
【００２５】
センサは、好ましくは安全なレーザ・スキャナであり、安全な出力を備えており、その評価部が、監視領域内の少なくとも１つの設定可能な保護区域内への許容されない侵入を検知すると、安全な出力部を介して停止信号を出力するように構成されている。まさしく、安全レーザ・スキャナは、特に確実に機能しなければならない。したがって、混濁の際は、安全機能がまだ保証されているか否かを検知しなければならない。本発明によって、安全技術への応用が外乱のある条件下、特に屋外においても可能になる。
【００２６】
評価部は、好ましくは、保護区域内の混濁度が許容範囲内にあるか否かを検査するように構成されている。補償不可能な混濁が保護区域に生じた場合、安全のための停止が行われる。しかし、たとえ混濁が生じても、保護区域が全く影響を受けていないか、少なくとも確実な物体検出がまだ可能である程度にしか影響を受けていなければ、センサは安全機能を保証することができる。これを確定するために、例えば、物体が確実に検知されるまで混濁度から距離が導出される。そして、強すぎる混濁の影響を受けた方向および距離に、保護区域またはその部分領域が位置しているかが比較される。これが該当する場合のみ、混濁による停止が行われるため、センサの利用可能性が向上する。
【００２７】
本発明による方法は同様にさらに発展させることができ、その際も同様に利点を発揮する。この種の有利な特徴は、限定的ではなく例示的に、独立請求項に続く従属請求項に記載されている。
【００２８】
以下では本発明を、さらなる特徴および有利な例を含めて、実施形態に基づいて添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】レーザ・スキャナの概略断面図。
【図２】検出された物体と混濁との重畳の際の、受光信号の経時的な強度推移の例を示す図。
【図３】物体が無い混濁の際の、受光信号の経時的な強度推移の例を示す図。
【図４】物体が無い、より強い混濁の際の、受光信号の経時的な強度推移の例を示す図。
【図５】検出された物体とより強い混濁との重畳の際の、受光信号の経時的な強度推移の例を示す図。
【図６】様々な混濁と、それによって方向に応じて制限された射程を有するセンサの監視領域の概略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明によるレーザ・スキャナ１０の概略断面図である。本発明をこの例に即して説明するが、本発明は、請求項に言及された特性を有する検出および距離測定用の他の光電センサも含んでいる。
【００３１】
例えばレーザである投光器１２によって生成された、個別光パルスを有するビーム１４は、光偏向部１６ａ〜ｂを介して監視領域１８内へと偏向され、そこで場合によっては存在する物体によって拡散反射される。窓ガラスのような、投光の一部を反射するとともに透過させる部分的に透明な物体による混濁や、多数の散乱標的による混濁の場合にそうであるように、拡散反射は繰り返し様々な距離において起こり得る。拡散反射光２０は再びレーザ・スキャナに到達し、そこで偏向部１６ｂを介し、受光光学系２２を用いて、受光器２４（例えばフォト・ダイオード）によって検出される。
【００３２】
光偏向部１６ｂは一般に、モータ２６の駆動によって連続的に回転される回転ミラーとして構成されている。代替として、投光器１２を含む測定ヘッドを回転させてもよい。その都度の角度位置はエンコーダ２８によって検出される。このように、ビーム１４は回転動作によって生成された監視領域１８を走査する。監視領域１８からの反射光信号２０が受光器２４によって受信されると、偏向部１６ｂの角度位置から、エンコーダ２８を用いて監視領域１８内の物体の角度姿勢が推測される。
【００３３】
加えて、個別光パルスの、その投光から監視領域１８内の物体に当たって反射した後に受光されるまでの伝播時間が算出される。光伝播時間から、光の速度を用いて、レーザ・スキャナ１０から物体までの距離が推測される。この評価は、ＡＤ変換器３０でサンプリングされた受光器２４の受光信号に基づいて、評価部３２により行われる。この目的のために、評価部はＡＤ変換器３０の他に、投光器１２、モータ２６、およびエンコーダ２８と接続されている。このように、角度および距離を介して、監視領域１８内の全ての物体の二次元の極座標系を利用することができる。加えて、評価部３２は、後述の方法で監視領域１８内の混濁を測定する。物体位置および混濁等の全測定値は、出力部３４を介して出力することができる。上述の全ての機能部品は、光出口および光入口の領域にフロントガラス３８を備えたハウジング３６内に配置されている。
【００３４】
安全技術への応用では、評価部３２は、検出された物体の位置を１つまたは複数の保護区域と比較する。評価部３２のその複数の保護区域の形状は対応するパラメータによって設定または構成される。それにより、評価部３２は、保護区域が侵犯されているか、つまりその中に許容されない物体があるか否かを検知し、その結果に応じて、本実施形態では安全出力部（ＯＳＳＤ、Output Signal Switching Device）として構成された出力３４を切り替える。それによって、例えば、レーザ・スキャナ１０によって監視される、接続された機械の緊急停止が作動する。このようなレーザ・スキャナは、導入部で述べた基準、およびそれに要求される措置を満たすことによって安全レーザ・スキャナとして構成されている。
【００３５】
レーザ・スキャナ１０は、視野が制限された周囲条件下でも使用することができ、つまり屋外に対応している、あるいは汚染された環境に対して耐性がある。このような周囲環境における外乱源としては、雪、霧、雨、噴霧、埃、煙、煤煙、排ガス、フロントガラスおよび光学系の汚れ、または同様の影響が考えられ、これらを全て混濁として一括りにすることができる。混濁では、多数の小粒子が散乱の中心として様々な射程における信号成分の原因となり、この信号成分に、検知された物体からの、測定対象であるエコーが重畳される。
【００３６】
図２は、評価部３２がデジタル曲線として評価する、サンプリングされた受光信号の例示的な強度推移を示している。まず、強度推移における光伝播時間測定のための参照として採用される、参照投光パルスの強力な信号ピーク（最大値）４０が投光時点に生じる。センサ１０からの退出の後、混濁に基づく幅広い混濁ピーク４２が生じる。この混濁ピーク４２に対して、監視領域１８内の物体からの受光パルス４４が重畳される。その受光時点ｔＥが測定対象である。
【００３７】
ここで、評価部３２は、混濁の度合を測定し、受光パルス４４の位置を特定するという役割を有している。その際、混濁度を利用することによって、受光パルス４４の位置特定を容易にし、重畳によって生じ得る受光パルス４４のずれを修正する必要がある。
【００３８】
この評価のために、予測される曲線形状に関する予備知識が与えられている。まず、受光パルス４４のパルス波形は、投光パルス波形と一致していることから原理的に分かる。それにより、幅の広い混濁最大値４２を受光パルス４４から区別することができる。受光パルス４４が重畳にもかかわらず非常に明確に形成されている図２の状況では、このパルス波形のみから受光パルスを検知することができる。
【００３９】
混濁によって生成される信号成分の信号波形も分かっている。つまりこの信号波形は、受光光学系２２の信号ダイナミクスを用いた投光パルスのパルス波形の畳み込みによって表される。ここで、信号ダイナミクスあるいは距離に応じた強度特性とは、拡散反射する平らな標的を検知するための、距離に応じた検出感度のことである。前述の通り、混濁を引き起こす粒子は、多数の散漫散乱の中心を形成し、それにより、そのような散漫散乱する標的を事実上あらゆる観察対象の射程において形成する。
【００４０】
理想的な場合、信号ダイナミクスは、フロントガラス３８のすぐ後方まで信号がほとんど生じず、フロントガラス３８に当たった時の反射が可能な限り、測定可能な外乱信号を引き起こさないように構成される。それによれば、信号ダイナミクスは確実な測定の最大射程距離まで可能な限り一定であるべきである。最大射程距離の後方では、信号ダイナミクスは二次的に減少する。とりわけ受光光学系２２の特性としての信号ダイナミクスは、例えば仕上段階においてティーチングし、評価部３２に保存することができる。
【００４１】
図３は、混濁のみに基づいた、受光パルス４４が無い例示的な強度推移を示している。信号ダイナミクスは混濁ピーク４２の側部の挙動を決定する。側部の平坦域においては、設計努力により達成された信号ダイナミクスの一定の推移からの逸脱が生じ、さらに混濁の度合によっては、センサ１０の受光パスにある不図示の増幅要素の飽和による効果が生じる。
【００４２】
図４は比較として、より強い混濁の際の、混濁のみに基づいた強度推移を例示的に示している。この混濁に応じて、混濁ピークの幅がより広くなっている。
【００４３】
ここで、図５の例示的な強度推移に示されたように、受光パルス４４がより強い混濁に重畳されると、受光パルス４４の位置を特定することが著しく困難になる。その上、受光時点が重畳によってずれることもあり得る。
【００４４】
評価部３２は、受光パルス４４の信号波形および混濁の際の信号推移に関する、自身の予備知識を利用する。これにより、評価部３２はまず既知の信号ダイナミクスを用いて、混濁があるか否かを調べ、混濁があればその強度を確定する。この混濁測定は、各方向において、受光信号における物体の受光パルス４４の有無を検査する度に行われる。これによって、一方では、混濁あるいは混濁から導出される視界についての追加的な測定値が角度毎にもたらされ、それを出力部３４へ出力または表示することができる。他方では、物体距離が測定される元となる信号についての混濁の度合いが分かる。従って、計測された混濁と検出された物体との間の帰属性に誤差が生じる原因となり得る、時間的または場所的な食い違いが生じない。
【００４５】
混濁は、方向に応じて測定能力についての情報を与える。加えて、混濁は、サンプリングされる受光信号に適応したフィルタを用いるために、またはパラメータをそのようなフィルタに適応させるために利用される。センサ１０は、悪天候などによって変化する周囲条件にこのように対応することによって、その利用可能性を向上させる。
【００４６】
例えば、混濁が確定されなかった場合には、混濁の抑制のためのフィルタは使用されない。つまり、この状況では、抑制するべき混濁が存在せず、むしろフィルタがあると、誤って物体のエコーの信号成分を抑制してしまいかねない。
【００４７】
簡略な実施形態では、混濁の検知の際に、その混濁に帰属するサンプリングされる受光信号に用いられるフィルタが予め設計される。また、複数の固定化されたフィルタを外乱の様々な種類、つまり、雪、雨、霧等に対して予め設計しておくことも考えられる。稼働中には、検出された混濁が分類され、対応するフィルタが用いられる。最後に、実際に計測された混濁に基づいてパラメータの設定を行うことができる１つまたは複数のフィルタを設計することも考えられる。最も簡略な場合は、フィルタリング対象であるサンプリングされた受光信号に存在する混濁の強度に応じてパラメータの尺度を調節するという方法である。
【００４８】
フィルタはいずれにしても、混濁による信号成分の、信号ダイナミクスから分かる強度推移を抑制するために最適化される。加えて、受光パルス４４の既知の信号波形を考慮し、受光パルス４４が、フィルタリングによって少なくとも可能な限り変化されずにいるか、またはより強調されるようにすることができる。
【００４９】
図６は、様々な混濁４６、およびそれによって方向に応じて制限された射程を有するセンサ１０の監視領域１８の概略平面図である。走査ビーム１４、２０の最大射程距離を含む、一種の有効監視領域４８が生じている。それに対して、有効監視領域４８は、混濁４６のある領域ではより短い射程に限られている。有効監視領域４８の内部では混濁４６にもかかわらずなおも確実な距離測定が可能である。このため、混濁の度合が角度に応じて評価される。
【００５０】
安全技術への応用では、有効監視領域４８により、安全技術的な停止が必要となる混濁４６であるか否かを決定することができる。この目的のために、図６には不図示の保護区域が、全ての関連する角度について、減少した射程内にあるか否かが検査される。射程内にある場合は、混濁にもかかわらず安全性が引き続き保証される。そうでなければ、安全のための停止が行われる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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