(57)【要約】【課題】空間領域をモニターするための、特に自動運転設備の危険領域を保護するための装置を提供する。【解決手段】光信号を空間領域中に少なくとも一時的に光を発する照明装置を備え、第１画像記録ユニット２２によって、空間領域の第１画像を記録する該第１画像記録ユニット２２は、複数の画素を有する画像センサ２６を備える。評価ユニット１４は、伝搬時間測定を用いて、空間領域に配置され少なくとも一つの画素上に撮像される少なくとも一つの空間領域点３４について距離値ｄMを決定するように設計される。試験装置１５は、間違った距離値ｄMを識別するために、少なくとも一つの第１画像と一つの第２画像とを比較するように設計される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間領域（３０）をモニターするための、自動運転設備の危険領域を保護するための装置であって、
光信号（３５）を前記空間領域（３０）中に少なくとも一時的に発する照明装置（２０；４６，４８）を備え、前記空間領域（３０）の少なくとも一つの第１画像を記録するための第１画像記録ユニット（２２）を備え、前記第１画像記録ユニット（２２）は、複数の空間領域点（３４）を撮像するための複数の画素を有する画像センサ（２６）を備え、伝搬時間測定を用いて前記空間領域点（３４）のうち少なくとも一つについて距離値（ｄM）を決定するように設計される評価ユニット（１４）を備え、前記距離値（ｄM）によって安全機能を起動する制御ユニット（１６）を備え、間違った距離値（ｄM）を識別するために、少なくとも一つの第１画像と一つの第２画像とを互いに比較するように設計される試験装置（１５）を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記試験装置（１５）は、間違った距離値（ｄM）を補正する、および／または不具合信号を発生するように設計されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光信号（３５）を、第１変調周波数で、かつ前記第１変調周波数と異なる少なくとも一つの第２変調周波数で変調するように設計される変調装置を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２画像を作成するための第２画像記録ユニット（２４）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１および前記第２画像記録ユニット（２２，２４）が、特に立体画像を作成するために、互いに平行に配置され、かつ規定のベース幅（ｂ）だけ間隔があけられていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記空間領域点（３４）から反射される前記光信号を前記第１および前記第２画像記録ユニット（２２，２４）間で分割するための少なくとも一つのビームスプリッタ（５０）を備えることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記照明装置（４６，４８）は、少なくとも二つの異なる波長で光を発するように設計され、前記第１画像記録ユニット（２２）は、第１通過波長を有する第１光学フィルター素子（５２）に関連しており、前記第２画像記録ユニット（２４）は、第２通過波長を有する第２光学フィルター素子（５４）に関連していることを特徴とし、前記第１通過波長は、前記発せられた光の前記第１波長に本質的に対応し、前記第２通過波長は、前記発せられた光の前記第２波長に本質的に対応する、請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
空間領域をモニターするための、特に自動運転設備の危険領域を保護するための方法であって、
照明装置（２０；４６，４８）は、光信号を前記空間領域中に少なくとも一時的に発し、複数の画素を有する画像センサ（２６）を備える画像記録ユニット（２２）は、前記空間領域の画像を記録し、前記空間領域に配置される少なくとも一つの空間領域点（３４）についての距離値（ｄM）は、伝搬時間測定を用いて決定され、安全機能は、前記距離値（ｄM）の関数として起動され、少なくとも一つの第１画像および一つの第２画像は、間違った距離値（ｄM）を識別するために記録され比較されることを特徴とする方法。
【請求項９】
補正された距離値（ｄM）および／または不具合信号は、間違った距離値（ｄM）が識別される場合に発生されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１画像は、第１変調周波数で光を発すると記録され、前記第２画像は、第２変調周波数で光を発すると記録されることを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１画像は、第１画像記録ユニット（２２）によって記録され、前記第２画像は、第２画像記録ユニット（２４）によって記録されることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１画像記録ユニット（２２）の少なくとも一つの第１画素および前記第２画像記録ユニット（２４）の第２画素について、グレースケール値が記録され比較されることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間領域をモニターするための、特に自動運転設備の危険領域を保護するための装置であって、光信号を空間領域中に少なくとも一時的に発する照明装置を備え、空間領域の少なくとも一つの第１画像を記録するための第１画像記録ユニットを備え、該画像記録ユニットは、複数の空間領域点を撮像するための複数の画素を有する画像センサを備え、伝搬時間測定を用いて空間領域点のうち少なくとも一つについて距離値を決定するように設計される評価ユニットを備え、距離値によって安全機能を起動する制御ユニットを備える装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、空間領域をモニターするための、特に自動運転設備の危険領域を保護するための方法であって、照明装置は、光信号を空間領域中に少なくとも一時的に発し、複数の画素を有する画像センサを備える画像記録ユニットは、空間領域の画像を記録し、空間領域に配置される少なくとも一つの空間領域点についての距離値は、伝搬時間測定を用いて決定され、安全機能は、距離値の関数として起動される方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
この種類の装置および方法は、下記特許文献１から公知である。
光障壁および光グリッドは長い間公知であり、自動運転ロボット、プレスライン、コンベヤーベルト等の自動運転設備の危険領域を保護するために、機械障壁と同様、しばしば用いられてきた。光障壁および光グリッドは、保護されるべき設備の前に「光フェンス」を形成する。誰かが光フェンスを通過すれば、このことは、評価ユニットによって検出され、制御ユニットに信号で知らされる。制御ユニットは、次に、保護された設備をシャットダウンする、または該設備を何か他の方法で安全状態にする等、安全機能を起動する。さらに、警告メッセージ、警告信号等を起動してもよい。
【０００４】
光障壁は、長年にわたってこの目的に好適であることがわかっている。しかしながら、該光障壁には、いくつかの欠点がある。例えば、光障壁の設備は、互いに距離を置いている送信機および受信機を正確に整列しなければならないので、かなり複雑である。さらに。まっすぐな「フェンス輪郭」しか、光障壁によって達成することができない。複数の側において、または湾曲した外縁に沿って設備の危険な領域を保護するために、複数の光障壁または光グリッドシステムが必要とされる。さらに、多数の光源およびセンサが、小さい物体を確実に検出するために必要とされることに注目されたい。
【０００５】
これらの欠点を克服するために、画像記録および画像評価装置を用いて、自動運転設備の危険な領域を保護するための努力が長い間なされてきた。この場合、空間領域は、画像記録ユニット（しばしば単にカメラと呼ばれる）によって光学的にモニターされる。記録された画像は、危険な状況、例えば誰かが設備の危険な領域に入るのを検出するために、自動的にかつできる限りリアルタイムで評価される。
【０００６】
この意味で、下記特許文献２は、画定された対象物と、該対象物を撮像する画像記録ユニットとの間に延びている光学障壁を提案している。画像記録ユニットが画定された対象物を自由に眺める場合に得られる参照画像が、比較ユニットに記憶される。物体が、画像記録ユニットと対象物との間を通過中であるなら、比較ユニットは、現在の画像とあらかじめ記憶された参照画像との差を検出する。物体の進入はこの相違から識別され、例えば危険領域で動作している機械が停止される。本アプローチは、従来の光障壁および光グリッドと比較して、広範な危険領域または複雑な形状を持つ危険領域を保護するための複雑さをすでに軽減している。しかしながら、保護はまだ、大部分があらかじめ画定されかつ固定された「フェンス」によって達成されている。すなわち危険な領域の周りの力学的境界は、非常に限られた範囲内でのみ可能である。
【０００７】
下記特許文献３は、光源を用いて発生される規定の光信号の形態の人工対象物を用いることを提案している。この場合、光信号は、物体上にまたは背景上に投影される。人工対象物に向けられる画像記録ユニットは、該対象物を撮像する。この場合にも、現在の画像は、比較ユニットの参照画像と比較され、相違している場合には安全対策がとられる。
下記特許文献４は、三次元距離画像を記録するための方法および装置を開示している。この場合、画像記録ユニットは、空間領域に向けられている。空間領域は、所定の持続時間を有する少なくとも一つの光パルスによって照明される。空間領域に配置される物体は、光パルスを画像記録ユニットに反射する。異なる伝搬時間によって、反射される光パルスの異なる強度がもたらされ、物体に関する距離値は、これらの強度から決定される。次に、公知の参照距離値を、さらなる物体が空間領域に入ったかどうかを判定するために用いることができる。しかしながら、本装置および方法は、距離値の決定が、検出することができない誤差を受けることもあるので、自動運転設備を保護するのに好適ではない。
【０００８】
下記特許文献５は、モニターされるべき空間領域が、二つの画像記録ユニットを用いて立体的に記録される。第１画像記録ユニットおよび第２画像記録ユニットの画像は、三次元情景分析のための二つのアルゴリズム的に異なる方法を用いて評価される。該方法のうちの一つによって、物体が危険領域に位置しているという結果がもたらされるなら、モニターされた設備がシャットダウンされる。しかしながら、三次元情景分析のための方法は、高い計算処理を必要とし、リアルタイムでの実施を複雑にかつ高価にする。
【０００９】
下記特許文献６および始めに引用した下記特許文献１は、空間領域の画像の評価のための伝搬時間測定方法を提案している。本アプローチは、一つだけ画像記録ユニットが必要とされる二つ以上の画像記録ユニットを用いる三角測量法に対して一般的な長所があり、その結果、送信機および受信機を同一直線上に配置することができるので、陰影領域も不完全な測定も生じない。しかしながら、光波の伝搬時間は極めて短いので、これらの方法は、関連する電子回路における信号処理および伝搬時間の安定性が非常に厳しい要件にさらされ、かつ温度の影響およびエージングから生じる変化等、電気伝搬時間の変化を、連続較正によって考慮しなければならないという短所がある。伝搬時間の差が明るさの差を用いて測定されるなら、記憶された画像特徴と比較した、実際の画素特性の任意の変化は、測定された距離値に対してかなりの影響を及ぼす。しかしながら、距離値は、物体の識別にとって大変重要であるので、画素特性におけるいかなるドリフトも、相当な影響を与える。
【特許文献１】欧州特許第１０６５５２２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９９３８６３９号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１００３３６０８号明細書
【特許文献４】国際公開第９９／３４２３５号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２００４／０２９５０２号パンフレット
【特許文献６】独国特許出願公開第４２１７４２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これまで無視されてきた、安全用途において用いるための一つの重要な態様は、伝搬時間方法が基づいている位相シフトまたはパルス伝搬時間が、特定の範囲内でのみ特有のものであるということである。パルス伝搬時間方法の場合、光波の振幅は、高いデューティ比を持つ、すなわち低い変調周波数を持つパルス形で変調される。この場合、反射する物体からの光信号の出射と復帰との間で経過する時間を決定する処理がなされる。この場合、原則的に、反射が、次の測定間隔まで受信されない長い距離離れた所の物体から生じる可能性がある。この反射は、次に、より短い距離値に誤って関連するだろう。位相伝搬時間方法の場合には、光波の振幅は、無線周波数範囲の周波数で変調される。測定信号の伝搬時間は、出射された光波の変調と到着する光波の変調との位相比較から決定される。この場合にも、３６０度の最大位相差は、長い距離離れている物体が、より近い空間点に関連している反射を発生する可能性のあることを意味している。言い換えると、すべての伝搬時間測定は、信頼できる距離決定を危険にさらす曖昧性にさらされる。
【００１１】
正しい距離決定は、特に、いわゆる再帰性反射体にとって重要である。光がそのような再帰性反射体から画像記録ユニットに反射される場合には、このことによって、一方では、設備は、状況が危険でないとしてもシャットダウンされることがある。他方、最悪の場合には、このことによって、必要なシャットダウンが行われなかったり、または適切な時に行われないこともある。
【００１２】
このような背景の下、本発明の目的は、自動運転設備の危険領域を保護するための低コストの装置および方法を提供することである。特に、伝搬時間測定が距離を決定するために用いられる場合には、増大したフェイルセーフ性が、ほとんど複雑さもなく達成されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、最初に述べた種類の装置であって、かつ間違った距離値を識別するために、少なくとも一つの第１画像と一つの第２画像とを比較するように設計される試験装置をさらに備える装置によって達成される。
少なくとも一つの第１および一つの第２画像は、間違った距離値を識別するために、記録され互いに比較される。
【００１４】
本発明の特徴は、モニターされた空間領域について少なくとも一つの第１画像および一つの第２画像が記録されるという事実に見ることができ、伝搬時間方法を用いて決定される距離情報は、少なくとも第１画像に含まれる。次に、記録された空間領域点のすべてまたはいくつかについて、処理が試験装置において実行され、それぞれの空間領域点について第１画像において決定される（第１）距離値が、所定の許容差帯内の同じ空間領域について第２画像に基づいて決定される（第２）距離値と一致するかどうかを判定する。言い換えると、本発明は、同じ空間領域点について、第２画像および該第２画像に基づく第２距離決定処理に基づいて、伝搬時間情報から得られる（第１）距離値の検査を含む。これらが一致しない場合には、不具合動作が起動され、モニターされた機械をシャットダウンするため等、安全機能が有利に起動される。対照的に、一致が見られる場合には、距離測定を、正確であると仮定し、さらに評価することができる。評価によって、入ってはいけない保護された領域として画定されている領域に物体が位置していることがわかるなら、制御ユニットは、設備をシャットダウンする等、安全機能によってこれに対応する。このことによって、低コストの装置および伝搬時間測定の原理に基づく方法を提供することが可能になるとともに、同時によりよいフェイルセーフ性を保証する。特に、これによって、空間点までの実際の距離をフェイルセーフ的に決定するために、伝搬時間測定から生じる曖昧性を解決することができる。
【００１５】
よって、上述の目的は完全に達成される。
例えば画像センサまたは画像記録ユニットにおける「画像」という用語は、人間の目による認識をただ意味するものとして解釈すべきでない。画像センサの例に基づいて、これは、画像センサが、単に強度（明るさ）を検出しグレースケール値を出すのではなく、距離情報または伝搬時間情報を検出することを意味しており、その結果、この情報に基づく画像（距離画像、伝搬時間画像）が生じる。
【００１６】
本発明の改良形態では、試験装置は、間違った距離値を補正するおよび／または不具合信号（fault signal）を発生するように設計される。
空間領域点について、一致している距離値が全く得られなかったなら、このことは、伝搬時間に基づく距離測定における曖昧性の結果、または機能不全の結果である可能性がある。本改良形態は、有利には、設備の不必要なシャットダウンを防ぐために、互いに異なる距離値の理由を見出し、曖昧性から生じるいかなる不一致をも解決するよう試みる。したがって、本改良形態には、モニターされた設備が、等しく安全にまたはより安全に、より生産的に動作することができるという利点がある。
【００１７】
パルス伝搬時間方法の場合には、非曖昧性範囲は、個々のパルス間の時間間隔の半分の時間以内に光が進む距離によって画定される（前進経路および戻り経路を考慮しなければならない）。位相伝搬時間方法の場合には、非曖昧性範囲は、距離の長さの半分に画定され（再度、前進経路および戻り経路を考慮しなければならない）、それに沿って光波は、最大で３６０度の位相変化を受ける。この結果に基づいて、いかなる曖昧性をも、検索処理を用いて、すなわち、空間領域点が非曖昧性範囲に対応する距離を通ってさらに遠くに移動されたと仮定される場合には、一致している距離値があるかどうかを検査することによって、非常に容易に解決することができる。この知識を考慮しつつ、試験装置は、空間領域点が非曖昧性範囲の外にあることを前提として、一致している距離値を決定するよう試みる。このことが可能であれば、実際の距離値が、たとえそれが非曖昧性範囲外にあるとしても、求められたと仮定することができる。曖昧性を考慮しても一致を見いだすことができなければ、機能不全が仮定される。この状況では、不具合信号を、次に、試験装置によって発生することができる。
【００１８】
さらなる改良形態では、装置は、光信号を少なくとも一つの第１変調周波数および該第１変調周波数と異なる第２変調周波数で変調するように設計される変調装置を備える。第１画像は、有利には、第１変調周波数で発せられる光を用いて記録され、第２画像は、第２変調周波数で発せられる光を用いて記録される。
異なる変調周波数によって、異なる非曖昧性範囲がもたらされる。変調周波数が、結果として生じる非曖昧性範囲が整数比で互いに関連しないように選択されるなら、潜在的曖昧性を容易に解決することができる。第１変調周波数は、好ましくは、１０ＭＨｚと２０ＭＨｚとの間で、好ましくは１３ＭＨｚと１７ＭＨｚとの間で、特に約１５ＭＨｚで選択される。第２変調周波数は、好ましくは、８ＭＨｚと１８ＭＨｚとの間で、好ましくは１１ＭＨｚと１５ＭＨｚとの間で、特に約１３ＭＨｚで選択される。
【００１９】
装置が、第２画像の作成のための第２画像記録ユニットを有するのもまた好ましい。
これにより、第１および第２画像を同時に記録することができ、より高い処理速度を達成することができる。さらに、そのような改良により、三角測量法を用いた第２画像に基づく距離決定が可能になり、それによって伝搬時間測定における曖昧性を、非常に確実に識別し解決することができるようになる。
【００２０】
最後に述べた理由で、第１および第２画像記録ユニットを、特に立体画像を作成するために、規定のベース幅だけ互いに平行にずらすのもまた有利である。
本改良形態では、二つの画像記録ユニット間に規定の幾何学的関係があり、その結果二つの画像、具体的には画像において表される空間領域点を、互いにうまく関連づけることができる。これにより、第２距離値を、考慮中の空間点について比較的容易に決定することができるようになる。本改良形態は、異なる測定アプローチのために、特に良好なフェールセーフ性を提供する。
【００２１】
さらなる改良形態では、装置は、空間領域点から反射される光信号を第１画像記録ユニットと第２画像記録ユニットとの間で分割するための少なくとも一つのビームスプリッタを有する。
この構成では、両方の画像記録ユニットは、モニターされるべき空間領域の同じ視点（viewing point）および同じ視方向（viewing direction ）を有する。結果として、各空間領域点は、第１画像および第２画像において同じ位置で撮像される。したがって、第１および第２画像における空間領域点の相互関係は、特に単純である。さらに、陰影効果が避けられ、すなわち両方の画像記録ユニットは、モニターされている全空間領域を見ることができる。
【００２２】
本発明のさらなる改良形態では、照明装置は、少なくとも二つの異なる波長で光を発するように設計される。さらに、第１画像記録ユニットは、第１通過波長を有する第１光学フィルター素子に関連しており、第２画像記録ユニットは、第２通過波長を有する第２光学フィルター素子に関連しており、第１通過波長は、発せられた光の第１波長に本質的に対応し、第２通過波長は、発せられた光の第２波長に本質的に対応する。
【００２３】
したがって、照明装置が、二つの波長で光を同時に発することが可能であるが、それにもかかわらず、各画像記録ユニットに、波長の一方に基づく画像情報のみを記録することが常に可能である。よって、伝搬時間測定の曖昧性を容易に、すなわち他の変調周波数で送信されている二つの波長の各々によって解決することができる。フィルター素子の代わりに、光を第１波長で第１画像記録ユニットまで通し、かつ光を第２波長で第２画像記録ユニットまで通す波長選択ビームスプリッタを用いることもできる。
【００２４】
本発明のさらなる改良形態では、グレースケール値は、第１画像記録ユニットの少なくとも一つの第１画素および第２画像記録ユニットの第２画素について、記録され比較される。
第１画素と第２画素との相互関係を検査する一つの簡単な考えられる方法は、二つの画素のグレースケール値を比較することである。この場合、一つのかつ同じ空間領域点が、第１画像および第２画像の両方において同じグレースケール値で（ある許容差内で）作成されると推定される。
【００２５】
上で述べた特徴および以下で説明する特徴を、それぞれ述べた組合せでのみならず、本発明の範囲を逸脱することなく他の組合せでまたは単独で用いることができることは自明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の例示的な実施形態を、以下の説明においてより詳細に説明し、図面により詳細に示す。
図１では、本発明による装置の例示的な実施形態は、全体として参照番号１０で表記される。
装置１０は、センサ部１２、試験装置１５を含む評価ユニット１４、制御ユニット１６、および接続ユニット１８を備える。センサ部１２は、照明装置２０、第１画像記録ユニット２２、および第２画像記録ユニット２４を有する。第１画像記録ユニット２２は、第１画像センサ２６を備え、第２画像記録ユニット２４は、第２画像センサ２８を備え、各画像センサ２６，２８は、互いに対してマトリックス状に配置される複数の画素を有する。さらに、各画像記録ユニットは、光学有効範囲を画定する撮像光学素子を有する。第１および第２画像記録ユニット２２，２４の二つの有効範囲は、一点鎖線で示し、二つの画像記録ユニットの個々の有効範囲の重複から生じる共通有効範囲３０は、二点鎖線で記号的に表される。物体３２は、共通有効範囲３０内に配置され、その物理範囲のため、典型的に画像センサ２６，２８の複数の画素上に撮像される。本発明による方法の説明を簡略化するために、以下の本文では、物体３２上の一つの空間領域点３４だけを考慮する。
【００２７】
照明装置２０は、光を発し、センサ部１２の前に位置する空間領域を照明する。３つの実線を用いて示す光３５は、とりわけ空間領域点３４まで通過し、そこから反射される。反射された光の一部は、第１画像記録ユニット２２まで通され、該光の他の部分は、第２画像記録ユニット２４まで通される。第１および第２画像記録ユニット２２，２４は、各々、伝えられ反射された光の伝搬時間（パルス伝搬時間または位相伝搬時間）を決定するように設計される。これらのユニットは、伝搬時間測定の結果を、評価ユニット１４へ送り、そこで伝搬時間は、それぞれの画像センサ２６，２８上に撮像される空間領域点３４に関連させることができる距離ｄH，ｄMを決定するために用いられる。（評価ユニット１４が、画像記録ユニット２２，２４の各々において一体化されることも可能であり、その結果、画像記録ユニットは、いわゆる距離カメラの形態であり、各々は、範囲測定値ｄH，ｄMを作成する）。したがって、この結果、第１画像記録ユニット２２と空間領域点３４との間の距離について第１距離値ｄMが生じ、第２画像記録ユニット２４から空間領域点３４までの距離について第２距離値ｄHが生じる。決定された距離値ｄM，ｄHは、以下の本文においてより詳細に説明するが、試験装置１５によって妥当性が検査される。評価処理は、画像センサ２６，２８の画素のすべてについてまたは画素のいくつかについて行われる。
【００２８】
結果として生じる距離画像を、あらかじめ記憶された参照画像と比較することができる。公称状態を、そのような参照画像の形で記憶することができ、該公称状態は、自動運転設備を始動するための前提条件である。一例として、そのような参照画像は、一回だけ記憶されてもよく、または必要な場合に再び決定されることもある。さらに、モニターされることが意図されていない一つ以上の領域を、参照画像内に画定することができ、その結果、画像のこの部分での変化は、無視され、安全機能を起動するために用いられない。逆に、モニターされることが意図されている領域を正確に指定することも可能である。
【００２９】
評価の結果は、該結果に応じて安全機能を起動する制御ユニット１６に伝えられる。制御ユニット１６と本明細書では図示しない自動運転設備との間のリンクは、接続ユニット１８（例えば出力スイッチング素子またはバス結合を持つ）を用いて提供される。さらに、第１および第２画像記録ユニット２２，２４は、さらに、モニターされている空間領域のグレースケール値を検出してもよく、よって画像の評価のためのさらなる情報を提供することができることに注目されたい。評価ユニット１４および／または制御ユニット１６が、別個のアセンブリにおいて提供されることも可能である。たとえば、制御ユニット１６は、商標名ＰＳＳ（登録商標）のもとで本発明の出願人によって販売されるもの等の、安全制御ユニットであってもよい。
【００３０】
図２は、第１および第２画像記録ユニット２２，２４の光学関連形状を示す。第１および第２画像記録ユニット２２，２４の撮像光学素子は、それぞれの入口瞳孔３８ａ，３８ｂ、それぞれの光学軸４０ａ，４０ｂ、およびこの場合同じ焦点距離ｆを有する。空間領域点３４は、光学軸４０ａから距離ｈMにある第１画像センサ２６上に撮像される。第２画像記録ユニット２４についての対応する距離は、ｈHである。第１および第２画像記録ユニット２２，２４の光学軸４０ａ，４０ｂは、規定のベース幅ｂだけ互いに平行にずれている。それぞれの入口瞳孔３８ａ，３８ｂと空間領域点３４との間の距離は、ｄMおよびｄHで表記される。これらの距離値ｄM，ｄHは、伝搬時間測定によって決定され、次に三角測量に基づくアプローチを用いて妥当性が検査される。
【００３１】
三角測量に基づく検査は、次の関係に基づいている。一方では、ビーム設定の結果、次の関係が生じる。
2009516157.tif 000003
【００３２】
ここで、ｚは、画像記録ユニットと空間点３４との間の水平距離であり、ｄは、画像記録ユニットの入口瞳孔と空間点との間の斜め距離であり、ｆは、焦点距離であり、ｙは、入口瞳孔と空間点が撮像される画像点との間の斜め距離である。ピタゴラスの法則を適用すること、焦点距離ｆを乗じること、および変数ｙを消去することの結果、以下のようになる。
2009516157.tif 000004
【００３３】
好都合なことに、二つの画像記録ユニット２２，２４は、光学軸４０ａ，４０ｂが、ベース幅ｂに平行な平面に対して直角であるように設計される。結果として、ｚM＝ｚH＝ｚである。一方では、次の関係が、基本三角測量方程式から得られる。
2009516157.tif 000005
【００３４】
方程式（２）および（３）を等しいと置きかつｈHの値を求めた結果、以下のようになる。
2009516157.tif 000006
【００３５】
これで公称距離値ｄHberを、幾何学的関係から計算することができ、これは、伝搬時間から測定される距離値ｄHと一致しなければならない。次の関係は、方程式（１）およびｚM＝ｚH＝ｚから得られる。
2009516157.tif 000007
【００３６】
公称距離値ｄHberは、方程式の再編成およびピタゴラスの法則の適用を２回行った後、次の通り得られる。
2009516157.tif 000008
【００３７】
この関係は、伝搬時間から決定される第１距離値ｄHを、幾何学的関係および第２距離値ｄMから計算される距離値ｄHberと比較することによって、測定された第１距離値ｄHの妥当性を検査するために用いられる。測定された第１距離値ｄHおよび計算された距離値ｄHberは、少なくともほぼ同じでなければならない。さもないと、図３に一例として示すように、測定は不正確である。
【００３８】
図３は、空間領域点３４を持つ物体３２が、画像記録ユニット２２，２４の非曖昧性範囲「ｅ」の外に位置している状況を示す。非曖昧性範囲ｅは、画像記録ユニットの各々の前方の空間領域であり、そこで物体までの距離を、伝搬時間測定を用いて明確に決定することができる。非曖昧性範囲は、反射された光ビームが現在の測定期間に常に関連しているので、時間測定期間によって制限される。結果として、遠く離れている物体が、関連のある測定期間が経過するまで画像記録ユニットに到達しない、よってさらなる測定信号の送信後、反射した光信号を発生することができる。画像記録ユニット自体は、反射した光信号が、よりさらに遠くに位置する物体から発生しているという事実を識別することができず、よって極端に短い距離を誤って生成する。このことを、図３に示す。
【００３９】
図３では、物体３２は、非曖昧性範囲ｅの外に配置される。物体３２から反射される光信号は、非常に遠く離れているので、次の測定期間が開始して初めて画像記録ユニット２２，２４に到達する。したがって、第１の見かけの物体４２に関する第１距離値ｄMは、第１画像記録ユニット２２によって決定され、第２の見かけの物体４４に関する第２距離値ｄHは、第２画像記録ユニット２４によって決定される。見かけの物体４２，４４は、実際には存在しない。該物体は、ただ伝搬時間測定の曖昧性のために現れる。
【００４０】
しかしながら、公称距離値ｄHberが、方程式（６）を用いて計算されるなら、この値は、第２距離値ｄHと異なる。この不一致は、装置１０の不具合によって生じることがあり、または仮定されるように、曖昧性によって生じることもある。本発明の一つの例示的な実施形態では、物体までの実際の距離が、まず第一に伝搬時間測定から決定される距離よりも、非曖昧性範囲の整数倍大きいという仮定で妥当性検査が繰り返される反復探索アルゴリズムを用いることによって、曖昧性を解決することができる。このような曖昧性の解決を、図４を参照して説明する。
【００４１】
第１ステップ６０では、伝搬時間は、画素位置ｈMで測定され、対応する第１距離値ｄMが決定される。次のステップ６２では、その画素位置ｈHを持つ対応する画素は、方程式（４）を用いて決定され、この画素について予想されるべき公称距離値ｄHberが計算される。次のステップ６４では、いずれの場合にも、それぞれの光学軸４０ａ，４０ｂに関する画素位置ｈM，ｈHが、少なくとも特定値だけ、特に画素の少なくとも半分だけ異なるかどうかを判定するための検査が行われる。そうでない場合には、経路Ｎを経てジャンプする。次に、ステップ６６で、カメラシステムに不具合があるか、または空間領域点が共通有効範囲３０にないかがわかる。画素位置ｈM，ｈHが、互いに十分異なる場合には、経路Ｊを経てステップ６８へジャンプする。ここで、公称距離値ｄHberが、第２距離値ｄHと非曖昧性範囲の倍数との和（ｄH＋ｎ？ｅ）として説明することができるかどうかを判定するための反復検査が行われる。くわえて、またはあるいは、第１および第２画像記録ユニット２２，２４の画素のグレースケール値が同じであるかどうかを検査することが可能である。そうでない場合には、すなわちいかなる一致も見いだせない場合には、経路Ｎ’を経てステップ７０にジャンプする。第１距離値ｄMは、ここで、非曖昧性範囲ｅだけ増分される。本方法は、次に、ステップ６２で続けられ、新たな試みが、一致を生じさせるために開始される。ステップ６８で一致がすでに見いだされている場合には、経路Ｊ’を経て、ステップ７２へジャンプし、そこで距離測定の妥当性が検査される。得られた距離情報を、画像を作成するために、および参照画像に一致させるために用いることができる。
【００４２】
あるいは、またはくわえて、曖昧性を、異なる変調周波数で光を発する照明装置２０を用いることによって解決することもできる。例えば、光が、１５ＭＨｚの第１周波数および１３ＭＨｚの第２周波数で発せられるなら、それぞれ１０メートルおよび１１．５メートルの異なる非曖昧性範囲が生じる。これらの二つの周波数の最小公倍数は、２３０ｍの距離になって始めて生じるので、非曖昧性距離情報を、２３０ｍまでの距離にある物体に関連させることができる。
【００４３】
説明した伝搬型測定に加えて、立体的方法を用いる距離決定は、他の例示的な実施形態でも行われる。このようにして得られる冗長な距離情報は、非曖昧性範囲を越える物体距離について反復計算の必要がないことを意味している。
さらなる例示的な実施形態を、図５に示す。ここに示すセンサ部１２は、照明装置２０、第１画像記録ユニット２２、および第２画像記録ユニット２４を有する。この場合の照明装置２０は、第１光源４６および第２光源４８を備え、それぞれ発せられた光は、異なる波長である。センサ部１２はまた、ビームスプリッタ５０を有する。第１光学フィルター素子５２および第２光学フィルター素子５４はまた、それぞれ画像記録ユニット２２，２４に配置される。フィルター素子５２，５４の通過周波数は、この場合、第１画像記録ユニット２２が、第１光源４６から発せられ反射される光を主として受け、一方、第２画像記録ユニット２４が、第２光源４８から発せられ反射される光を主として受けるように設計される。完全を期すために、レンズ５６も示す。これは、本例示的な実施形態において、異なる変調周波数を持つ異なる波長の二つのカメラおよび二つの光源も用いられている配置である。ビームスプリッタ５０は、二つの画像記録ユニット２２，２４間で入射光信号を分割する。光学フィルター素子５２，５４は、それぞれの他の画像記録ユニット２４，２２について、光信号を遮断する。本例示的な実施形態により、そこで同じ空間領域点３４が撮像される第１および第２画像記録ユニット２２，２４の画素を直接関連させることができる。さらに、第１および第２距離値ｄM，ｄHを、直接互いに比較することができる。潜在的曖昧性を、異なる変調周波数に基づいて解決することができる。そのうえ、両方のカメラが同じレンズ５６を通して見るので、陰影効果がない。
【００４４】
説明した装置および説明した方法について考えられる使用分野は、距離測定画像記録ユニットの正しい動作が、安全上の理由で絶対必要であるときはいつでも生じる。これには、とりわけ、危険な機械および設備をモニターするためのシステム、高価な物品をモニターするためのシステム（物体保護、アクセス保護、金庫室モニターシステム等）、ならびに品質管理および品質保証の分野におけるシステムが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による装置の簡略化された図を示す。
【図２】本発明により用いられる幾何学的関係の模式図を示す。
【図３】再帰性反射体から反射される信号の処理を示す模式図を示す。
【図４】本発明による方法の一つの好ましい用途を説明するために略図を示す。
【図５】本発明によるさらなる装置の模式図を示す。
【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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【国際調査報告】
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