专利名称：机动车飞行时间摄像机、机动车及飞行时间摄像机运行方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车的飞行时间摄像机，包括发光单元、用于对测量数据实施测量的摄像机单元和控制单元，该发光单元具有光源和用于使照亮区域被照亮的光学系统，其中，能够对由光源发出并且经反射而由摄像机单元检测到的光进行分析以确定距离信息。此外本发明还涉及一种具有这种飞行时间摄像机的机动车以及这种飞行时间摄像机的运行方法。
背景技术：
飞 行时间摄像机(通常也简称为TOF摄像机)在现有技术中已经被大量公开并且现在也经常用于机动车中。飞行时间摄像机的优点在于，其除了图像信息之外还可以提供三维信息，就是说，可以为每个像素分配距离信息。在此情况下使用飞行时间法来测量距离，测量装置也因此而得名。在此借助至少一个光脉冲照亮待检测的现场，其中摄像机单元为每个像点测量光到达拍摄对象并且再次返回所需要的时间。当在所发射的光与所接收的光之间发现相位差时，出于校正的考虑也可以获取所述的时间。由该飞行时间可以推断出(摄像机)与对象之间的距离。为了实现这一点，飞行时间摄像机除了包括与图像传感器相对应的、用于拍摄测量数据的摄像机单元以外还具有照亮现场的发光单元。这种发光单元具有连接在光学系统后的光源，从而该发光单元能在短时间内照亮期待的照亮区域。通过摄像机单元的物镜收集反射光并记录飞行时间。在机动车中经常使用飞行时间摄像机，从而为不同的车辆系统提供测量数据。例如应用在主动行人保护系统、碰撞监控系统等中，简言之大多用于对环境进行检测。飞行时间摄像机的检测范围在此由发光设备的主动发光的张角和光强、即照亮区域界定。在此，最初在设计机动车时确定由张角和有效距离描述的照亮区域。在此针对不同行驶情况做出妥协。为了改善对不同行驶情况的匹配可以提出:给飞行时间摄像机、具体而言给摄像机单元和发光单元设置缩放光学系统并且因此将张角和有效距离设计成可适应的，但是由于这种系统的复杂性和成本的原因这在实践中并不是可行的方法。
发明内容
因此本发明的目的在于，使飞行时间摄像机能够以更好地匹配于不同的行驶情况或机动车运行状态的方式运行。为了实现该目的，根据本发明，对于开始所述类型的飞行时间摄像机提出，光学系统配设有至少一个用于对照亮区域进行匹配的调节装置，控制单元构造成根据描述机动车行驶状况的至少一个运行参数来控制调节装置，其中该调节装置是压电调节装置。因此根据本发明提出，因为认识到了:由于仅在照亮区域中光源的光被反射、进而采集到三维的测量数据并且与摄像机单元的可能性无关地在必要时能拍摄较大的区域，而使得对照亮区域的变化/调节便足以使飞行时间摄像机的有效检测范围匹配于行驶状态，所以仅借助于发光单元的光学系统便能规定出实际的可能调节方案。因此也可以具体提出，摄像机单元具有一包括所有能被调节出的照亮区域的检测范围。因此，摄像机单元的绝对检测范围、因此图像传感器和相应物镜的绝对检测范围包括所有一特别是在可能的检测角度方面一可以通过照亮区域预定的实际检测范围。特别是可以提出，摄像机单元相对于目前的飞行时间摄像机而言具有较高的角度分辨率。但是仅发光装置适应性地匹配于(行驶)状况。因此，通过仅对照亮区域进行适配可以实现对有效检测范围的低成本匹配，同时无需大幅提高系统复杂性、特别是成本和费用。由于仅须将发光单元的光学系统的成像特性构造成可变的，所以就此而言对该光学系统的要求较低，从而可以使用低成本部件、例如塑料透镜。因此，与同时涉及摄像机单元、进而也涉及绝对检测范围的可适配性相比，按本发明的建议实现了简单得多、成本低得多的方案。在本发明的另一设计方案中可以提出，光学系统具有至少一个一特别是由塑料制成的一透镜，所述透镜一特别是在射出方向上一的位置能通过调节装置来改变。因此该光学系统具有至少一个透镜，所述透镜可以通过调节装置移动以能够适当改变照亮区域。因此例如可以改变在发光的光源一特别是发光二极管一与调焦透镜之间的距离。但是在一种设计方案中也可以设想，所述光学系统具有会聚透镜和连接在该会聚透镜下游并且可以通过调节装置移动的发散透镜。因此在这种情况下首先所述会聚透镜使得光源的光平行并且然后通过位置可变的发散透镜使光源的光这样散焦，从而产生期望的照亮区域。原则上显然也可以设想，在光学系统中设置其它透镜。此外也可能插入其它透镜、例如缩放镜头。在此仍需指出的是:也可以设想，在光学系统中使用特征可变的透镜，但是位置可变性由于其实施更简单并且更有利而是优选的。优选地，调节转置可以是压电调节装置。因此例如透镜的移动可以以压电方式实现。在此，使用已知的在被施加电压时产生变形、特别是尺寸变化的材料。因此可以实现非常精细的调整。 此外可以提出，能够使用机动车的速度和/或机动车相对于至少一个所检测到的环境对象的速度作为至少一个运行参数。因此例如可以设想，根据所测得的车辆速度——必要时是相对速度一一来照亮的控制张角和/或有效距离。在此特别可以提出，特别是对于在机动车中向前定向的飞行时间摄像机，给较高速度分配与较低速度相比有效距离更高和/或张角更小的照亮区域。通过这种方式例如可以提高预测性安全系统的有效性，这是因为在较高速度下更大的角度范围并不重要。因此，在预测性安全系统中可以例如在低速范围中实现较大张角连同较小的有效距离，而在较高速度范围中实现较小张角连同较大的有效距离。在一个实施例中包括特别是用于行人保护的系统，其中可以在相对于作为环境对象的行人的较低相对速度下使用较宽的张角，这是因为机动车在每单位时间内移动的距离较短并且因此将位于机动车附近的行人也认为是碰撞对象。但是如果速度较高，则相距较远的行人更为重 要。在本发明的框架内也可以设想，飞行时间摄像机能在具有各自分配的照亮区域的至少两种运行模式下运行，或者照亮区域能连续/持续地根据所述至少一个运行参数而被调节。因此也可以设想两种例如可以与哪个车辆系统正在对飞行时间摄像机的测量数据进行分析相关的运行模式。例如，如果在实际提供的功能中涉及对道路标志的识别，则必要时有效距离较小的较宽照亮区域是合适的。但是如果只对在前方行驶的交通参与者进行分析，则期待较大的有效距离而张角可以保持较小。相应地，可以根据所需要的车辆系统或所需要的功能而在两种或多种运行模式之间进行切换，从而在此得到更大的灵活性。但是显然也可以设想，实现例如通过与运行参数相关的特征曲线描述的连续调整等。总之，因为认识到了:在道路交通中一方面存在需要传感器系统的较大有效距离的状况而另一方面也存在期望具有较大张角的状况，所以本发明实现了允许飞行时间摄像机适配于不同的行驶情况。在此前的具有固定的有效检测范围、特别是固定的照亮区域的构造方案中引入了折衷手段，从而特别是对于预测性安全系统提供了能够在本发明框架内使用的可能。除了飞行时间摄像机，本发明还涉及一种机动车，其包括根据本发明的飞行时间摄像机。该飞行时间摄像机例如可以在行驶方向上定向地集成在机动车的前部区域中以用于环境检测。通过该机动车的至少一个控制设备控制该飞行时间摄像机，所述控制设备也可以使用例如由相应的传感器和/或车辆系统提供的运行参数。特别是可以将飞行时间摄像机分配给一个或多个车辆系统，特别是至少一个预测性安全系统，所述车辆系统对飞行时间摄像机的测量数据进行分析。飞行时间摄像机的通信例如可以通过常见的在机动车中使用的总线系统、特别是CAN总线系统实现。在一种设计方案中可以提出，设有对飞行时间摄像机的测量数据进行分析的至少两个车辆系统，其中照亮区域能根据当前对所述测量数据进行分析的车辆系统而被调节。这对应于上文中提到的具有两种运行模式的情况，这两种运行模式特别是与进行分析的车辆系统或对飞行时间摄像机的测量数据进行分析的具体被激活的功能相协调。关于飞行时间摄像机的所有实施方式都可以类似地转用到根据本发明的机动车上，从而也可以实现相应描述的优点。最后，本发明还涉及一种机动车`飞行时间摄像机的运行方法，该飞行时间摄像机包括发光单元、用于对测量数据实施测量的摄像机单元和控制单元，该发光单元具有光源和用于使照亮区域被照亮的光学系统，其中，对由光源发出并且经反射而由摄像机单元检测到的光进行分析以确定距离信息，其具体的特点在于，根据描述机动车行驶状况的至少一个运行参数来改变所述照亮区域。对例如可以通过控制单元而自动执行的本发明方法，上述关于本发明飞行时间摄像机和本发明机动车的各实施方式也都适用。
本发明的其它优点和细节由下述实施例以及参考附图得出。其中:图1示出根据本发明的机动车的原理图，图2示出根据本发明的飞行时间摄像机的原理图，图3示出在较低速度下使用的第一照亮区域，和图4示出在较高速度下使用的第二照亮区域。
具体实施方式
图1示出根据本发明的机动车I的原理图。如原则上公知的，该机动车具有多个车辆系统2，这些车辆系统中的一个在图2中作为示例示出。这些车辆系统包括驾驶员辅助系统、控制设备、传感器和类似系统。这些系统通过总线系统3—此处为CAN总线一相互通信。但是，特别是该机动车I在所示情况下也包括一根据本发明的飞行时间摄像机4，该飞行时间摄像机在此情况下沿行驶方向定向并且其数据特别是由预测性的安全系统在车辆系统2中得到分析。根据本发明的飞行时间摄像机4在图2的原理图中详细示出。如原则上公知的，该摄像机包括发光单元和摄像机单元6，该发光单元用于照亮具有张角和有效距离的、机动车前方的特定照亮区域，在摄像机单元6中借助一连接在物镜7下游的图像传感器8接收在对象9上反射的光，箭头10并且特别是能够对其飞行时间进行分析。发光单元5因此包括此处构成为发光二极管的光源11。在光源11下游连接有一在此情况下包括会聚透镜12和发散透镜13的光学系统。透镜12、13的布置方式最终决定了被照亮的区域。为发散透镜13分配一压电式调节装置14，通过该调节装置可使发散透镜13相对于会聚透镜12和光源11移动，从而在发生移动时改变照亮区域。飞行时间摄像机4的不同组件及其运行由控制单元15控制，该控制单元特别是也构造成用于实施根据本发明的方法，就是说，该控制单元根据至少一个描述机动车I的行驶情况的运行参数来控制调节装置14以匹配照亮区域。这些运行参数通过总线系统3由其它车辆系统2提供，其中对飞行时间摄像机4的控制可以通过一专用的控制设备来进行。在本实施例中，飞行时间摄像机4的测量数据由一预测性的安全系统来分析，其中在较低速度下使用更大的张 角和更小的有效距离，而在较高速度下需要张角更窄并且有效距离更大的照亮区域。相应地，在此情况下根据机动车I的当前速度控制调节装置14以移动发散透镜13并且因此改变照亮区域，其控制方法在于例如在控制单元15中具有合适的特征曲线，该特征曲线使对调节装置14的调整与车辆速度相关联。这一点通过图3和图4得到详细阐述。图3和图4都详细示出了摄像机单元6的绝对检测范围16，即基于固定地确定的物镜7的光学系统而使其反射的光能够被接收到的范围。在这种情况下，在此选择很大的张角，使得检测范围16包括与调节装置14的所有可能的设定相对应的照亮区域。图3示出机动车I以30km/h的速度行驶的状况。也就是说其较为缓慢。这意味着，此处设置的照亮区域17a具有一相当大的张角、但是有效距离较小。因此位于侧面的环境对象对于机动车I的安全性来讲也可能是很重要的，而由于速度较慢所以远处的对象的重要性较低。图4所示状况与此不同，其中在较高速度下、例如机动车I的速度为120km/h。显然，此处的照亮区域17b的张角明显更小，为此有效距离得到显著提升。这样便在不同的车速下适应了预测性安全系统的需求。在此需要指出的是，在控制调节装置14并因此控制照亮区域17时，显然也可以考虑另外的和/或其它的运行参数。例如照亮区域17可以根据哪个车辆系统2或哪个功能希望对飞行时间摄像机4的数据进行分析来选择。对于道路标志的识别例如需要具有较宽张角的短有效距离的照亮区域17，而在观察在前行驶的交通参与者时则期待较小张角下的较大有效距离，可参见图3与图4、即照亮区域17a和17b之间的区别。由此例如可以规定飞行时间摄像机4的两种运行模式，根据当前起作用的功能而从这两种运行模式中选出一个。但是也可以考虑机动车I相对于环境对象的相对速度，例如在行人保护系统中便是如此，其中行人和机动车I之间的相对速度可能形成用于匹配照亮区域的标准。显而易见，可以设想出多种用于使照亮 范围匹配于当前行驶情况的可能方案。
权利要求
1.一种用于机动车(I)的飞行时间摄像机(4)，包括发光单元(5)、用于对测量数据实施测量的摄像机单元(6)和控制单元(15)，该发光单元具有光源(11)和用于使照亮区域(17a，17b)被照亮的光学系统，其中，能够对由光源(11)发出并且经反射而由摄像机单元(6)检测到的光进行分析以确定距离信息，其特征在于， 所述光学系统配设有至少一个用于对所述照亮区域(17a，17b)进行匹配的调节装置(14)，所述控制单元(15)构造成根据描述所述机动车(I)行驶状况的至少一个运行参数来控制调节装置(14)，其中所述调节装置(14)是压电调节装置(14)。
2.根据权利要求1的飞行时间摄像机，其特征在于，所述摄像机单元(6)的检测范围(16)包含所有能被调节出的照亮区域(17a，17b)。
3.根据权利要求1或2的飞行时间摄像机，其特征在于，所述光学系统具有至少一个——特别是由塑料制成的——透镜(12，13)，所述透镜——特别是在射出方向上——的位置能通过所述调节装置(14)来改变。
4.根据权利要求3的飞行时间摄像机，其特征在于，所述光学系统包括会聚透镜(12)和发散透镜(13)，所述发散透镜连接在该会聚透镜(12)下游并且是能由所述调节装置(14)移动的。
5.根据前述权利要求之一的飞行时间摄像机，其特征在于，能使用所述机动车(I)的速度和/或所述机动车相对于至少一个所检测到的环境对象的速度作为至少一个运行参数。
6.根据权利要求5的飞行时间摄像机，其特征在于，特别是对于沿机动车的行驶方向定向的飞行时间摄像机(4)，给较 高速度分配与较低速度相比有效距离更高和/或张角更小的照亮区域(17a，17b)。
7.根据前述权利要求之一的飞行时间摄像机，其特征在于，飞行时间摄像机能在具有各自分配的照亮区域(17a，17b)的至少两种运行模式下运行，或者所述照亮区域(17a，17b)能连续地根据所述至少一个运行参数而被调节。
8.根据前述权利要求之一的飞行时间摄像机，其特征在于，所述光源(11)具有至少一个发光二极管。
9.一种机动车(1)，包括根据前述权利要求之一的飞行时间摄像机(4)。
10.根据权利要求9的机动车，其特征在于，包括对飞行时间摄像机(4)的测量数据进行分析的至少两个车辆系统(2)，其中照亮区域(17a，17b)能根据当前对所述测量数据进行分析的车辆系统(2)而被调节。
11.一种机动车飞行时间摄像机的运行方法，该飞行时间摄像机包括发光单元、用于对测量数据实施测量的摄像机单元和控制单元，该发光单元具有光源和用于使照亮区域被照亮的光学系统，其中，对由光源发出并且经反射而由摄像机单元检测到的光进行分析以确定距离信息，其特征在于， 根据描述机动车行驶状况的至少一个运行参数来改变所述照亮区域，其中，作为配设给光学系统的调节装置使用压电式调节装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于机动车(1)的飞行时间摄像机(4)，包括发光单元(5)、用于对测量数据实施测量的摄像机单元(6)和控制单元(15)，该发光单元具有光源(11)和用于使照亮区域(17a，17b)被照亮的光学系统，其中，能够对由光源(11)发出并且由摄像机单元(6)反射检测到的光进行分析以确定距离信息，其中，所述光学系统配设有至少一个用于对所述照亮区域(17a，17b)进行匹配的调节装置(14)，所述控制单元(15)构造成根据描述所述机动车(1)的行驶状况的至少一个运行参数来控制调节装置(14)。
文档编号G01S7/481GK103245953SQ201310046700
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月6日 优先权日2012年2月14日
发明者M·罗德尔 申请人:奥迪股份公司