DE202017100095U1

DE202017100095U1 - Monitoring sensor and on-board vehicle

Info

Publication number: DE202017100095U1
Application number: DE202017100095.8U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2018-04-15
Anticipated expiration: 2027-01-12

Abstract

Überwachungssensor (12) zur ortsaufgelösten Detektion von Objekten in einem Überwachungsbereich (20) nach dem Triangulationsprinzip, mit- einem Lichtsender zum Aussenden von Sendelicht (18) in den Überwachungsbereich (20), wobei der Lichtsender eine Lichtquelle (14) und eine Sendeoptik (16), welche eine optische Achse (O) aufweist, umfasst,- einem Lichtempfänger (22), welcher mehrere Empfängerelemente aufweist, zum Empfangen von Licht aus dem Überwachungsbereich (20), welches von einem zu detektierenden Objekt (40) remittiert wird, und- einer dem Lichtempfänger (22) vorgeordneten Empfangsoptik (24), wobei der Lichtsender, der Lichtempfänger (22) und die Empfangsoptik (24) derart zueinander angeordnet sind, dass sich die Position eines mittels der Empfangsoptik (24) aus dem remittierten Licht (26) auf dem Lichtempfänger (14) erzeugten Lichtflecks (32) in einer Triangulationsrichtung (T) in Abhängigkeit von der Entfernung des Objekts (40) ergibt, und wobei die Sendeoptik (16) dazu eingerichtet ist, das von der Lichtquelle (14) emittierte Licht zu einem Sendelichtbündel (18) zu fokussieren, welches beim Auftreffen auf eine Abtastebene (26), welche zu der optischen Achse (O) der Sendeoptik (16) um einen vorgegebenen Neigungswinkel (β) in der Triangulationsrichtung (T) geneigt verläuft, eine Abtastlichtlinie (28) erzeugt, die aus Richtung des Überwachungssensors (12) betrachtet konkav gekrümmt verläuft.Monitoring sensor (12) for the spatially resolved detection of objects in a surveillance area (20) according to the triangulation principle, with a light emitter for emitting transmitted light (18) in the surveillance area (20), wherein the light emitter, a light source (14) and a transmission optics (16 ), which has an optical axis (O), comprises, - a light receiver (22), which has a plurality of receiver elements, for receiving light from the monitoring area (20), which is remitted by an object (40) to be detected, and- a light receiving device (22) upstream receiving optics (24), wherein the light emitter, the light receiver (22) and the receiving optics (24) are arranged to each other such that the position of a by means of the receiving optics (24) from the remitted light (26) on the light receiver (14) produced light spot (32) in a Triangulationsrichtung (T) in dependence on the distance of the object (40), and wherein the transmitting optics (16) is adapted to focus the light emitted by the light source (14) to a transmitted light beam (18), which upon impact with a scanning plane (26) which to the optical axis (O) of the transmitting optics (16) by a predetermined inclination angle ( β) is inclined in the triangulation direction (T), generates a scanning light line (28), which runs concavely curved viewed from the direction of the monitoring sensor (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Überwachungssensor zur ortsaufgelösten Detektion von Objekten in einem Überwachungsbereich nach dem Triangulationsprinzip, mit

- einem Lichtsender zum Aussenden von Sendelicht in den Überwachungsbereich, wobei der Lichtsender eine Lichtquelle und eine Sendeoptik, welche eine optische Achse aufweist, umfasst,
- einem Lichtempfänger, welcher mehrere Empfängerelemente aufweist, zum Empfangen von Licht aus dem Überwachungsbereich, welches von einem zu detektierenden Objekt remittiert wird, und
- einer dem Lichtempfänger vorgeordneten Empfangsoptik,

wobei der Lichtsender, der Lichtempfänger und die Empfangsoptik derart zueinander angeordnet sind, dass sich die Position eines mittels der Empfangsoptik aus dem remittierten Licht auf dem Lichtempfänger erzeugten Lichtflecks in einer Triangulationsrichtung in Abhängigkeit von der Entfernung des Objekts ergibt. Die Erfindung betrifft ferner ein flurgebundenes Fahrzeug mit einem Überwachungssensor.The present invention relates to a monitoring sensor for the spatially resolved detection of objects in a monitoring area according to the triangulation principle, with

a light emitter for emitting transmitted light into the surveillance area, wherein the light emitter comprises a light source and a transmission optical unit which has an optical axis,
a light receiver having a plurality of receiver elements, for receiving light from the monitoring area, which is remitted from an object to be detected, and
a receiver optics arranged in front of the light receiver,

wherein the light emitter, the light receiver and the receiving optics are arranged to one another such that the position of a light spot generated on the light receiver by means of the receiving optics from the remitted light results in a triangulation direction as a function of the distance of the object. The invention further relates to a floor-bound vehicle with a monitoring sensor.

Bei flurgebundenen Fahrzeugen, insbesondere fahrerlosen Transportfahrzeugen, besteht ein zunehmendes Bedürfnis, den Fahrweg des Fahrzeugs auf die Anwesenheit von Hindernissen mittels geeigneter Sensoren zu überwachen. Oftmals werden hierfür Laserscanner eingesetzt. Derartige Laserscanner weisen in der Regel bewegliche Optiken und Vorrichtungen zur Lichtlaufzeitmessung auf, was mit hohen Kosten verbunden ist.In the case of on-board vehicles, in particular driverless transport vehicles, there is an increasing need to monitor the travel path of the vehicle for the presence of obstacles by means of suitable sensors. Often laser scanners are used for this purpose. Such laser scanners usually have movable optics and devices for light transit time measurement, which is associated with high costs.

Eine Alternative zur Verwendung von Laserscannern besteht in dem Einsatz von nach dem Prinzip der Lasertriangulation arbeitenden Überwachungssensoren gemäß der eingangs genannten Art.An alternative to the use of laser scanners is the use of operating according to the principle of laser triangulation monitoring sensors according to the aforementioned type.

Mit Hilfe eines derartigen Überwachungssensors kann die Entfernung eines im Überwachungsbereich vorhandenen Objekts oder Hindernisses bestimmt werden. Das von der Lichtquelle des Lichtsenders erzeugte Licht wird mit Hilfe der Sendeoptik zu einem Sendelichtstrahl fokussiert, welcher im Überwachungsbereich auf ein dort gegebenenfalls befindliches, zu detektierendes Objekt trifft. Das Sendelicht kann von einem solchen Objekt remittiert, d.h. diffus oder spiegelnd reflektiert, werden. Es tritt durch eine Empfangsoptik hindurch und kann von einem Lichtempfänger detektiert werden, der zusammen mit der Empfangsoptik eine Empfangseinheit bildet. Der Lichtempfänger besteht bei bekannten Lösungen aus einem Array von fotosensitiven Empfängerelementen.With the aid of such a monitoring sensor, the distance of an existing object or obstacle in the monitoring area can be determined. The light generated by the light source of the light emitter is focused with the aid of the transmitting optics to form a transmitted light beam, which strikes in the monitoring area on an optionally located there, to be detected object. The transmitted light may be remitted from such an object, i. diffused or specularly reflected. It passes through a receiving optical system and can be detected by a light receiver, which forms a receiving unit together with the receiving optics. The light receiver consists in known solutions of an array of photosensitive receiver elements.

In Abhängigkeit von der Entfernung zwischen dem Überwachungssensor und dem remittierenden Objekt ändert sich die Position eines durch das remittierte Licht erzeugten Lichtflecks auf dem Lichtempfänger in der sogenannten Triangulationsrichtung. Zwischen dem Auftreffpunkt auf dem Lichtempfänger und der Entfernung des erfassten Objekts besteht ein eindeutiger geometrischer Zusammenhang. Durch Auswertung der Lichtverteilung auf dem Lichtempfänger kann damit die Entfernung zwischen Objekt und Überwachungssensor bestimmt werden.Depending on the distance between the monitoring sensor and the remitting object, the position of a light spot generated by the remitted light on the light receiver changes in the so-called triangulation direction. There is a clear geometric relationship between the point of impact on the light receiver and the distance of the detected object. By evaluating the light distribution on the light receiver, the distance between the object and the monitoring sensor can thus be determined.

Zur Überwachung des Fahrwegs kann ein Überwachungssensor an einem Fahrzeug montiert werden, wobei der Überwachungssensor zweckmäßigerweise von dem zu überwachenden Fahrweg beabstandet angeordnet wird und derart ausgerichtet wird, dass das Sendelicht schräg unter einem vorgegebenen Neigungswinkel in Richtung des Fahrwegs emittiert wird und dort in einem entsprechenden Abstand von dem Überwachungssensor auftrifft. Der Fahrweg stellt somit eine Abtastebene dar. Der Überwachungsbereich erstreckt sich zwischen dem Überwachungssensor und dem Auftreffort des Sendelichts auf der Abtastebene.For monitoring the travel path, a monitoring sensor can be mounted on a vehicle, wherein the monitoring sensor is expediently arranged at a distance from the track to be monitored and oriented such that the transmitted light is emitted obliquely at a predetermined angle of inclination in the direction of the travel path and there at a corresponding distance from the monitoring sensor. The track thus represents a scanning plane. The monitoring area extends between the monitoring sensor and the point of impact of the transmitted light on the scanning plane.

Trifft das Sendelicht auf ein Objekt in dem Überwachungsbereich, das sich näher an dem Überwachungssensor befindet als der Auftreffort des Sendelichts auf die Abtastebene, so wird das Sendelicht, das durch die Empfangsoptik tritt, unter einem anderen Winkel in Richtung der Empfangsoptik remittiert, so dass sich die Position des aus dem remittierten Licht erzeugten Lichtflecks in Triangulationsrichtung auf dem Lichtempfänger verschiebt.If the transmitted light hits an object in the monitoring area, which is closer to the monitoring sensor than the point of incidence of the transmitted light on the scanning plane, the transmitted light which passes through the receiving optical system is reflected at a different angle in the direction of the receiving optics, so that shifts the position of the light spot generated from the remitted light in the triangulation direction on the light receiver.

Damit nicht nur Objekte detektiert werden können, die sich unmittelbar in Blickrichtung des Überwachungssensors, d.h. auf oder nahe an der optischen Achse der Sendeoptik befinden, kann das Sendelicht lateral aufgeweitet werden, so dass es beim Auftreffen die Abtastebene oder allgemein auf eine gedachte Projektionsfläche eine Abtastlichtlinie erzeugt, die sich quer zur Blickrichtung des Überwachungssensors und damit in der Regel quer zur Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs und parallel zur Abtastebene erstreckt.Thus, not only objects can be detected, which are directly in the direction of the monitoring sensor, i. are located on or close to the optical axis of the transmission optics, the transmitted light can be widened laterally, so that it generates a scanning light line when hitting the scanning plane or generally on an imaginary screen, which is transverse to the viewing direction of the monitoring sensor and thus usually transverse to the direction of travel of the vehicle and extends parallel to the scanning plane.

Das Sendelicht wird sozusagen fächerförmig aufgeweitet, so dass der Überwachungsbereich sich sektorförmig vom Überwachungssensor aus erstreckt. Gewöhnlich sind der Lichtsender, der Lichtempfänger und die Empfangsoptik derart ausgelegt und ausgerichtet, dass die Abtastlichtlinie auf der Abtastebene als gerade Linie quer zur Hauptüberwachungsrichtung des Überwachungssensors verläuft, die bei nicht vorhandenen Hindernissen als geradliniger Lichtfleck auf den Lichtempfänger abgebildet wird, wobei diese geradlinige Abbildung parallel zu den Zeilen oder Spalten des Lichtempfängers verläuft, in denen die Empfängerelemente angeordnet sind.The transmitted light is fan-shaped, so to speak, so that the monitoring area extends sector-shaped from the monitoring sensor. Usually, the light emitter, the light receiver and the receiving optics are designed and aligned such that the scanning light line on the scanning plane runs as a straight line across the main monitoring direction of the monitoring sensor, which is imaged as a rectilinear spot on the light receiver in the absence of obstacles, this rectilinear image parallel to the rows or columns of the light receiver runs, in which the receiver elements are arranged.

Eine Lateralposition auf dem Lichtempfänger, d.h. eine Position in der Erstreckungsrichtung des linienförmig abgebildeten Lichtflecks korrespondiert dabei mit einer jeweiligen Winkelposition innerhalb des sektorförmigen Überwachungsbereichs.A lateral position on the light receiver, i. a position in the extension direction of the line-shaped light spot corresponds to a respective angular position within the sector-shaped monitoring area.

Wenn sich ein Objekt innerhalb des Überwachungsbereichs befindet, das von dem Sendelicht erfasst wird, verschiebt sich der Auftreffort des aus dem entsprechenden Winkel empfangenen Lichts quer, insbesondere senkrecht, zu der Erstreckungsrichtung des Lichtflecks auf dem Lichtempfänger. Mit anderen Worten ist ein kurzes Segment des linienförmigen Empfangslichtflecks, dessen Länge von dem Winkelbereich abhängt, über den sich das erfasste Objekt erstreckt, quer zu der Erstreckungsrichtung desjenigen geradlinigen Empfangslichtflecks versetzt, welcher ohne die Anwesenheit von Objekten im Überwachungsbereich erzeugt werden würde.When an object is within the surveillance area detected by the transmission light, the incident location of the light received from the corresponding angle shifts transversely, in particular perpendicularly, to the extension direction of the light spot on the light receiver. In other words, a short segment of the line-shaped receiving light spot, the length of which depends on the angular range over which the detected object extends, is offset transversely to the extension direction of that rectilinear receiving light spot which would be generated without the presence of objects in the surveillance area.

Mit einem derartigen Überwachungssensor können jedoch Objekte, die sich außerhalb einer in Richtung der optischen Achse der Sendeoptik verlaufenden Hauptüberwachungsrichtung befinden, nicht ausreichend zuverlässig und frühzeitig erfasst werden. Die Hauptüberwachungsrichtung fällt in der Regel mit der Fortbewegungsrichtung eines den Überwachungssensor tragenden Fahrzeugs zusammen.With such a monitoring sensor, however, objects which are located outside a main monitoring direction running in the direction of the optical axis of the transmitting optics can not be detected sufficiently reliably and early. The main monitoring direction usually coincides with the direction of travel of a vehicle carrying the monitoring sensor.

Es besteht ein Bedürfnis, auch solche Fremdfahrzeuge oder andere Hindernisse zu erfassen, die sich quer zu dieser Fortbewegungsrichtung bewegen und den Fahrweg des Fahrzeugs unter Kollisionsgefahr kreuzen könnten.There is a need to detect also such other vehicles or other obstacles that could move transversely to this direction of travel and cross the travel path of the vehicle under the risk of collision.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Überwachungssensor zu schaffen, der auch in seitlichen Randbereichen des Überwachungsbereichs eine zuverlässige Objekterkennung gewährleistet. Ferner soll ein entsprechendes Fahrzeug mit einem verbesserten Überwachungssensor bereitgestellt werden. It is therefore the object of the present invention to provide a monitoring sensor which ensures reliable object recognition even in lateral marginal areas of the monitoring area. Furthermore, a corresponding vehicle with an improved monitoring sensor is to be provided.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Überwachungssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The object is achieved by a monitoring sensor having the features of claim 1 and by a vehicle having the features of claim 9.

Bei dem erfindungsgemäßen Überwachungssensor ist vorgesehen, dass die Sendeoptik dazu eingerichtet ist, das von der Lichtquelle emittierte Licht zu einem Sendelichtbündel zu fokussieren, welches beim Auftreffen auf eine Abtastebene, welche zu der optischen Achse der Sendeoptik um einen vorgegebenen Neigungswinkel in der Triangulationsrichtung geneigt verläuft, eine Abtastlichtlinie erzeugt, die aus Richtung des Überwachungssensors betrachtet konkav gekrümmt verläuft.In the monitoring sensor according to the invention, it is provided that the transmitting optics is set up to focus the light emitted by the light source into a transmitted light bundle which, when impinging on a scanning plane which is inclined to the optical axis of the transmitting optics by a predetermined angle of inclination in the triangulation direction, generates a scanning light line, which is concave curved viewed from the direction of the monitoring sensor.

Die Empfängerelemente sind vorteilhafterweise in Form eines zweidimensionalen Arrays angeordnet und sind dazu eingerichtet, empfangenes Licht in elektrische Empfangssignale umzuwandeln. Es kann eine Auswerteeinheit zum Erzeugen eines Erfassungssignals aus den Empfangssignalen vorgesehen sein. Entsprechend dem Triangulationsprinzip können Lichtempfänger und Lichtsender in Triangulationsrichtung voneinander beabstandet sein, so dass die Strahlengänge des Sendelichts und des Empfangslichts eine Parallaxe zueinander aufweisen.The receiver elements are advantageously arranged in the form of a two-dimensional array and are adapted to convert received light into electrical received signals. An evaluation unit for generating a detection signal from the received signals can be provided. According to the principle of triangulation, light receivers and light transmitters can be spaced apart in the triangulation direction, so that the beam paths of the transmitted light and of the received light have a parallax relative to one another.

Die genannte Abtastebene kann als eine fiktive Referenzebene angesehen werden. In der Praxis kann die Abtastebene beispielsweise auch einer realen Fläche, z.B. einem zu überwachenden Fahrweg, entsprechen, die aufgrund örtlicher Gegebenheiten nicht zwingend exakt eben sein muss. Der genannte Neigungswinkel hängt in der Regel von dem Abstand des Überwachungssensors von der Abtastebene, d.h. der Höhe des Befestigungspunktes des Überwachungssensors an dem Fahrzeug über dem Fahrweg des Fahrzeugs, und der gewünschten maximalen Ausdehnung des Überwachungsbereichs entsprechend dem Abstand der Abtastlichtlinie vom Überwachungssensor ab.The named scanning plane can be regarded as a fictitious reference plane. In practice, for example, the scan plane may also be a real area, e.g. a track to be monitored correspond, which does not necessarily have to be exactly flat due to local conditions. Said angle of inclination usually depends on the distance of the monitoring sensor from the scanning plane, i. the height of the attachment point of the monitoring sensor to the vehicle over the travel path of the vehicle, and the desired maximum extent of the monitored area corresponding to the distance of the scanning light line from the monitoring sensor.

Der Überwachungssensor ist derart ausgestaltet bzw. ausgerichtet, dass die Triangulationsrichtung quer, vorteilhafterweise senkrecht, zu der Abtastebene verläuft. Eine von einer Senkrechten der Abtastebene abweichende Neigung der Triangulationsrichtung in Bezug auf die Abtastebene ist vorteilhafterweise nur innerhalb einer Ebene vorgesehen, welche senkrecht zur Abtastebene verläuft und die optische Achse der Sendeoptik umfasst.The monitoring sensor is designed or oriented such that the triangulation direction transversely, advantageously perpendicular, extends to the scanning plane. An inclination of the triangulation direction with respect to the scanning plane deviating from a perpendicular of the scanning plane is advantageously provided only within a plane which is perpendicular to the scanning plane and comprises the optical axis of the transmitting optics.

Die gewünschte Krümmung der Abtastlichtlinie wird vorteilhafterweise dadurch erzielt, dass die Sendeoptik außeraxiale Strahlen mit zunehmendem lateralem Winkelabstand von der optischen Achse der Sendeoptik stärker nach unten in Richtung der Abtastebene lenkt.The desired curvature of the scanning light line is advantageously achieved in that the transmitting optics directs extra-axial beams with increasing lateral angular distance from the optical axis of the transmitting optics more strongly downwards in the direction of the scanning plane.

Mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssensor können seitliche Teilbereiche des Überwachungsbereichs, d.h. Teilbereiche, die sich seitlich der Hauptüberwachungsrichtung befinden, besser überwacht werden. Zwar wäre potentiell auch eine Überwachung dieser seitlichen Bereiche dadurch möglich, dass eine ausreichend lange geradlinige Abtastlichtlinie erzeugt wird, so dass ein geeigneter Raumwinkelbereich überdeckt wird. Allerdings bestünde dann das Problem, dass bei zunehmenden Winkeln der Auftreffort des Sendelichts auf die Abtastebene immer weiter vom Überwachungssensor entfernt ist und das Sendelicht somit unter einem immer flacheren Winkel auf die Abtastebene auftrifft. Infolgedessen wird von diesen Orten keine ausreichende Lichtmenge mehr in Richtung des Lichtempfängers remittiert, so dass eine zuverlässige Detektion von remittiertem Licht durch den Lichtempfänger in diesen äußeren Bereichen nicht mehr gewährleistet ist.With the monitoring sensor according to the invention, lateral subareas of the surveillance area, ie subregions located laterally of the main surveillance direction, can be better monitored. Although it would potentially also be possible to monitor these lateral areas by producing a sufficiently long rectilinear scanning light line, so that a suitable solid angle range is covered. However, then there would be the problem that with increasing angles of incidence of the transmitted light on the scanning plane always further from the monitoring sensor is removed and the transmitted light thus impinges at an ever flatter angle to the scanning plane. As a result, no sufficient amount of light is remitted from these places in the direction of the light receiver, so that a reliable detection of remitted light by the light receiver in these outer areas is no longer guaranteed.

Diese Problematik wird durch die vorliegende Erfindung vermieden, da durch die konkave Krümmung der Abtastlichtlinie die Auftrefforte des Sendelichts auf die Abtastebene in äußeren Winkelbereichen des Überwachungsbereichs näher am Überwachungssensor liegen, als dies bei einer geradlinig verlaufenden Abtastlichtlinie der Fälle wäre.This problem is avoided by the present invention, since the incidence of the transmitted light on the scanning plane in outer angular ranges of the monitored area are closer to the monitoring sensor by the concave curvature of the scanning light line than would be the case with a straight-line scanning light line.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung entspricht der Verlauf der Abtastlichtlinie auf der Abtastebene einem Segment eines Kreises, einer Parabel, einer Hyperbel oder einer Ellipse.According to an advantageous embodiment of the invention, the course of the scanning light line on the scanning plane corresponds to a segment of a circle, a parabola, a hyperbola or an ellipse.

Diese Verläufe haben sich als geeignet herausgestellt, um die gewünschte Verbesserung bei der Abtastsicherheit zu erzielen. Bei der Ausgestaltung der Abtastlichtlinie als Kreissegment ergibt sich zudem der Vorteil, dass der Abstand der Abtastlichtlinie und damit die Ausdehnung des Überwachungsbereichs über den gesamten Winkelbereich des abgetasteten Sektors gleichbleibt. Der Öffnungswinkel des abgetasteten sektorförmigen Bereichs, d.h. der Winkelbereich, über den sich der Überwachungsbereich erstreckt, beträgt vorteilhafterweise mindestens 45°, bevorzugt mindestens 90° und insbesondere bis zu 180°.These courses have been found to be suitable for achieving the desired improvement in scanning safety. In the embodiment of the scanning light line as a circle segment, there is also the advantage that the distance between the scanning light line and thus the extent of the monitoring area remains the same over the entire angular range of the scanned sector. The aperture angle of the scanned sector-shaped region, i. the angular range over which the monitoring area extends is advantageously at least 45 °, preferably at least 90 ° and in particular up to 180 °.

Vorteilhafterweise erzeugt das von der Sendeoptik fokussierte Sendelichtbündel in Projektion auf eine senkrecht zur optischen Achse der Sendeoptik verlaufende Referenzabtastebene eine gekrümmte Referenzlichtlinie. Der Verlauf der Referenzlichtlinie kann als Referenz für die Auslegung der Sende- bzw. Empfangsoptik dienen, so dass sich insbesondere die bei einer Berechnung der Optiken notwendigen Rechenschritte vereinfachen lassen. Der Scheitelpunkt der Referenzlichtlinie entspricht vorteilhafterweise dem Schnittpunkt der optischen Achse der Sendeoptik mit der Referenzabtastebene.Advantageously, the transmitted light bundle focused by the transmission optics generates a curved reference light line in projection onto a reference scanning plane extending perpendicular to the optical axis of the transmitting optics. The profile of the reference light line can serve as a reference for the design of the transmitting or receiving optics, so that it is possible in particular to simplify the computation steps required for calculating the optics. The vertex of the reference light line advantageously corresponds to the intersection of the optical axis of the transmitting optics with the reference scanning plane.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Intensitätsverteilung der Abtastlichtlinie in Längsrichtung und/oder in Querrichtung der Abtastlichtlinie homogen. Durch eine entsprechende Auslegung der Sendeoptik wird gewährleistet, dass zum einen die Abbildung der Abtastlichtlinie auf dem Lichtempfänger, d.h. der Lichtfleck, möglichst scharf begrenzt ist und zum anderen eine möglichst homogene Intensitätsverteilung des Lichtflecks über seine gesamte Länge gegeben ist. Dadurch wird eine zuverlässige Objektdetektion über den gesamten Überwachungsbereich ermöglicht.According to a further advantageous embodiment of the invention, the intensity distribution of the scanning light line in the longitudinal direction and / or in the transverse direction of the scanning light line is homogeneous. An appropriate design of the transmission optics ensures that, on the one hand, the imaging of the scanning light line on the light receiver, i. the spot of light is as sharp as possible and, on the other hand, the most homogeneous possible intensity distribution of the light spot over its entire length is provided. This enables reliable object detection over the entire surveillance area.

Vorteilhafterweise ist die Empfangsoptik dazu eingerichtet, ein einer geraden Linie entsprechendes Abbild der Abtastlichtlinie auf dem Lichtempfänger zu erzeugen. Für ein derartiges geradliniges Abbild der Abtastlichtlinie auf dem Lichtempfänger wird modellhaft angenommen, dass das Sendelicht auf eine plane Abtastebene auftrifft, so dass keine Verzerrungen bei der Krümmungsform der Abtastlichtlinie auftreten. Die Empfangsoptik macht sozusagen die Verzeichnungen der Sendeoptik „rückgängig“, die notwendig sind, um etwa eine gedachte geradlinig verlaufende Abtastlichtlinie in die erfindungsgemäße konkav gekrümmte Abtastlichtlinie zu überführen.Advantageously, the receiving optics is adapted to generate a straight line corresponding image of the scanning light line on the light receiver. For such a rectilinear image of the scanning light line on the light receiver is modeled that the transmitted light impinges on a flat scanning plane, so that no distortions occur in the curvature of the scanning light line. The receiving optics makes, as it were, the distortions of the transmitting optics "reversed", which are necessary in order to convert approximately an imaginary rectilinear scanning light line into the concave curved scanning light line according to the invention.

Bei Verwendung einer Empfangsoptik, die diese Verzeichnungen nicht berücksichtigen würde, würde auf dem Lichtempfänger ein ebenfalls gekrümmt verlaufender Lichtfleck entstehen, was die Auswertung eines von dem Lichtempfänger erzeugten Bildes aufwendiger machen würde, da dann nicht mehr z.B. lediglich zeilenweise bzw. spaltenweise ein Maximum der Lichtverteilung ermittelt werden könnte, sondern radiale Komponenten bei der Entfernungsermittlung berücksichtigt werden müssten. Zudem wird die lichtempfindliche Fläche des Lichtempfängers optimal ausgenutzt. Das Erzeugen eines Lichtflecks in Form eines geradlinigen Abbildes der Abtastlichtlinie bietet ferner den Vorteil, dass die Variation der Lichtfleckposition auf dem Lichtempfänger in Abhängigkeit von dem Abstand eines zu detektierenden Objekts von dem Überwachungssensor unabhängig von der Winkelposition des Objekts weitgehend gleichbleibt.When using a receiving optics that would not take these distortions into account, a likewise curved light spot would be formed on the light receiver, which would make the evaluation of a picture produced by the light receiver more complex, because then no longer e.g. only a maximum of the light distribution could be determined line by line or column by column, but radial components would have to be considered in the distance determination. In addition, the photosensitive surface of the light receiver is optimally utilized. The generation of a light spot in the form of a rectilinear image of the scanning light line also has the advantage that the variation of the light spot position on the light receiver as a function of the distance of an object to be detected from the monitoring sensor is largely the same regardless of the angular position of the object.

Vorteilhafterweise sind die Empfängerelemente des Lichtempfängers in Reihen und Spalten angeordnet, wobei das Abbild der Abtastlichtlinie auf dem Lichtempfänger parallel zu den Reihen oder Spalten verläuft. Hierdurch wird die Auswertung des von dem Lichtempfänger erzeugten Bildes nochmals erleichtert.Advantageously, the receiver elements of the light receiver are arranged in rows and columns, wherein the image of the scanning light line on the light receiver is parallel to the rows or columns. As a result, the evaluation of the image generated by the light receiver is further facilitated.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sendeoptik und/oder die Empfangsoptik jeweils wenigstens eine Linse umfassen, wobei zumindest eine lichtbrechende Fläche der Linse als Freiformfläche ausgebildet ist. Durch die Ausgestaltung zumindest einer lichtbrechenden Fläche als Freiformfläche lassen sich auf einfache und kostengünstige Weise die gewünschten Verzeichnungen beim Erzeugen der Abtastlichtlinie bzw. beim Erzeugen eines Abbildes der Abtastlichtlinie auf dem Lichtempfänger erreichen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Sende- und/oder die Empfangsoptik als Spiegeloptik ausgebildet sind oder eine jeweilige Kombination aus einer oder mehreren Spiegeloptiken und einer oder mehreren Linsen umfassen. Vorteilhafterweise können die Sendeoptik und/oder die Empfangsoptik jeweils wenigstens eine Spiegeloptik umfassen, deren lichtreflektierende Fläche als Freiformfläche ausgebildet ist.It has proved to be advantageous if the transmitting optics and / or the receiving optics each comprise at least one lens, wherein at least one refractive surface of the lens is designed as a free-form surface. By designing at least one refractive surface as a freeform surface, the desired distortions can be achieved in a simple and cost-effective manner when generating the scanning light line or when producing an image of the scanning light line on the light receiver. In principle, it is also possible that the transmitting and / or the receiving optics are designed as mirror optics or comprise a respective combination of one or more mirror optics and one or more lenses. advantageously, the transmitting optics and / or the receiving optics can each comprise at least one mirror optic whose light-reflecting surface is designed as a free-form surface.

Vorteilhafterweise weist die Sendeoptik wenigstens zwei Freiformflächen auf, wobei eine erste Freiformfläche derart ausgestaltet ist, dass diese für sich genommen eine gerade verlaufende Abtastlichtlinie auf der Abtastebene erzeugen würde, und wobei eine zweite Freiformfläche derart ausgestaltet ist, dass diese die Krümmung der Abtastlichtlinie bewirkt. Die erste Freiformfläche bewirkt also eine Kollimation des Sendelichts in Triangulationsrichtung und eine Spreizung des Sendelichts in Richtung des Öffnungswinkels. Die zweite Freiformfläche dient dazu, außeraxiale Strahlen mit zunehmendem lateralen Winkelabstand von der optischen Achse der Sendeoptik stärker nach unten in Richtung der Abtastebene abzulenken, um die gewünschte Krümmung der Abtastlichtlinie zu generieren. Beispielsweise können die Freiformflächen an einer oder auch an mehreren Linsen vorgesehen sein. Insbesondere können die beiden lichtbrechenden Flächen einer einzigen Linse als jeweilige Freiformfläche ausgebildet sein.Advantageously, the transmitting optics has at least two free-form surfaces, wherein a first free-form surface is configured in such a way that it would produce a straight scanning line on the scanning plane and a second free-form surface is configured such that it causes the curvature of the scanning light line. The first free-form surface thus effects a collimation of the transmitted light in the triangulation direction and a spreading of the transmitted light in the direction of the opening angle. The second free-form surface serves to deflect off-axis beams with increasing lateral angular distance from the optical axis of the transmitting optics more strongly downwards in the direction of the scanning plane in order to generate the desired curvature of the scanning light line. For example, the free-form surfaces can be provided on one or even on several lenses. In particular, the two refractive surfaces of a single lens may be formed as a respective free-form surface.

Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf ein flurgebundenes Fahrzeug, insbesondere fahrerloses Transportfahrzeug, mit einem Überwachungssensor nach zumindest einer der vorstehend genannten Ausführungsformen zum Überwachen eines Fahrwegs des Fahrzeugs.The present invention also extends to a field-bound vehicle, in particular a driverless transport vehicle, having a monitoring sensor according to at least one of the aforementioned embodiments for monitoring a travel path of the vehicle.

Vorteilhafterweise ist der Überwachungssensor von dem zu überwachenden Fahrweg beabstandet an dem Fahrzeug angeordnet und derart ausgerichtet, dass die optische Achse der Sendeoptik einen ebenen Fahrweg in einem vorgegebenen Abstand von dem Fahrzeug schneidet.Advantageously, the monitoring sensor is spaced apart from the track to be monitored on the vehicle and aligned such that the optical axis of the transmission optics intersects a flat track at a predetermined distance from the vehicle.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the description, the drawings and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein Fahrzeug mit einem Überwachungssensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht,
2 das Fahrzeug und Überwachungssensor von 1 in Draufsicht,
3 ein schematischer Sendelichtstrahlengang,
4 eine Sendeoptik des Überwachungssensors von 1 und 2 in Draufsicht,
5 verschiedene Teilstrahlengänge des Sendelichts in Schnittdarstellung, und
6 eine Empfangsoptik des Lichtempfängers von 1 und 2.

The invention will now be described by way of example with reference to the drawings. Show it:

1 a vehicle with a monitoring sensor according to an embodiment of the present invention in side view,
2 the vehicle and monitoring sensor of 1 in plan view,
3 a schematic transmitted light beam path,
4 a transmission optics of the monitoring sensor of 1 and 2 in plan view,
5 different partial beam paths of the transmitted light in a sectional view, and
6 a receiving optics of the light receiver of 1 and 2 ,

1 und 2 zeigen ein flurgebundenes Fahrzeug 10, welches sich entlang eines Fahrwegs 26 in einer Bewegungsrichtung RF fortbewegen kann. An dem Fahrzeug 10 ist von dem Fahrweg 26 beabstandet ein Überwachungssensor 12 zur ortsaufgelösten Detektion von Objekten in einem Überwachungsbereich 20 angeordnet. 1 and 2 show a field-bound vehicle 10 , which is located along a driveway 26 in a direction of movement RF can move. On the vehicle 10 is from the driveway 26 spaced a monitoring sensor 12 for spatially resolved detection of objects in a surveillance area 20 arranged.

Der Überwachungssensor 12 weist einen Lichtsender zum Aussenden von Sendelicht in den Überwachungsbereich 20 auf, wobei der Lichtsender eine Lichtquelle 14 und eine Sendeoptik 16, welche eine optische Achse O aufweist, umfasst. Der Überwachungssensor 12 umfasst ferner einen Lichtempfänger 22, welcher mehrere Empfängerelemente aufweist, die arrayförmig in Reihen und Spalten angeordnet sind. Dem Lichtempfänger 22 ist eine Empfangsoptik 24 vorgeordnet, welche Licht aus dem Überwachungsbereich 20, welches von einem zu detektierenden Objekt 40 bzw. dem Fahrweg 26 remittiert wird, in Richtung auf den Lichtempfänger 22 fokussiert.The monitoring sensor 12 has a light emitter for emitting transmitted light into the surveillance area 20 on, wherein the light emitter, a light source 14 and a transmission optics 16 which is an optical axis O comprises. The monitoring sensor 12 further comprises a light receiver 22 which has a plurality of receiver elements arrayed in rows and columns. The light receiver 22 is a receiving optics 24 upstream, which light from the surveillance area 20 which is of an object to be detected 40 or the track 26 is remitted, in the direction of the light receiver 22 focused.

Die Lichtquelle 14, die Sendeoptik 16, der Lichtempfänger 22 und die Empfangsoptik 24 sind derart zueinander angeordnet und ausgerichtet, dass sich die Position eines mittels der Empfangsoptik 24 auf dem Lichtempfänger 22 erzeugten Lichtflecks in einer Triangulationsrichtung T in Abhängigkeit von der Entfernung des Objekts 40 ergibt, wobei Licht, welches aus einem Empfangslichtbereich 42 remittiert wird, erfasst werden kann.The light source 14 , the transmitting optics 16 , the light receiver 22 and the receiving optics 24 are arranged and aligned with each other so that the position of one by means of the receiving optics 24 on the light receiver 22 generated light spot in a triangulation direction T depending on the distance of the object 40 results, wherein light, which from a received light area 42 is remitted, can be detected.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Seitenansicht von der 1 der Strahlengang lediglich in Schnittansicht dargestellt, wobei die Schnittebene entlang der optischen Achse O verläuft.For clarity, in the side view of the 1 the beam path shown only in sectional view, wherein the sectional plane along the optical axis O runs.

Der Überwachungssensor 12 ist gegenüber dem Fahrweg 26 geneigt, so dass ein entlang der optischen Achse O ausgesendeter Lichtstrahl in einem von dem Fahrzeug 10 beabstandeten Auftreffpunkt 46 unter einem Neigungswinkel β auf den Fahrweg trifft.The monitoring sensor 12 is opposite the driveway 26 inclined so that one along the optical axis O emitted light beam in one of the vehicle 10 spaced impact point 46 at a tilt angle β meets the road.

Die Sendeoptik 16 ist dazu eingerichtet, das Sendelicht 18 in der Triangulationsrichtung T bzw. quer zu einer Ebene, die durch den Fahrweg 26 definiert wird und nachfolgend auch als Abtastebene 26 bezeichnet wird, zu kollimieren und in einer hierzu orthogonalen Richtung in Richtung eines Öffnungswinkels α (2) aufzuweiten oder zu spreizen. Das Sendelichtbündel 18 erstreckt sich damit fächerförmig in den Überwachungsbereich 20. Durch die Kollimation einerseits und die fächerförmige Aufweitung andererseits wird das Sendelicht 18 mittels der Sendeoptik 16 derart geformt, dass es bei Abwesenheit von Objekten oder anderen Hindernissen im Strahlengang auf der Abtastebene 26 eine Abtastlichtlinie 28 erzeugt, die aus Richtung des Überwachungssensors 12 betrachtet konkav gekrümmt verläuft (siehe 2). Die Ausgestaltung und Funktion der Sendeoptik 16 wird nachfolgend noch näher beschrieben.The transmission optics 16 is set up to transmit light 18 in the triangulation direction T or across a plane through the track 26 is defined and subsequently also as a scanning plane 26 is designated to collimate and in a direction orthogonal thereto in the direction of an opening angle α ( 2 ) expand or spread. The transmitted light bundle 18 thus extends fan-shaped in the surveillance area 20 , By the collimation on the one hand and the fan-shaped expansion On the other hand, the transmitted light 18 by means of the transmission optics 16 shaped such that in the absence of objects or other obstacles in the beam path on the scanning plane 26 a scanning light line 28 generated from the direction of the monitoring sensor 12 considered concavely curved (see 2 ). The design and function of the transmission optics 16 will be described in more detail below.

Die Krümmung der Abtastlichtlinie 28 entspricht im Ausführungsbeispiel gemäß 2 einem Kreissegment, wobei der Öffnungswinkel α ungefähr 90° beträgt.The curvature of the scanning light line 28 corresponds in the embodiment according to 2 a circle segment, wherein the opening angle α is about 90 °.

Gemäß einer Abwandlung kann die Abtastlichtlinie 28 auch einem Segment einer Hyperbel, einer Parabel oder einer Ellipse entsprechen.According to a modification, the scanning light line 28 also correspond to a segment of a hyperbola, a parabola or an ellipse.

Die Empfangsoptik 24 ist dazu eingerichtet, die Abtastlichtlinie 28 derart auf den Lichtempfänger 22 abzubilden, dass ein einer geraden Linie entsprechender Lichtfleck auf dem Lichtempfänger 22 erzeugt wird, wobei dieser geradlinige Lichtfleck parallel zu der Abtastebene 26 und senkrecht zur Triangulationsrichtung T parallel zu den Reihen oder Spalten des Lichtempfängers 22 verläuft. Die Ausgestaltung und Funktion der Empfangsoptik 24 wird nachfolgend noch näher beschrieben. The receiving optics 24 is set to the scanning light line 28 so on the light receiver 22 imaging a light spot corresponding to a straight line on the light receiver 22 is generated, this rectilinear spot parallel to the scanning plane 26 and perpendicular to the triangulation direction T parallel to the rows or columns of the light receiver 22 runs. The design and function of the receiving optics 24 will be described in more detail below.

Wenn ein Objekt 40, beispielsweise ein fremdes Fahrzeug, ein Hindernis oder eine Person, in den Überwachungsbereich 20 gelangt und von dem Sendelichtbündel 18 erfasst wird, wird ein der Ausdehnung des Objekts 40 entsprechender Teilbereich des Sendelichtbündels 18 von dem Objekt 40 in Richtung auf die Empfangsoptik 24 remittiert, wobei sich der Triangulationswinkel, unter dem das remittierte Licht auf die Empfangsoptik 24 und den Lichtempfänger 22 trifft, in Abhängigkeit von dem Abstand des Objekts 40 ändert. Entsprechend ändert sich der Auftreffort des Empfangslichts für einen entsprechenden Abschnitt des Empfangslichtflecks in Triangulationsrichtung.If an object 40 For example, a foreign vehicle, an obstacle or a person in the surveillance area 20 passes and from the transmitted light bundle 18 is detected, becomes one of the extent of the object 40 corresponding subarea of the transmitted light bundle 18 from the object 40 towards the receiving optics 24 remitted, with the triangulation angle, under which the remitted light on the receiving optics 24 and the light receiver 22 meets, depending on the distance of the object 40 changes. Accordingly, the location of arrival of the receiving light for a corresponding portion of the receiving light spot changes in the triangulation direction.

Somit kann der Abstand eines detektierten Objekts 40 aus der Variation des Auftrefforts auf dem Lichtempfänger 22 in Triangulationsrichtung T ermittelt werden, während die Winkelposition des Objekts aus der Position des Auftrefforts auf dem Lichtempfänger 22 in einer Richtung quer zur Triangulationsrichtung T bestimmt werden kann.Thus, the distance of a detected object 40 from the variation of the place of impact on the light receiver 22 in triangulation direction T be determined while the angular position of the object from the position of the impact location on the light receiver 22 in a direction transverse to the triangulation direction T can be determined.

Die konkave Krümmung der Abtastlichtlinie 28 verbessert dabei die Erfassung von Objekten in seitlichen Bereichen des Überwachungsbereichs 20. So kann beispielsweise ein Objekt 40, dessen Bewegungsrichtung RO gemäß 2 quer zu der Bewegungsrichtung RF des Fahrzeugs 10 verläuft, bereits zu einem frühen Zeitpunkt erfasst werden, so dass eine eventuelle Kollision mit dem Fahrzeug 10 vermieden werden kann.The concave curvature of the scanning light line 28 improves the detection of objects in lateral areas of the surveillance area 20 , For example, an object 40 whose direction of movement RO according to 2 transverse to the direction of movement RF of the vehicle 10 runs already recorded at an early stage, so that any collision with the vehicle 10 can be avoided.

Die Ausgestaltung der Sendeoptik 16 wird im Folgenden mit Bezug auf 3 bis 5 näher erläutert. 3 zeigt schematisch einen Sendelichtstrahlengang in seitlicher Ansicht, wobei im Unterschied zu 1 nicht nur ein entlang der optischen Achse O der Sendeoptik 16 verlaufender mittlerer Sendelichtstrahl 30 des Sendelichtbündels 18 dargestellt ist, sondern zusätzlich auch die beiden äußeren Sendelichtstrahlen 32, die in der Perspektive von 3 hintereinanderliegen und insofern in der Darstellung nicht voneinander getrennt sichtbar sind. Wie in 3 gut zu erkennen ist, treffen die äußeren Sendelichtstrahlen 32 unter einem größeren Winkel auf die Abtastebene 26 als der mittlere Sendelichtstrahl 30. Die äußeren Sendelichtstrahlen 32 treffen in Durchtrittspunkten 38 auf die Abtastebene 26 auf bzw. schneiden diese, während der mittlere Sendelichtstrahl 30 in dem Auftreffpunkt 46 auf die Abtastebene 26 trifft.The embodiment of the transmission optics 16 will be referred to below with reference to 3 to 5 explained in more detail. 3 schematically shows a transmitted light beam path in a side view, in contrast to 1 not just one along the optical axis O of the transmitting optics 16 running central transmission beam 30 of the transmitted light bundle 18 is shown, but in addition also the two outer transmitted light beams 32 that in the perspective of 3 lie one behind the other and so far in the representation are not visible separately. As in 3 is clearly visible, meet the external transmitted light rays 32 at a larger angle to the scanning plane 26 as the central transmitted light beam 30 , The outside transmitted light rays 32 meet in transit points 38 on the scanning plane 26 on or intersect these, while the average transmitted light beam 30 in the point of impact 46 on the scanning plane 26 meets.

Die Berechnung der Sendeoptik 16 kann beispielsweise auf der Grundlage einer Referenzlichtlinie 36 erfolgen, die als Abbild oder Projektion des Sendelichtbündels 18 nach Durchtritt durch die hier als transparent angenommene Abtastebene 26 auf einer Referenzabtastebene 34 erzeugt wird, die senkrecht zum mittleren Sendelichtstrahl 30 bzw. zur optischen Achse O verläuft. In der Darstellung von 3 ist die so entstandene Referenzlichtlinie 36 in die Zeichenebene gedreht. Die Referenzlichtlinie 36 weist einen hyperbel- oder parabelähnlichen Verlauf auf, wobei der Scheitelpunkt im Auftreffpunkt 46 liegt.The calculation of the transmission optics 16 can, for example, based on a reference light line 36 done as an image or projection of the transmitted light bundle 18 after passing through the scanning plane 26 assumed to be transparent on a reference scanning plane 34 is generated, which is perpendicular to the central transmitted light beam 30 or to the optical axis O runs. In the presentation of 3 is the resulting reference light line 36 turned into the drawing plane. The reference light line 36 has a hyperbolic or parabola-like course, with the vertex at the point of impact 46 lies.

In 4 und 5 ist eine beispielhafte Sendeoptik 16 dargestellt, mit welcher der beschriebene Sendelichtstrahlengang erzeugt werden kann. Die Sendeoptik 16 ist hier beispielhaft als bikonische Linse ausgebildet, wobei die eine lichtbrechende Fläche der Linse plan und die andere lichtbrechende Fläche in Draufsicht gemäß 2 und 4 konkav und in Seitenansicht gemäß 1 und 5 konvex gekrümmt ist.In 4 and 5 is an exemplary transmission optics 16 represented, with which the described transmission light beam path can be generated. The transmission optics 16 is here exemplified as a biconical lens, wherein the one refractive surface of the lens plan and the other refractive surface in plan view according to 2 and 4 concave and in side view according to 1 and 5 is convexly curved.

Die konkave Krümmung der lichtbrechenden Fläche bewirkt gemäß 4 das fächerförmige Aufspreizen des Sendelichtbündels 18, während der konvexe Krümmungsanteil gemäß 5 die Kollimation des Sendelichtbündels in Triangulationsrichtung T und die winkelabhängige Änderung des Abstrahlwinkels bewirkt.The concave curvature of the refractive surface causes according to 4 the fan-shaped spreading of the transmitted light beam 18 while the convex curvature fraction according to 5 the collimation of the transmitted light beam in the triangulation direction T and causes the angle-dependent change of the emission angle.

In 4 sind drei voneinander beabstandete Schnittebenen A bis C eingezeichnet. Die Schnittebene A verläuft in der Mitte der Sendeoptik 16, die Schnittebene C in einem äußeren Bereich und die Schnittebene B zwischen den Schnittebenen A und C. Die zugehörigen Schnittdarstellungen sind in 5 dargestellt. Hier ist gut zu erkennen, dass in allen drei Schnittebenen A bis C eine weitgehend parallele Kollimation des Sendelichtbündels 18 stattfindet. Während das Strahlenbündel 18 in der Schnittebene A parallel zur optischen Achse O verläuft, nimmt die Neigung des Strahlenbündels 18 in Bezug auf die optische Achse O nach außen hin zu.In 4 are three spaced cutting planes A to C located. The cutting plane A runs in the middle of the transmission optics 16 , the cutting plane C in an outer region and the cutting plane B between the cutting planes A and C. The corresponding sectional views are in 5 shown. Here is good to see that in all three cutting planes A to C a largely parallel collimation of the transmitted light bundle 18 takes place. While the beam 18 in the sectional plane A parallel to the optical axis O runs, decreases the inclination of the beam 18 in terms of the optical axis O towards the outside.

Die wirksame lichtbrechende Fläche der Sendeoptik 16 kann vorzugsweise als Freiformfläche ausgestaltet sein, wobei deren Berechnung auf der Grundlage der Referenzlichtlinie 36 (3) erfolgen kann.The effective refractive surface of the transmission optics 16 may preferably be configured as a free-form surface, the calculation of which is based on the reference light line 36 ( 3 ).

Grundsätzlich müssen die verschiedenen optischen Funktionen der Sendeoptik 16 nicht in einer einzigen lichtbrechenden Fläche verwirklicht sein, sondern können auch auf verschiedene lichtbrechende Flächen einer einzigen oder mehrerer Linsen verteilt werden.Basically, the different optical functions of the transmission optics 16 can not be realized in a single refractive surface, but can also be distributed to different refractive surfaces of a single or multiple lenses.

Um eine geradlinige Abbildung der Abtastlichtlinie 28 auf dem Lichtempfänger 22 zu erzielen, kann die Empfangsoptik 24 in entsprechender Weise ausgestaltet sein, wobei im Wesentlichen die winkelabhängigen Verzerrungen, welche die Krümmung der Abtastlichtlinie 28 bewirken, wieder „rückgängig“ gemacht werden sollen. Eine der divergenten Komponente der Sendeoptik 16 entsprechende Eigenschaft, wie sie bei der Sendeoptik 16 zur fächerförmigen Aufspreizung des Strahlenbündels vorgesehen ist, kann in der Regel bei der Empfangsoptik 24 entfallen.To a rectilinear figure of the scanning light line 28 on the light receiver 22 can achieve the receiving optics 24 be configured in a corresponding manner, wherein substantially the angle-dependent distortions, which the curvature of the scanning light line 28 cause it to be "undone" again. One of the divergent components of the transmission optics 16 corresponding property, as with the transmitting optics 16 is provided for the fan-shaped spreading of the beam, as a rule, in the receiving optics 24 omitted.

Eine beispielhafte Empfangsoptik 24 ist in 6 schematisch dargestellt. Die Empfangsoptik 24 ist bezüglich ihrer Brennweite und ihres Öffnungswinkels so ausgelegt, dass ein der Erstreckung der Abtastlichtlinie 28 entsprechender Abbildungsbereich 44 möglichst formatfüllend auf den Lichtempfänger 22 abgebildet wird. Dadurch wird vermieden, dass unerwünschtes Streulicht auf den Lichtempfänger 22 gelangt. Entsprechend sollen die Durchtrittspunkte 38 der äußeren Sendelichtstrahlen 32 (2 und 3) in möglichst randnahe Bereiche Lichtempfängers 22 abgebildet werden. Letztlich wird dadurch gewährleistet, dass Sendelicht 18, das an unterschiedlichen Positionen im Überwachungsbereich 20 in Richtung des Überwachungssensors 12 remittiert wird, mit möglichst gleichbleibender Helligkeit auf den Lichtempfänger 22 fokussiert wird, so dass der Überwachungssensor 12 eine möglichst positionsunabhängige Empfindlichkeit aufweist. Eine oder mehrere lichtbrechenden Flächen der Sendeoptik 16 können ebenfalls als Freiformflächen ausgestaltet sein,An exemplary receiving optics 24 is in 6 shown schematically. The receiving optics 24 is designed with respect to its focal length and its opening angle so that one of the extension of the scanning light line 28 corresponding imaging area 44 as far as possible full format on the light receiver 22 is shown. This will avoid unwanted stray light on the light receiver 22 arrives. Accordingly, the passage points 38 the external transmitted light rays 32 ( 2 and 3 ) can be imaged in regions of the light receiver 22 that are as close to the edge as possible. Ultimately, this ensures that transmitted light 18 in different positions in the surveillance area 20 in the direction of the monitoring sensor 12 is remitted, with as constant as possible brightness on the light receiver 22 is focused, so that the monitoring sensor 12 has a position-independent sensitivity as possible. One or more refractive surfaces of the transmission optics 16 can also be configured as freeform surfaces,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Fahrzeugvehicle
1212: Überwachungssensormonitoring sensor
1414: Lichtquellelight source
1616: Sendeoptiktransmission optics
1818: Sendelicht, SendelichtbündelTransmitted light, transmitted light bundle
2020: Überwachungsbereichmonitoring area
2222: Lichtempfängerlight receiver
2424: Empfangsoptikreceiving optics
2626: Fahrweg, AbtastebeneTrack, scanning plane
2828: AbtastlichtlinieAbtastlichtlinie
3030: mittlerer Sendelichtstrahlmedium transmitted light beam
3232: äußerer Sendelichtstrahlexternal transmitted light beam
3434: ReferenzabtastebeneReferenzabtastebene
3636: ReferenzlichtlinieReference light line
3838: DurchtrittspunktPassage point
4040: Objektobject
4242: EmpfangslichtbereichReceived light area
4444: Abbildungsbereichimaging area
4646: Auftreffpunkt of impact
A bis CA to C: Schnittebenecutting plane
OO: optische Achseoptical axis
RFRF: Bewegungsrichtung des FahrzeugsDirection of movement of the vehicle
RORO: Bewegungsrichtung des ObjektsDirection of movement of the object
TT: TriangulationsrichtungTriangulationsrichtung
αα: Öffnungswinkelopening angle
ββ: Neigungswinkeltilt angle

Claims

Monitoring sensor (12) for the spatially resolved detection of objects in a monitoring area (20) according to the triangulation principle, comprising - a light emitter for emitting transmitted light (18) into the surveillance area (20), the light emitter comprising a light source (14) and a transmission optics (16 ) having an optical axis (O), comprising: - a light receiver (22) having a plurality of receiver elements for receiving light from the monitoring area (20) remitted from an object (40) to be detected, and a light receiving device (22) upstream receiving optics (24), wherein the light emitter, the light receiver (22) and the receiving optics (24) in such a way arranged to one another that the position of a light spot (32) generated on the light receiver (14) by means of the receiving optics (24) from the remitted light (26) results in a triangulation direction (T) as a function of the distance of the object (40) , and wherein the transmitting optics (16) is adapted to focus the light emitted by the light source (14) to a transmitted light beam (18), which when hitting a scanning plane (26), which to the optical axis (O) of the transmitting optics (16) inclined by a predetermined angle of inclination (β) in the triangulation direction (T), generates a scanning light line (28) which is concavely curved as seen from the direction of the monitoring sensor (12).

Monitoring sensor after Claim 1 , characterized in that the course of the scanning light line (28) on the scanning plane (26) corresponds to a segment of a circle, a parabola, a hyperbola or an ellipse.

Monitoring sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitted light bundle (18) focused by the transmitting optical system (16) projects a curved reference light line (36) in projection onto a reference scanning plane (34) perpendicular to the optical axis (O) of the transmitting optical system (16). generated.

Monitoring sensor (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity profile of the scanning light line (28) in the longitudinal direction and / or in the transverse direction of the scanning light line (28) is homogeneous.

Monitoring sensor (12) according to any one of the preceding claims, characterized in that the receiving optics (24) is adapted to generate a straight line corresponding image of the scanning light line (28) on the light receiver (22).

Monitoring sensor (12) after Claim 5 , characterized in that the receiver elements of the light receiver (22) are arranged in rows and columns, and in that the image of the scanning light line (28) on the light receiver (22) runs parallel to the rows or columns.

Monitoring sensor (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting optics (16) and / or the receiving optics (24) each comprise at least one lens, wherein at least one refractive surface of the lens is formed as a freeform surface.

Monitoring sensor (12) after Claim 7 , characterized in that the transmitting optics (16) has at least two free-form surfaces, wherein a first free-form surface is configured such that it would produce a straight scanning line (28) on the scanning plane (26), and wherein a second free-form surface is such is configured such that this causes the curvature of the scanning light line (28).

A field-bound vehicle (10), in particular a driverless transport vehicle, with a monitoring sensor (12) according to one of the preceding claims for monitoring a travel path (26) of the vehicle (10).

Vehicle (10) to Claim 9 , characterized in that the monitoring sensor (12) of the track to be monitored (26) spaced on the vehicle (10) is arranged and oriented such that the optical axis (O) of the transmitting optics (16) has a flat track (26) at a predetermined distance from the vehicle (10) cuts.