JP2020523604A - 監視領域を監視するためのレーザスキャナ - Google Patents

Abstract

本発明は、閉鎖手段によって閉じることができる開口部の前の監視領域（３６）を監視するためのレーザスキャナ（１０，３２）に関し、閉鎖手段の形態によって監視領域（３６）内の危険領域（４０）が画定され、監視領域（３６）は少なくとも片側においてフレーム（３４）によって区切られており、監視領域（３６）の前方に、レーザ送受信ユニット（１２）を含むエッジ領域（３８）が存在し、さらに、送信及び受信されたレーザパルスの伝搬時間測定（ＴＯＦ（ＲＰ））を用いて監視領域（３６）内の物体（２２、４４、４６）の位置を求める伝搬時間取得（１４）が行われ、物体が伝搬時間測定によって危険エッジ領域（４２）内で検出されたか否かの第１の物体情報を生成する評価ユニット（１８）が設けられており、さらに、強度取得（１６）が行われ、強度取得（１６）によって、受信されたレーザパルスの強度（Ｉ（ＲＰ））が評価され、取得された強度（Ｉ（ＲＰ））が、記憶ユニット（２４）に記憶されている基準強度（ＩＲＥＦ）と比較され、偏差が所定の閾値（Ｄ）を超える場合、強度の偏差に基づいて危険エッジ領域（４２）内に物体が存在するか否かの第２の物体情報が提供され、第１又は第２の物体情報が肯定的である場合、評価ユニット（１８）によって「セーフティ信号」が生成される。【選択図】図１

Description

本発明は、閉鎖手段によって閉じることができる開口部の前の監視領域を監視するためのレーザスキャナ、及び少なくとも１つのレーザスキャナと、監視領域を区切るフレーム部材とを備える配置体に関する。

従来技術において、自動ドア及び窓用のレーザスキャナは知られている。従来は、かかるレーザスキャナは、レーザスキャナからの距離を求めて監視領域に対応付けるための伝搬時間算出手段を含む。このプロセスでは、それぞれ１つの角度に対応付けられレーザスキャナによって放射された個々のレーザパルスが物体によって反射される。反射は伝搬時間測定により評価した。これにより、監視領域内の物体の位置を検出することができる。当該位置が危険領域として定義された領域内にある場合、物体が自動閉鎖手段、特にドアまたは窓に挟まるのを防止するため、通常はいわゆる「セーフティ」信号が制御ユニットに送られ、。肯定的な「セーフティ」信号の場合は、通常、閉鎖手段の制御ユニットを停止させるか、または閉鎖運動を反転させる。

ＤＥ１０２００６０４３６１５には、監視領域内の物体を検出するために、送信ユニット及び受信ユニットを有するレーザスキャナを使用できることが開示されている。受信された信号は、基準信号と比較される。この基準信号は、ドアの動きと相関されることができる。比較は、伝搬時間測定の場合にも、反射率測定の場合にも行われる。

本発明の目的は、危険領域「セーフティ」領域内の危険な状態の物体の検出を可能な限り高信頼性にすることである。また、危険領域が監視領域を区切るフレームの近くに位置する場合にも、高い信頼性が確保されなければならない。このことは、特に小さな物体について成立しなければならない。

この目的は、請求項１に記載の特徴によって達成される。

本発明の有利な改良形態は、従属請求項に開示されている。

本発明では、閉鎖手段によって閉じることができる開口部の前方の監視領域を監視するためのレーザスキャナは、以下のように構成される。レーザスキャナは、評価ユニットを使用して、送信及び受信されたレーザパルスの伝搬時間を測定することによって、監視領域内の物体の位置を求める。監視領域は、少なくとも１つの危険領域を含み、物体が前記危険領域内で検出されると、レーザスキャナは「セーフティ」信号を出力する。危険エッジ領域外の危険領域内に物体が検出されない場合、伝搬時間測定によって、危険エッジ領域内で物体が伝搬時間測定により検出されたかどうかの第１の物体情報が生成される。さらに、受信されたレーザパルスの強度が評価され、検出された強度がレーザスキャナの記憶ユニットに記憶された基準強度と比較される。偏差が所定の閾値を超える場合、第２の物体情報が提供される、すなわち、強度偏差に基づいて、物体が危険エッジ領域内に位置するかどうかが提供される。危険エッジ領域は、その近傍で監視領域がフレームによって物理的に区切られ、なおかつ危険領域として定義される領域である。

監視領域を少なくとも片側、特に両側で区切るフレームの近傍で得られるエッジ領域までの距離を決定しなければならない。エッジ領域における問題は、エッジ領域における伝搬時間測定の精度が不正確にしかなり得ないことである。これにより、この領域の小さな物体を検出することが困難になる。小さな物体とフレームによって形成される背景とを高信頼性で区別できない領域をグレーゾーンと称する。反射光パルスによって取得される伝搬時間測定結果の精度は、物体と背景との反射率の程度の差にも依存する。

位置のより正確な算出を可能にするため、受信強度に基づいて、伝搬時間測定の誤差補正を実行することもできる。

反射率に大きな差があると偏差が大きくなり、かかる偏差は、フレームのエッジ領域内のグレーゾーンのサイズに影響を及ぼす。

本発明では、背景と現在の物体測定との間で強度比較を行う。測定された強度の偏差が事前定義された閾値を超える場合、伝搬時間測定によってフレーム内で検出結果が得られない場合でも、検出が報告される。

強度偏差は、基準強度と物体強度との差の大きさである。

このようにして、エッジ領域のグレーゾーンにおける伝搬時間測定の不正確さを除去することができる。これにより、小さな物体でも高い検出信頼性が保証される。

レーザスキャナは走査プロセス中、セクタ内に分布されたレーザパルスを使用して、投影において、監視対象の開口部を覆う平面であって、特に開口部平面に平行である平面を走査する。

強度は、受信パルス幅を評価することによって測定される。使用される検出器はアバランシェフォトダイオードである。

好ましくは、一点について、複数の連続するレーザパルスにわたって強度を平均化して平均値を形成し、これを基準平均値と比較する。

この基準強度は、始動時と、必要に応じて周期的に記録され、記憶ユニットに記憶される。基準強度は、測定時に検出されたレーザパルスによって補正することができる。特に、測定されたレーザパルスについて検出結果が得られない各測定時に補正が行われる。これにより、環境の変化に継続的に適応することができる。

監視領域内の物体を表す第１の物体情報が存在する場合、「セーフティ」信号がレーザスキャナ出力部で出力される。

同時に、監視領域内の物体を表す第２の物体情報が存在する場合、この略同時の物体情報との比較が行われる。

センサは、伝搬時間および強度を評価するための電子評価ユニットを備える。評価ユニットはさらにフィルタを含み、そのフィルタ特性は、グレーゾーンのサイズに影響を及ぼす。

監視領域は、危険エッジ領域に加えて、例えば起動をトリガすることができる他の検出領域を含むことも可能である。これらの領域については、かかる領域内の物体を伝搬測定のためにのみ考慮することができる。このことにより、レーザスキャナの検出挙動がよりロバストになる。したがって、危険領域では、エッジ領域でない限り、強度測定は考慮されない。

通常、定義されたエッジ領域のサイズは、約２ｃｍから５ｃｍまでである。このサイズは、特に、伝搬時間情報を評価するために使用されるフィルタに依存する。本発明の別の一側面では、本発明は、少なくとも部分的に包囲するフレームと、フレームによって形成された開口部を閉鎖するための閉鎖手段と、前述のレーザスキャナとを備え、前記レーザスキャナは、フレームがレーザスキャナの監視領域を少なくとも部分的に区切るようにフレームに取り付けられる配置体に関する。

レーザスキャナは、好ましくは、フレームの角部に取り付けられる。

さらに、この配置体は、レーザスキャナと協働する閉鎖手段、特に窓を制御するための制御ユニットを含むことができる。

本発明の他の利点、特徴、および可能な用途は、図面に示される実施例を参照する以下の説明から明らかである。

明細書、クレーム及び図面を通して、下記の参照符号のリストにて使用されている用語及びこれに対応する参照符号を使用する。

本発明のレーザスキャナである。 検出領域に物体がない本発明による構成の概略図である。 検出領域内およびエッジ領域内に物体が存在する、本発明による配置体の概略図である。 概略的なフローチャートである。

図１は本発明のレーザスキャナ１０を示しており、レーザスキャナ１０はレーザスキャナ送受信ユニット１２を有し、レーザスキャナ送受信ユニット１２は、角度範囲にわたってレーザパルスを送信し、物体２２によって反射されたレーザパルスを受信することができる。次に、受信されたレーザパルスは、伝搬時間取得１４及び強度取得１６において解析される。さらに評価ユニット１８が設けられており、評価ユニット１８は、伝搬時間取得１４および強度取得１６によって生成された値に基づいて、「セーフティ」出力部２０で肯定的な「セーフティ」信号を出力すべきか否かを判断する、それによって制御ユニットをセーフティモードに設定することができる。評価ユニット１８は、評価のために、記憶ユニット２４に記憶されている基準値を使用する。評価ユニットの詳細な機能については、図４にて詳しく説明する。

図２は本発明の配置体３０を示しており、これはフレーム３４と、レーザスキャナ３２として構成されたレーザスキャナとを備える。レーザスキャナ３２はレーザパルスを放射し、このレーザパルスは、監視領域３６内の物体によって、又は監視領域を区切るフレーム３４によって反射されることができる。

レーザパルスの放射から反射の検出までの伝搬時間が求められる。この伝搬時間を使用して、監視領域３６内のフレーム３４内の物体の位置を検出することができる。かかる検出方式は、伝搬時間測定の精度に起因して、小さな物体が監視領域３６のエッジ領域３８内であってフレーム３４付近にある場合、限界に達する。

破線によって区切られて図示されているエッジ領域３８は、フレーム３４の下エッジから右エッジにわたって延在し、この右エッジでは危険領域４０に分類される。この領域では、エッジ領域３８は危険エッジ領域４２となり、この危険エッジ領域４２は高信頼性で評価されなければならない。

本発明では危険エッジ領域４２内では、伝搬時間に加えて、反射レーザパルスの強度も評価される。この評価は、図４を参照して詳細に説明するように、初期化サイクルにおいて各レーザパルスに対するフレーム３４の基準値を特定することによって実行される。検出された強度は、レーザスキャナ３２に記憶された基準強度と比較される。偏差が所定の閾値を超える場合、可能性のある閉鎖プロセスを中断するように閉鎖手段（ここでは概観しやすくするために図示しない）を、特に窓を制御するため、「セーフティ」信号が制御ユニットに送信される。

図３は、図２の配置体３０を示しており、本事例では２つの物体４４、４６が図示されており、そのうち物体４４は伝搬時間測定によって検出され、物体４６は強度測定を考慮した危険エッジ領域の評価において検出され得るが、グレーゾーンでは伝搬時間測定によって一義的な評価を行うことはできない。レーザパルスの強度を測定するためには、受信したレーザパルスのパルス幅を評価する。

図４は、危険エッジ領域で検出される物体を検出するためのフローチャートを示す。伝搬時間測定が実行され、これは飛行時間（ＴＯＦ）測定とも呼ばれる。レーザパルスの伝搬時間を使用して、レーザパルスが反射された点の距離は、監視領域内の位置に割り当てられ、監視領域外にある場合は廃棄される。

閉鎖手段の構成に応じて、監視領域に割り当てられる危険領域が得られる。このようにして、監視領域内で危険領域が定義され、危険領域内で物体が検出された場合、いわゆる「セーフティ」信号が評価ユニットによって出力される。

監視領域が危険領域において物理的なフレームによって区切られている場合、危険エッジ領域が得られる。このエッジ領域では、伝搬時間測定の評価は、必ずしも小さな物体の検出を可能にするのに十分な精度で実行されるとは限らない。

レーザスキャナの初期動作時に、エッジ領域の位置が初期化実行中にＴＯＦ測定によって検出され、なおかつエッジ領域の反射率が、反射されたレーザパルスを用いて測定される。この反射されたレーザパルスは、当該測定点に対する基準値としてレーザスキャナの記憶装置に記憶される。

このようにして、ＴＯＦ測定結果の評価の際には、ＴＯＦ距離測定結果の値が、定義された危険エッジ領域までの距離より大きいか否かが判断される。

そうである場合には、危険エッジ領域の評価が実行される。このような危険エッジ領域評価の際には、ＴＯＦ測定から得られた第１の物体情報の他に、第２の物体情報が生成される。第２の物体情報は、現時点で測定されたレーザパルスの反射率の偏差が、フレームの反射率を反映する対応付けられた基準反射率の測定値より大きいか否かを示す。反射率は、受信したレーザパルスの強度に依存して評価され、パルス幅に基づいて決定される。強度及び参照強度の差の大きさが閾値Ｄを超える場合、提供される第２の物体情報は肯定的となり、そうでない場合は否定的となる。

反射点のＴＯＦ測定値が危険エッジ領域内にある場合にも、提供される第１の物体情報は肯定的となり、そうでない場合は否定的となる。

評価ユニットは、第１の物体情報又は第２の物体情報が肯定的である場合、肯定的な「セーフティ」信号を出力する。

このようにして、物体とその背後のフレームとの間に反射率の大きな差が存在するときにＴＯＦ測定において特に大きな不正確さが生じるエッジ領域において、この目的のために強度情報を使用することによって大幅に解消することができる。

その結果、小さな物体であっても危険領域内で検出することができる。

強度の偏差が閾値Ｄよりも小さい場合、記憶された基準反射率がこの値を用いて補正される。

１０ レーザスキャナ
１２ レーザスキャナ送受信ユニット
１４ 伝搬時間取得
１６ 強度取得
１８ 評価ユニット
２０ 「セーフティ」出力
２２ 物体
２４ 記憶装置
３０ 配置体
３２ レーザスキャナ
３４ フレーム
３６ 監視領域
３８ エッジ領域
４０ 危険領域
４２ 危険エッジ領域
４４ 第１の物体
４６ 第２の物体
Ｄ 閾値

Claims (10)

1. 閉鎖手段によって閉じることができる開口部（３６）の前の監視領域（３６）を監視するためのレーザスキャナ（１０、３２）であって、
   前記閉鎖手段の形態によって前記監視領域（３６）内の危険領域（４０）が画定され、
   前記監視領域（３６）は少なくとも片側においてフレーム（３４）によって区切られており、
   前記監視領域（３６）の前方に、レーザ送受信ユニット（１２）を含むエッジ領域（３８）が存在し、
   さらに、送信及び受信されたレーザパルスの伝搬時間測定（ＴＯＦ（ＲＰ））を用いて前記監視領域（３６）内の物体（２２、４４、４６）の位置を求める伝搬時間取得（１４）が行われ、
   物体が前記伝搬時間測定によって危険エッジ領域（４２）内で検出されたか否かの第１の物体情報を生成する評価ユニット（１８）が設けられており、
   さらに、強度取得（１６）が行われ、前記強度取得（１６）によって、受信された前記レーザパルスの強度（Ｉ（ＲＰ））が評価され、取得された当該強度（Ｉ（ＲＰ））が、記憶ユニット（２４）に記憶されている基準強度（Ｉ_ＲＥＦ）と比較され、前記伝搬時間取得（１４）によって前記危険エッジ領域（４２）外の前記危険領域（４０）内に物体が検出されない場合において、偏差が所定の閾値（Ｄ）を超える場合、前記強度の偏差に基づいて前記危険エッジ領域（４２）内に物体が存在するか否かの第２の物体情報が提供され、
   前記第１又は前記第２の物体情報が肯定的である場合、前記評価ユニット（１８）によって「セーフティ」信号が生成される
   ことを特徴とするレーザスキャナ（１０，３２）。
2. 前記レーザ送受信ユニット（１２）がアバランシェフォトダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャナ。
3. 前記強度取得（１６）は、パルス幅評価によって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザスキャナ。
4. 前記レーザスキャナの初期化を可能にする初期化装置が設けられており、前記初期化中に前記監視領域（３６）内のフレーム（３４）の基準強度（Ｉ_ＲＥＦ）が前記記憶ユニット（２４）に格納されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれかに記載のレーザスキャナ。
5. 前記監視領域（３６）、前記危険領域（４０）、前記エッジ領域（３８）及び前記危険エッジ領域（４２）は、前記初期化中に規定されることを特徴とする請求項４に記載のレーザスキャナ。
6. 少なくとも部分的に包囲するフレームと、前記フレーム（３４）によって形成された開口部を閉じるための閉鎖手段と、請求項１から５までのいずれかに記載のレーザスキャナ（３２）とを備えた配置体（３０）であって、
   前記レーザスキャナ（３２）は、前記フレーム（３４）が当該レーザスキャナ（３２）の監視領域（３６）を少なくとも部分的に区切るように前記フレームに取り付けられていることを特徴とする配置体（３０）。
7. 前記センサ（３２）が前記フレーム（３２）の角部分に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の配置体。
8. 前記フレーム（３４）が窓または窓の内枠の一部であることを特徴とする請求項６又は７に記載の配置体。
9. 前記閉鎖手段は、前記レーザスキャナに接続された制御ユニットによって制御されることを特徴とする請求項６から８までのいずれかに記載の配置体。
10. 前記閉鎖手段が窓であることを特徴とする請求項６から９までのいずれかに記載の配置体。

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