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Die Erfindung betrifft eine optische Detektionsvorrichtung zur Anordnung an einem Fahrzeug zur Detektion von Objekten in der Nähe des Fahrzeugs, mit wenigstens einem Sender zum Senden von elektromagnetischer Strahlung in eine beobachtete Zone, wenigstens einem Empfänger zum Empfangen von aus der beobachteten Zone reflektierter Strahlung, eine optische Anordnung, aufweisend eine erste Optik für den Sender zum Leiten der Strahlung in die beobachtete Zone und einem Antrieb zum Rotieren wenigstens der optischen Anordnung um eine Rotationsachse, sodass die gesendete Strahlung entlang des Azimut bewegt wird.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Front und einem Heck, das wenigstens eine solche optische Detektionsvorrichtung aufweist.
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Derartige optische Detektionsvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt und werden allgemein auch als optische Laufzeitsensoren, Laserscanner, LiDAR-Sensoren oder LaDAR-Sensoren bezeichnet. Von einem Sender wird elektromagnetische Strahlung ausgesendet und von einem Objekt reflektiert. Durch Empfang der reflektierten Strahlung und entsprechende Laufzeitmessung des Signals ist ein Abstand zwischen der Detektionsvorrichtung und dem Objekt, welches die Strahlung reflektierte, bestimmbar.
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Konkret werden derartige Detektionsvorrichtungen vermehrt auch bei Fahrzeugen eingesetzt, um die Umsetzung von Fahrerassistenzsystemen sowie autonomes Fahren zu ermöglichen. Neben solchen optischen Detektionsvorrichtungen werden auch Infrarotsensoren, Radarsensoren und Ähnliches eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass solche optischen Detektionsvorrichtungen beispielsweise zur Stauerkennung, Objekterkennung, Personenerkennung im Fahrbereich oder auch als Abbiegesensoren, die beispielsweise ein neben einem Fahrzeug befindliches Objekt, wie einen Fahrradfahrer, detektieren, eingesetzt werden können. Insbesondere im Bereich der Lastkraftwagen ist dieser Einsatz vorteilhaft und kann beispielsweise dazu verwendet werden zu detektieren, ob ein Aufleger beim Abbiegen mit einem Objekt kollidiert. Daten, die mittels derartiger optischer Detektionsvorrichtungen erfasst werden, können in die Fahrzeugsteuerung eingespeist werden, und die Fahrzeugsteuerung kann basierend auf diesen Daten bestimmte Stellsignale, beispielsweise für eine Bremsanlage oder eine Warnanlage, ausgeben.
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Der Einsatz von solchen optischen Detektionsvorrichtungen in der Massenfertigung von Fahrzeugen bedingt einerseits, dass die Herstellung solcher optischer Detektionsvorrichtungen einfach und preiswert möglich sein muss, andererseits auch, dass diese optischen Detektionsvorrichtungen robust sind und den Umwelteinflüssen, die auf diese beim Einsatz im Fahrzeugbereich wirken, standhalten müssen.
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Aus
DE 10 2008 013 906 ist eine gattungsgemäße Detektionsvorrichtung bekannt, bei der zum Umlenken der Strahlung Spiegel eingesetzt werden. Eine Laserdiode sendet einen Lichtstrahl parallel zu einer Rotationsachse einer rotierbaren optischen Anordnung aus, und ein Spiegel wird eingesetzt, diesen Lichtstrahl so umzulenken, dass der Azimut abgetastet werden kann. Eine entsprechende Spiegelanordnung ist auch für den Empfänger vorgesehen. Die Laserdiode wird gemeinsam mit der Optik rotiert. Die Ansteuerung der Laserdiode wird über eine Induktionsspule realisiert. Problematisch ist hierbei einerseits, dass durch die Energieübertragung mittels Induktion relativ hohe elektromagnetische Strahlung herrscht, die im Fahrzeugbereich unerwünscht sein kann, da sie auf andere elektrische Systeme Einfluss haben kann. Für eine entsprechende Abschirmung ist im Fahrzeugbereich häufig nicht ausreichend Raum. Eine Umlenkung mittels eines Spiegels hat den Nachteil, dass die Montage des Spiegels sehr genau erfolgen muss und bereits kleine Montageungenauigkeiten zu einer Variation der Richtung der gesendeten Strahlung führen.
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Eine ähnliche optische Detektionsvorrichtung ist aus
DE 10 2006 045 799 bekannt, bei der für die sendende Laserdiode kein Spiegel vorgesehen ist, sondern diese direkt in Richtung des Azimut ausgerichtet ist und rotiert wird.
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Ferner offenbart
DE 10 2005 055 572 eine optische Detektionsvorrichtung, bei der sowohl Sender als auch Empfänger feststehend sind. Dies hat den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, den Sender über Induktion mit elektrischer Energie zu versorgen, dieser kann vielmehr direkt angesteuert werden. Die Umlenkung des Laserstrahls erfolgt wiederum mittels eines Spiegels. Nachteilig ist hierbei, dass sich bei der Rotation des Spiegels die Abbildung des Laserstrahls in der zu untersuchenden Zone ändert, nämlich dreht. Dies ist begründet in der sich relativ zum Laserstrahl ändernden geneigten Lage des Spiegels. Durch die rotierende Abbildung ergeben sich unerwünschte Effekte.
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Für ein sicheres Ergebnis bei der Abtastung mit dazugehöriger hoher Auflösung muss der Laserstrahl als vertikale Linie projiziert werden. Wird die Linie über den rotierenden Spiegel in den Abtastbereich abgelenkt, rotiert das Abbild und in den Randbereichen wird eine genaue Zuordnung der Signale zur Position ungenau bzw. unmöglich.
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Eine weitere optische Detektionsvorrichtung, die ebenfalls mit Spiegeln arbeitet, wobei die Spiegel am Rand zylindrische Abschnitte aufweisen, ist in
DE 10 2004 041 500 A1 offenbart.
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Zur Verbesserung der Messgenauigkeit ist bekannt, mehrere Kanäle zu verwenden. Dies ist beispielsweise in
DE 197 17 399 offenbart. Durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Kanäle ist es möglich, die Sichtweiteneinschränkungen durch witterungsbedingte Rückstreuung wie Gischt, Nebel und Schnee zu reduzieren.
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Aus
EP 1 914 564 ist eine optische Detektionsvorrichtung bekannt, die einen gemeinsamen Sender und Empfänger nutzt, die denselben optischen Pfad haben. Die darin offenbarte Detektionsvorrichtung nutzt einen Strahlteiler, der den Strahl in einen Strahl für die zugeordnete Zone und einen Korrekturstrahl teilt, wobei der Korrekturstrahl über eine stets horizontale Reflektionsfläche, die durch die Grenzfläche zweier Flüssigkeiten gebildet wird, reflektiert wird. Hierdurch wird eine Neigung der Vorrichtung ausgeglichen. Um bei gekippter Detektionsvorrichtung dennoch einen horizontal ausgerichteten Strahl des Senders zu erreichen, nutzt die in
EP 1 914 564 B1 offenbarte Detektionsvorrichtung ein Pentaprisma, das die Eigenschaft hat, in gewissem Rahmen unabhängig von seiner Lage stets eine Ablenkung zwischen einfallendem und ausfallendem Strahl in einem festen Winkel, meist von 90°, bereitzustellen, wobei auch andere Winkel denkbar sind. Insofern ist das Pentaprisma „kippneutral”. Diese Eigenschaft hat ein Spiegel nicht.
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Ein weiteres Beispiel einer optischen Detektionsvorrichtung ist in
US 9,255,790 B2 offenbart. Auch die dort offenbarte Vorrichtung nutzt für den Sender ein Pentaprisma, um den Strahl um 90° umzulenken.
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Aus
DE 44 12 044 ist eine optische Detektionsvorrichtung zum Erfassen von Gegenständen in einem Überwachungsbereich bekannt, bei der der optische Pfad für einfallende und ausgehende Strahlung identisch ist. Es wird ein einziges Ablenkelement verwendet, welches als Spiegel ausgebildet ist. Das Ablenkelement ist in einer Variante direkt mit der Abtriebswelle eines Innenläuferelektromotors verbunden und gegenüberliegend zum Sender und Empfänger angeordnet. In einer zweiten Variante ist der optische Pfad teilweise geteilt, indem ein erstes größeres Ablenkelement für den Empfänger vorgesehen ist. Ein kleineres Ablenkelement ist in einem Durchbruch in dem ersten Ablenkelement angeordnet und für den Sender vorgesehen. Ferner ist ein Antrieb vorgesehen, der beide Ablenkelemente gemeinsam rotiert, wobei der Sender direkt mit der Abtriebswelle des Innenläufermotors gekoppelt ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Detektionsvorrichtung anzugeben, die einen kompakten Aufbau hat und robust ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer optischen Detektionsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Antrieb einen elektrischen Motor aufweist, der einen Rotor und einen Stator hat, wobei der Rotor mit der optischen Anordnung gekoppelt ist und zwischen dem Sender und der optischen Anordnung angeordnet ist, wobei der elektrische Motor einen zentralen freien Raum koaxial zu der Rotationsachse des Rotors aufweist und wobei der optische Pfad von dem Sender zu der ersten Optik durch den freien Raum des Motors verläuft.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass es vorteilhaft ist, den elektrischen Motor extern zu der optischen Einheit anzuordnen. Dadurch ist die optische Einheit als einzelne Baugruppe angeordnet, und der Motor ist separat von dieser vorgesehen. Dies hat auf der einen Seite fertigungstechnische Vorteile, und die Toleranzen der optischen Anordnung können leichter eingehalten werden, da weniger Teile verwendet werden. Der Sender ist ortsfest angeordnet, während die optische Anordnung rotiert wird. Hierdurch ist der Sender einfacher mit elektrischer Energie und Signalen versorgbar. Durch die Anordnung des elektrischen Motors zwischen Sender und optischer Anordnung ist dieser einfacher mit der optischen Anordnung verbindbar, und es kann auf Getriebe verzichtet werden. Eine direkte Kopplung zwischen elektrischem Motor und optischer Anordnung ist bevorzugt.
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Ferner hat die Erfindung erkannt, dass bei dem elektrischen Motor ein zentraler hohler Raum vorgesehen werden kann, unabhängig davon, ob es sich hierbei um einen Innenläufermotor oder einen Außenläufermotor handelt. Wird ein Innenläufermotor eingesetzt, kann die Rotorwelle, die gleichzeitig Abtriebswelle ist, hohl ausgeführt werden, sodass der optische Pfad des Senders durch den zentralen freien Raum in der Abtriebswelle geführt werden kann. Hierdurch wird ein kompakter und insgesamt robuster Aufbau erreicht. Der optische Pfad verläuft entlang der Rotationsachse durch den elektrischen Motor hindurch zur ersten Optik, die vorzugsweise ein Umlenkelement oder Ablenkelement zum Umlenken der gesendeten Strahlung in einem Bereich von 80° bis 100°, vorzugsweise etwa um 90° aufweist.
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Besonders bevorzugt ist der elektrische Motor als Außenläufermotor ausgebildet. Ein Außenläufermotor weist konstruktionsbedingt zentral einen Raum auf, der nicht genutzt ist, da die Statorbleche, die die Statorwicklung tragen, ringförmig angeordnet sind. Zentral innerhalb der Statorwicklung ist es möglich, einen hohlen Raum vorzusehen, der den optischen Pfad aufnehmen kann.
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Vorzugsweise weist der Rotor eine hohle Abtriebswelle auf, wobei der optische Pfad durch die hohle Abtriebswelle verläuft. Unabhängig davon, ob der elektrische Motor als Innenläufer- oder Außenläufermotor ausgebildet ist, weist dieser eine Abtriebswelle auf, von der die Rotation auf die optische Anordnung übertragen wird. Die Abtriebswelle ist vorzugsweise koaxial zur Rotationsachse des elektrischen Motors ausgerichtet und als Hohlwelle ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die optische Detektionsvorrichtung eine Diffusor-Linse für den Sender auf, wobei die Diffusor-Linse in dem zentralen freien Raum angeordnet ist. Eine Diffusor-Linse wird dazu verwendet, die von dem Sender emittierte Strahlung in ihrer Kontur aufzuweichen. Wird für den Sender beispielsweise eine Laserdiode verwendet, ist die Abbildung des Strahls im Wesentlichen rechteckig, in der Regel abweichend von einem Quadrat. Da jedoch eine punktförmige Abbildung bevorzugt ist, ist gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die emittierte Strahlung durch eine Diffusor-Linse verändert wird, sodass sich eine im Wesentlichen punktförmige Abbildung ergibt. Durch die Anordnung der Diffusor-Linse in dem zentralen freien Raum wird der Bauraum der optischen Detektionsvorrichtung insgesamt weiter verkleinert und gleichzeitig die Diffusor-Linse vor Umwelteinflüssen geschützt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Rotor ein topfförmiges Rotorgehäuse aufweist, das eine Mehrzahl an Permanentmagneten trägt, wobei das Rotorgehäuse an der optischen Anordnung befestigt ist. Bevorzugt weist das topfförmige Rotorgehäuse eine ringförmige Topfwand und einen im Wesentlichen flachen Topfboden auf, wobei der Topfboden mit der optischen Anordnung gekoppelt ist.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass die Abtriebswelle des Rotors in einem zentralen Durchlass des Stators abgestützt ist. Hier kann zwischen der Abtriebswelle des Rotors und dem Stator eine Gleitlagerung vorgesehen sein. Hierdurch ergibt sich eine weitere stabilere und robuste Konstruktion.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Abtriebswelle einen Gewindeabschnitt auf, der sich durch das Rotorgehäuse erstreckt und in einem entsprechenden Gewindeabschnitt der optischen Anordnung aufgenommen ist, sodass das Rotorgehäuse gegen die optische Anordnung geschraubt ist. Die Befestigung des Rotorgehäuses gegen die optische Anordnung erfolgt in dieser Ausführungsform mittels der Abtriebswelle, sodass eine insgesamt besonders einfache und kompakte Konstruktion erreicht ist. Es sind keine zusätzlichen Befestigungselemente notwendig, vielmehr ist die Abtriebswelle des Elektromotors direkt gegen die optische Anordnung verschraubt, und durch die Verschraubung ist auch das Rotorgehäuse sowohl gegen die Abtriebswelle als auch gegen die optische Anordnung fixiert.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die optische Anordnung einen Rahmen aufweist, der durch wenigstens ein erstes Lager gestützt ist, wobei der optische Pfad durch die Rotationsachse des ersten Lagers verläuft. Bevorzugt ist das Lager als Wälzlager ausgebildet. Auch Wälzlager weisen eine zentrale Ausnehmung auf, und diese Ausnehmung wird in dieser Ausführungsform ebenfalls für den optischen Pfad verwendet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die optische Detektionsvorrichtung eine Steuerung zum Steuern des Antriebs und des Senders aufweist, wobei die Steuerung auf einer Leiterplatte mit einem ersten Abschnitt, der im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse angeordnet ist, und einem zweiten Abschnitt, der den Sender stützt und im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse angeordnet ist, vorgesehen ist. Die Leiterplatte, auf der die Steuerung vorgesehen ist, hat auf diese Art und Weise nicht nur die Funktion als elektronisches Bauteil, sondern auch als strukturelles Bauteil, welches den Sender stützt und trägt. Der Sender ist vorzugsweise fest auf der Leiterplatte angeordnet. Indem sich der erste Abschnitt der Leiterplatte im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse erstreckt, ist weiterhin der Bauraum verkleinert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die optische Detektionsvorrichtung ein zweites Lager für die optische Anordnung auf, wobei das zweite Lager zwischen der optischen Anordnung und dem Empfänger angeordnet ist, wobei der Empfänger dazu angeordnet ist, die reflektierte Strahlung über einen optischen Pfad zu empfangen, der entlang der Rotationsachse des zweiten Lagers verläuft. Durch die Abstützung der optischen Anordnung mit zwei Lagern ist diese besonders stabil gelagert. Hierdurch ist die Robustheit verbessert.
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Die optische Anordnung ist vorzugsweise zwischen dem Sender und dem Empfänger, insbesondere zwischen dem elektrischen Antrieb und dem Empfänger, angeordnet. Die optische Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen getrennten optischen Pfad auf für die Strahlung des Senders und die reflektierte Strahlung für den Empfänger. Ein getrennter optischer Pfad hat ebenfalls den Vorteil der Robustheit. Es kommt nicht zur Überlagerung der Strahlung, wodurch Messfehler verhindert werden. Der Empfänger ist ebenso wie der Sender vorzugsweise ortsfest angeordnet und aufgrund der Rotation der optischen Anordnung so, dass dieser die reflektierte Strahlung über einen Pfad empfängt, der entlang der Rotationsachse der optischen Anordnung verläuft. Die optische Anordnung weist zum Leiten der reflektierten Strahlung zum Empfänger ein Umlenkelement auf, welches vorzugsweise als Pentaprisma ausgebildet ist. Das zweite Lager ist zwischen Empfänger und optischer Anordnung angeordnet und ebenfalls vorzugsweise als Wälzlager ausgebildet. Hierbei ist wiederum bevorzugt, dass der optische Pfad durch das Wälzlager, insbesondere entlang der Rotationsachse, verläuft.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte einen dritten Abschnitt aufweist, der den Empfänger stützt und im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse angeordnet ist. Wiederum ist die Leiterplatte nicht nur als elektronisches Bauteil, sondern auch als strukturelles Bauteil eingesetzt, das den Empfänger trägt und stützt. In einer Alternative ist keine Leiterplatte als Stütze für Sender und/oder Empfänger verwendet. In diesem Fall sind Sender und/oder auf einem mechanischen Träger sitzen und ggf. mit Kabeln o. ä verbunden sein. Dies kann Kostenvorteile gegenüber der flexiblen Leiterplatte haben.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der Leiterplatte und/oder der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt der Leiterplatte über entsprechende Filmscharniere verbunden sind. Das Filmscharnier ist vorzugsweise aus dem Substrat der Leiterplatte, auf das die einzelnen Leiter aufgebracht sind, gebildet. Ein solches Filmscharnier lässt sich herstellen, indem aus einer ebenen Leiterplatte aus dem Substrat entsprechende Abschnitte herausgearbeitet, beispielsweise gefräst, werden, sodass sich an diesen Stellen ein dünner Abschnitt bildet, der als Filmscharnier fungieren kann. Die einzelnen Leiterbahnen auf der Leiterplatte verlaufen über das Filmscharnier, ohne dass eine besondere Verbindung an dieser Stelle vorgesehen sein müsste. Auch hierdurch wird die Herstellung wesentlich vereinfacht, ebenso wie die Montage. Die Leiterplatte wird aus einem Bauteil hergestellt, und hierdurch werden weitere Montagetoleranzen, die anderenfalls beim Zusammenstecken von drei Einzelleiterplatten auftreten würden, vermieden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die optische Anordnung eine zweite Optik für den Empfänger auf, zum Leiten der reflektierten Strahlung zu dem Empfänger. Die zweite Optik weist vorzugsweise ein Pentaprisma sowie optional eine zweite Linse auf. Die zweite Linse kann vorgesehen sein, um reflektierte Strahlung zu fokussieren, sodass in das Pentaprisma und auch entlang des optischen Pfads, der zum Empfänger führt, eine gebündelte Strahlung verläuft. Hierdurch ist die Leitung der Strahlung durch das Lager sowie hin zum Empfänger vereinfacht.
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In einem zweiten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe bei einem Fahrzeug der eingangs genannten Art mit einer Front und einem Heck dadurch, dass dieses wenigstens eine optische Detektionsvorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen einer Detektionsvorrichtung des ersten Aspekts der Erfindung aufweist; sowie ein elektronisches Bordnetz und eine Fahrzeugsteuerung, die mit dem Bordnetz verbunden ist und Funktionen des Fahrzeugs steuert, wobei die optische Detektionsvorrichtung mit dem Bordnetz des Fahrzeugs zum Übertragen von Daten an die Fahrzeugsteuerung verbunden ist. Daten, die an die Fahrzeugsteuerung übertragen werden, können beispielsweise digitalisierte Abstandsinformationen umfassen, die einen Abstand zwischen der Detektionsvorrichtung sowie einem detektierten Objekt angeben. Abhängig von diesen Abstandswerten ist die Fahrzeugsteuerung vorzugsweise dazu eingerichtet, entsprechende Stellsignale an ein oder mehrere Stellelemente, wie beispielsweise eine Bremsanlage, auszugeben.
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Vorzugsweise ist wenigstens eine optische Detektionsvorrichtung an der Front des Fahrzeugs vorgesehen. Diese kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, einen Stau oder ein stehendes Fahrzeug vor dem Fahrzeug zu detektieren. Zusätzlich oder alternativ sind vorzugsweise an zwei vorderen Ecken der Front, etwa im Bereich von Fahrtrichtungsanzeigern des Fahrzeugs, Detektionsvorrichtungen angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass Detektionsvorrichtungen an Seiten des Fahrzeugs, bei einem Personenkraftwagen etwa im Bereich der B-Säule, angeordnet sind. Seitlich angeordnete Detektionsvorrichtungen können insbesondere dazu eingesetzt werden, beispielsweise Fahrradfahrer oder Fußgänger bei rechtsabbiegendem Fahrzeugverkehr zu detektieren, sodass die Detektionsvorrichtung als Teil eines Abbiegeassistenzsystems eingesetzt werden kann. Auch am Heck des Fahrzeugs können eine oder mehrere Detektionsvorrichtungen angeordnet sein, um den entsprechenden Bereich zu überwachen. Grundsätzlich sind Detektionsvorrichtungen der eingangs genannten Art an dem Fahrzeug dort einsetzbar, wo eine entsprechende Zone beobachtet werden soll. Eine möglichst vollständige Beobachtung des gesamten Fahrzeugumfelds ist wünschenswert und bevorzugt, wenn die Detektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung für beispielsweise autonomes Fahren eingesetzt werden soll.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Seitenansicht einer optischen Detektionsvorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 eine weitere schematische Seitenansicht der Detektionsvorrichtung;
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3 eine Variante zu der Detektionsvorrichtung gemäß 2;
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4 eine Explosionsdarstellung des Antriebs des Ausführungsbeispiels gemäß 2;
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5 eine Explosionsdarstellung des Antriebs des Ausführungsbeispiels gemäß 3;
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6 eine perspektivische teilweise Explosionsdarstellung der Detektionsvorrichtung;
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7 eine perspektivische Darstellung der optischen Detektionsvorrichtung samt Gehäuse, teilweise demontiert;
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8 eine perspektivische Darstellung der optischen Detektionsvorrichtung in ein weiteres Gehäuse eingebaut;
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9 eine perspektivische Darstellung einer teilweisen Explosionsdarstellung der Detektionsvorrichtung;
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10 eine perspektivische Darstellung der optischen Anordnung; und
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11 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs samt Detektionsvorrichtung und zu detektierendem Objekt.
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Das Grundprinzip einer optischen Detektionsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung, zur Anordnung an einem Fahrzeug 100 (10) ist in 1 schematisch dargestellt. Die Detektionsvorrichtung 1 weist einen Sender 2 zum Senden von elektromagnetischer Strahlung 3 in eine beobachtete Zone 101 (vgl. auch 10) auf. Die elektromagnetische Strahlung ist vorzugsweise ein Laserimpuls. Weiterhin weist die optische Detektionsvorrichtung 1 einen Empfänger 4 zum Empfangen von aus der beobachteten Zone 101 reflektierter Strahlung 5 auf. Zum Leiten der Strahlung 3, 5 weist die optische Detektionsvorrichtung 1 gemäß dieser Erfindung eine optische Anordnung 6 auf. Die optische Anordnung 6 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine erste Optik 8 für den Sender 2 zum Leiten der Strahlung 3 in die beobachtete Zone 101 sowie eine zweite Optik 10 für den Empfänger 4 zum Leiten einer reflektierten Strahlung 5 zu dem Empfänger 4 auf. Während Sender 2 und Empfänger 4 ortsfest sind, ist die optische Anordnung 6 um eine Rotationsachse A rotierbar. Dazu ist ein Antrieb 12 vorgesehen, der in 1 nur schematisch dargestellt ist (vgl. beispielsweise 2). Der Antrieb 12 rotiert die optische Anordnung 6 um die Rotationsachse A. Dadurch lässt sich die beobachtete Zone 101 abscannen. Die gesendete Strahlung 3 tritt in etwa radial bezogen auf die Rotationsachse A aus der Detektionsvorrichtung 1 aus. Durch die Rotation der optischen Anordnung 6 wird die gesendete Strahlung 3 entlang des Azimut bewegt.
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Wie sich auch aus 1 ergibt, ist der Sender 2 dazu eingerichtet, Strahlung 3 im Wesentlichen entlang der Rotationsachse A zu senden. Die Strahlung 3 weist daher einen Abschnitt 3a auf, der entlang der Rotationsachse A verläuft. Um die Strahlung 3 dann in radiale Richtung zu senden, sodass diese in die zu beobachtende Zone 101 gelangt, ist ein Pentaprisma 16 vorgesehen. Das Pentaprisma 16 ist Teil der ersten Optik 8 und dient dazu, die Strahlung 3 um 90° abzulenken. Je nach Anwendungsfall kann auch eine Ablenkung von weniger oder mehr als 90° bevorzugt sein. Beispielsweise gibt es Anwendungsfälle mit 92°, um eine geringere Bodenabtastung zu erreichen, bei vertikaler Einbaulage. Dies vermeidet Fehldetektion, in der der Boden fälschlicherweise als Hindernis wahrgenommen wird.
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Der Teil 3b der Strahlung 3 tritt daher im Wesentlichen radial bezogen auf die Rotationsachse A aus der optischen Detektionsvorrichtung 1 aus. Um die Strahlung 3, die zunächst schmal aus dem Sender 2 austritt, aufzuweiten, aufzuspreizen bzw. aufzufächern, ist eine erste Linse 18 vorgesehen, die in der schematischen Darstellung in 1 als zylindrische Linse 20 ausgebildet ist. Die zylindrische Linse 20 ist dem Pentaprisma 16 in Strahlenrichtung nachgeschaltet und spreizt den Strahl 3 in der Zeichenebene von 1 auf, das heißt in der Einbausituation der optischen Detektionsvorrichtung in vertikaler Richtung. Der Strahlanteil 3b ist daher fächerförmig aufgespreizt und so in der Zone 101 linienförmig abgebildet.
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Der Empfänger 4 ist ebenfalls ortsfest angeordnet und dazu vorgesehen, die reflektierte Strahlung 5 im Wesentlichen entlang der Rotationsachse A zu empfangen. Daher ist der Teil 5a der reflektierten Strahlung entlang der Rotationsachse A ausgerichtet. Da die reflektierte Strahlung 5 zunächst radial im Abschnitt 5b in die Detektionsvorrichtung 1 eintritt, weist die zweite Optik 10 für den Empfänger 4 ein weiteres Pentaprisma 14 auf, das den Strahl 5 ebenfalls um 90° ablenkt und so zum Empfänger 4 leitet. Zur Fokussierung der reflektierten Strahlung 5 ist eine zweite Linse 24 vorgesehen, die die Strahlung 5 bündelt und gebündelt in das Pentaprisma 14 leitet. Hierdurch ist eine Konzentration der Strahlung 5 möglich, und der Empfänger 4 kann raumsparend ausgebildet sein.
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Die Verwendung von Pentaprismen 14, 16 hat den Vorteil, dass diese kleine Montagefehler ausgleichen können, da unabhängig von der Lage der Pentaprismen 14, 16 bezogen auf den einfallenden Strahl 3a und 5b die Umlenkung stets in einem definierten Winkel erfolgt. Das heißt, auch wenn die Pentaprismen 14, 16 bezogen auf die in 1 dargestellte Anordnung leicht rotiert sind, wird dennoch der Strahl 3, 5 jeweils um 90° umgelenkt. Ferner ist durch die besondere Anordnung der optischen Anordnung 6 im Zentrum und Sender 2 und Empfänger 4 extern sowie auch des externen Antriebs 12 eine kompakte Bauweise erreicht.
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Die optische Anordnung 6 ist insgesamt in einem Rahmen 30 angeordnet und so als eine einzelne Baugruppe ausgebildet. Der Antrieb 12 steht mit dem Rahmen 30 in Verbindung und rotiert diesen. Die Rotation wird stets in eine Richtung ausgeführt, wobei Strahlung 3 nur dann emittiert wird, wenn der Rahmen 30 in einer Position ist, in der die Strahlung 3 in Richtung der Zone 101 austreten kann.
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In einer ersten praktischen Umsetzung der optischen Detektionsvorrichtung 1 weist diese eine Gestaltung auf wie in 2 gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist die optische Detektionsvorrichtung 1 wiederum einen Sender 2, einen Empfänger 4 sowie eine optische Anordnung 6 auf. Sender 2 und Empfänger 4 sind im Wesentlichen an gegenüberliegenden Enden der Detektionsvorrichtung 1 angeordnet und die optische Anordnung 6 etwa in der Mitte. Die optische Anordnung 6 weist wiederum eine erste Optik 8 für den Sender 2 sowie eine zweite Optik 10 für den Empfänger 4 auf. Die erste Optik 8 weist ein Pentaprisma 16 sowie eine erste Linse 18, die wiederum als zylindrische Linse 20 ausgebildet, auf, und die zweite Optik 10 weist ein Pentaprisma 14 und eine zweite Linse 24 zum Fokussieren der einfallenden Strahlung 5 (vgl. 1) auf.
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Der Sender 2 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Laserdiode 26 auf, die auf einer ersten Leiterplatte 62 angeordnet ist. Entsprechend ist der Empfänger 4 als Fotodiode ausgebildet und auf einer zweiten Leiterplatte 64 angeordnet. Die Leiterplatten 62, 64 sind im Wesentlichen gegenüberliegend und parallel zueinander ausgerichtet.
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Der Antrieb 12 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Sender 2 und der optischen Anordnung 6 angeordnet. Der Antrieb 12 ist damit extern zur optischen Anordnung 6 zum Antreiben derselben. Der Antrieb 12 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen bürstenlosen Gleichstrommotor 32 auf, der einen Rotor 34 und einen Stator 36 hat. Der Motor 32 ist als Außenläufermotor ausgebildet, und insofern umschließt der Rotor 34 radial äußerlich den Stator 36, der die Statorwicklung aufweist. Durch die Ausbildung des Motors 32 als Außenläufer ist im Inneren ein Hohlraum 40 ausgebildet. Auch die Abtriebswelle 42 des Motors 32 ist hohl ausgeführt, und insofern kann der optische Pfad P1 für die Strahlung 3 (vgl. 1) von dem Sender 2 bis zur ersten Optik 8 durch den Motor 32 und die Welle 42 hindurch verlaufen. Besonders kompakt wird die Anordnung gemäß 2 dadurch, dass eine Linse 44 durch eine Halterung 45 ebenfalls innerhalb des Hohlraums 40 gehalten wird. Die Linse 44 ist als Diffusor-Linse ausgebildet und dient dazu, die von dem Sender 2 emittierte Strahlung aufzuweichen. Laserdioden 26 haben die Eigenschaft, dass der emittierte Strahl in der Abbildung rechteckig ist, wobei diese Reckteckform von einem Quadrat abweicht. Hierdurch ergeben sich bei Rotation der optischen Anordnung 6 wiederum die bekannten Abbildungsproblematiken, sodass es bevorzugt ist, die Diffusor-Linse 44 vorzusehen. Die Diffusor-Linse 44 dient dazu, die Strahlung diffus werden zu lassen, sodass in etwa eine punktförmige Abbildung der Strahlung erreicht wird. Die Halterung 45 hält die Diffusor-Linse 44 innerhalb des Hohlraums 40, sodass die gesamte Anordnung der optischen Detektionsvorrichtung 1 kompakt ist.
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Die Abtriebswelle 42 ist mit einem Rotorgehäuse 46 des Rotors 34 verbunden, welches seinerseits die Permanentmagnete 48 trägt. Das Rotorgehäuse 48 erstreckt sich im Wesentlichen haubenförmig oder topfförmig über den Stator 36.
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Die Abtriebswelle 42 weist einen Gewindeschaft 50 auf, der mit einem Gewindeabschnitt 52 der optischen Anordnung 6 verbunden ist. Auf diese Weise ist die optische Anordnung 6 direkt mit dem Antrieb 12 gekoppelt.
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Genauer ist die optische Anordnung 6 in diesem Ausführungsbeispiel in einem Rahmen 30 angeordnet (in 2 nicht im Detail zu sehen, vgl. 1 und 9), der wiederum in einem Rotorkörper 70 gelagert ist. Der Rotorkörper 70 weist einen zentralen Gehäuseabschnitt 72 auf, von dem sich an gegenüberliegenden Stirnenden zwei Wellenstummel 74, 76 axial erstrecken. Sowohl der Rotorkörper 70 als auch seine Wellenstummel 74, 76 sind mit einer Durchgangsbohrung versehen, sodass die entsprechende Strahlung 3, 5 hindurchtreten kann. Die emittierte Strahlung 3 tritt gemäß 2 von der Laserdiode 26 entlang des optischen Pfads P1 durch die Diffusor-Linse 44 in dem Hohlraum 40, durch die als Hohlwelle ausgeführte Abtriebswelle 42, bis in das Pentaprisma 16, aus diesem heraus durch die Linse 20 und in die zu beobachtende Zone 101 (vgl. 1 und 10). Entsprechend tritt reflektierte Strahlung 5 durch die Linse 24, das Pentaprisma 14, den Wellenstummel 76 bis zum Empfänger 4.
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Der Rotorkörper 70 ist mit seinen Wellenstummeln 74, 76 in entsprechenden als Wälzlager ausgebildeten Lagern 54, 56 gelagert, die ihrerseits an einem Gehäuse abgestützt sind. Durch die doppelte Lagerung des Rotorkörpers 70 wird eine stabile Anordnung für die optische Anordnung 6 erreicht, wodurch die Robustheit erhöht wird. Insbesondere das Lager 54 dient auch zur Abstützung des Antriebs 12, der über den Gewindeabschnitt 50 mit dem Rotorkörper 70 verbunden ist.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist in weiten Teilen identisch zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, sodass im Nachfolgenden im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen wird. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen der 2 und 3 liegt darin, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 keine Halterung 45 für die Diffusor-Linse 44 vorgesehen ist, sondern vielmehr die Abtriebswelle 42 einen sich axial in den Stator 36 erstreckenden Fortsatz 43 aufweist, in welchem die Diffusor-Linse 44 angeordnet ist. Während also die Diffusor-Linse 44 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 im Wesentlichen ortsfest gehalten wird, ist die Diffusor-Linse 44 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 3 rotierend angeordnet. Für die optische Abbildung macht dies keinen Unterschied, da die Diffusor-Linse 44 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Allerdings ist die Konstruktion gemäß 3 weiter vereinfacht, da keine zusätzliche Halterung 45 vorgesehen sein muss. Andererseits sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Montagetoleranzen zwischen der Laserdiode 26 und dem Antrieb 12 zu beachten, sodass die Diffusor-Linse 44 mit der emittierten Strahlung 3 (vgl. 1) ausgerichtet ist.
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Die beiden Ausführungsformen der 2 und 3 sind nachfolgend in den 4 und 5 nochmals in zwei Explosionsdarstellungen verdeutlicht. In den Explosionsdarstellungen der 4 und 5 sind die optische Anordnung 6 sowie der Rahmen 30 und auch der Rotationskörper 70 weggelassen, um die Zeichnung zu vereinfachen. Der Antrieb 12 ist in der Explosionsdarstellung der 4 und 5 separiert dargestellt, sodass der Stator 36 mit seiner Statorwicklung 37 zu sehen ist. Innerhalb des Stators 36 ist der Freiraum 40 ausgebildet. Zur Führung des Rotors 34, der ein topfförmiges Rotorgehäuse 46 aufweist, ist zunächst eine Buchse 39 vorgesehen, die in das Innere des Stators 36 eingeschoben wird. Die Buchse 39 hat einen ringförmigen Absatz 41, der mit einem Kragen 51 der Abtriebswelle 42 in Anlage kommt. So ist die Abtriebswelle 42 axial gegen den Stator 36 gesichert. Gegen den Kragen 51 ist wiederum das topfförmige Gehäuse 46 mit einem Bodenabschnitt 47 in Anlage bringbar. Der mit dem Außengewinde versehene Abschnitt 50 erstreckt sich durch ein zentrales Loch 50a an dem Bodenabschnitt 47, sodass das Rotorgehäuse 46 mittels einer entsprechenden Mutter bzw. dem entsprechenden Abschnitt 52 gegen die Antriebswelle 42 gesichert werden kann.
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Während die Diffusor-Linse 44 bei der Ausführungsform gemäß 4 in der Halterung 45 angeordnet ist, ist die Diffusor-Linse 44 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 in dem Fortsatz 43 der Abtriebswelle 42 angeordnet. Bei der Halterung 45 sind drei Füße 45a, 45b (in 4 nur zwei zu sehen) vorgesehen, die in entsprechende Ausnehmungen 62a, 62b, 62c an der Leiterplatte 62 einsteckbar sind. Durch die Halterung 45 wird ein Abstand zwischen der Diffusor-Linse 44 und der Laserdiode 26 eingestellt.
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Entsprechend ist die Diffusor-Linse 44 in dem Abschnitt 43 ebenfalls so angeordnet, dass sie einen vorbestimmten Abstand zur Laserdiode 26 aufweist. Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel, welches in 5 dargestellt ist, ist, dass der Abschnitt 43 eine verbesserte Lagerung innerhalb der Buchse 39 bereitstellt.
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6 illustriert nun den zusammengebauten Zustand des Antriebs 12, wobei dieser Zustand in der perspektivischen Ansicht für die Ausführungsbeispiele der 2 bis 4 identisch aussieht, da sich die Ausführungsbeispiele der 2 bis 4 nur in der Lage der Diffusor-Linse 44 unterscheiden.
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In 6 ist der mit dem Gewinde versehene Fortsatz 50 durch die Öffnung 50a geführt, und der Kragen 51 ist in Anlage mit dem Bodenabschnitt 47. Zum Montieren wird nun der Rotationskörper 70 der optischen Anordnung 6 mit dem Gewindeabschnitt 52 gegen den Abschnitt 50 geschraubt. Dazu weist der Wellenstummel 74 eine entsprechende Bohrung 75 auf, die mit einem Innengewinde (in 6 nicht gezeigt) versehen ist. Durch die Bohrung 75 tritt auch die emittierte Strahlung 3 von der Laserdiode 26 entlang der Rotationsachse A, wird dann von der ersten Optik 8 umgelenkt und tritt radial aus der Linse 20 aus. Entsprechend wird reflektierte Strahlung 5 empfangen und tritt durch die Linse 24 in die zweite Optik 10 ein, wird umgelenkt und entlang der Rotationsachse A durch eine zweite Bohrung 77 in dem Wellenstummel 76 zum Empfänger 4 geleitet. Entscheidend ist, dass der Antrieb 12 zwischen dem Sender 2 und der optischen Anordnung 6 angeordnet ist und der optische Pfad P1 durch den Antrieb 12 hindurch zur optischen Anordnung 6 verläuft.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist eine optische Detektionsvorrichtung 1, wie sie grundsätzlich in den Ausführungsbeispielen der 2 bis 6 beschrieben wurde, dargestellt. Zusätzlich zu den in den 2 bis 6 dargestellten Elementen ist die optische Detektionsvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem Gehäuse 80 sowie einer Leiterplatte 60 dargestellt. Auf der Leiterplatte 60 ist die Steuerung 110 (vgl. 10) in Form von elektronischen Bauteilen ausgebildet. Das Gehäuse 80 weist einen Grundkörper 180 auf, der seinerseits zwei Halteabschnitte 182, 184 für die Wälzlager 54, 56 aufweist. Auf der Rückseite des Gehäuses 80 ist ein erster Abschnitt 60 der Leiterplatte angeordnet, der sich im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse A (vgl. 2 bis 6) erstreckt. Indem der Abschnitt 60 auf der Rückseite des Gehäuses 80 angeordnet ist, ist die Leiterplatte 60 vor Wärme von dem Antrieb 12 sowie Lichteffekten aus der optischen Anordnung 6 geschützt.
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Das Gehäuse 80 weist ferner vier Halterungen 186a, 186b, 186c, 186d auf, mittels derer die Detektionsvorrichtung 1 an einem entsprechenden Abschnitt an einem Fahrzeug 100 (vgl. 10) befestigbar ist. Zusätzlich kann an den Halterungen 186a, 186b, 186c, 186d ein Gehäusedeckel vorgesehen sein, der transparent ist, sodass entsprechende Strahlung 3, 5 von und zu der optischen Anordnung 6 gelangen kann. Ein solcher Gehäusedeckel ist in 7 nicht gezeigt.
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Von dem mittleren Leiterplattenabschnitt 60 erstrecken sich an zwei axialen Enden ein zweiter Leiterplattenabschnitt 62 und ein dritter Leiterplattenabschnitt 64. An dem zweiten Leiterplattenabschnitt 62 ist der Sender 2 befestigt (vgl. insbesondere 3). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist an dem zweiten Leiterplattenabschnitt 62 ferner der Stator 36 mittels einer gesonderten Statorhalterung 187 befestigt. Hierdurch ist auch die Ausrichtung des Stators 36 zum Sender 2 montagegünstig gesichert. Der Rotor 34 ist mit seinem Rotorgehäuse 46, wie vorstehend in Bezug auf die Ausführungsformen der 2 bis 6 beschrieben, gegen den Rotorkörper 70 geschraubt. Eine weitere separate Halterung für den Rotor 34 ist nicht vorgesehen. An dem dritten Leiterplattenabschnitt 64 ist der Empfänger 4 angeordnet.
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Der zweite und dritte Leiterplattenabschnitt 62, 64 sind über entsprechende Filmscharniere 66, 68 mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 60 verbunden. Diese Filmscharniere 66, 68 werden durch Wegnehmen von Leiterplattensubstrat an den entsprechenden Stellen ausgebildet. Die Leiterplatte 60, 62, 64 wird insgesamt zunächst flächig hergestellt, und die Leiterbahn auf der Oberfläche aufgebracht. Anschließend wird an den Stellen, an denen die Filmscharniere 66, 68 ausgebildet sein sollen, Substrat weggenommen, beispielsweise durch Fräsen. Hierdurch lassen sich die beiden Leiterplattenabschnitte 62 und 64 mit Bezug auf den ersten Leiterplattenabschnitt 60 nach oben verkippen, sodass diese etwa im 90°-Winkel angeordnet sind. Hierdurch wird eine besonders einfache Montage der Detektionsvorrichtung 1 erreicht. Die Leiterplattenabschnitte 60, 62, 64 könnten alternativ auch mit Kabeln verbunden oder als flexible Folien mit Kontaktbahnen gestaltet werden. Je nach Gestaltung können sich Kostenvorteile ergeben.
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8 zeigt die Anordnung aus 7 mit dem Gehäuse 80 in ein weiteres Gehäuse 190 eingesetzt. Das Gehäuse 190 weist eine untere Gehäuseschale 191 und eine obere Gehäuseschale 192 auf. Gemeinsam schließen die Gehäuseschalen 191, 192 die Detektionsvorrichtung 1 samt Gehäuse 80 ein.
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Die obere Gehäuseschale 192 weist wenigstens im Bereich der ersten Linse 18 und der zweiten Linse 24 transparente Abschnitte 193a, 193b auf, wobei in Varianten auch die gesamte Gehäuseschale 192 transparent ausgebildet sein kann.
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Das Gehäuse 80 ist mittels vier Schrauben 194a, 194b, 194d, 194e gegen die untere Gehäuseschale 191 verschraubt. Die Schrauben 194a, 194b, 194d, 194e erstrecken sich dabei durch die Abschnitte 186a, 186b, 186d, 186e (vgl. auch 7) und greifen entsprechende Gewindeabschnitte 195a, 195b, 195d, 195e an der unteren Gehäuseschale 191 ein. Die untere Gehäuseschale 191 weist ferner im Inneren eine Wabenstruktur 196 auf, durch die Lüftungskanäle 197 verlaufen, die zur Lüftung der elektronischen Bauteile und insbesondere des Antriebs 12 dienen.
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Obere und untere Gehäuseschalen 191, 192 werden mittels einer Clipverbindung miteinander verbunden. Dazu weist die obere Gehäuseschale 192 Laschen 198 auf (in 8 nur zwei mit Bezugszeichen versehen), die entsprechende Vorsprünge 199 an der unteren Gehäuseschale 191 eingreifen. Somit ist eine formschlüssige lösbare Verbindung zwischen den Gehäuseschalen 191,192 erreicht.
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In 9 ist eine Variante der optischen Detektionsvorrichtung 1 aus den vorherigen Figuren dargestellt. In 9 sind nur die besonders wichtigen Elemente für die optische Anordnung 6 gezeigt, sodass beispielsweise der Antrieb in 9 nicht gezeigt ist. Die Ausführungsform gemäß 9 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen insbesondere dadurch, dass die erste Linse 18 als Powell-Linse 22 ausgebildet ist. Die Powell-Linse 22 dient ebenfalls wie die zylindrische Linse 18 dazu, die Strahlung 3 aufzuspreizen und so eine linienförmige Abbildung zu erreichen. Die Powell-Linse 22 ist in 9 separat von dem Pentaprisma 16 gezeigt, kann aber ebenso integral mit diesem ausgebildet sein. Eine zweiteilige Ausbildung von erster Linse 18 und Pentaprisma 16, unabhängig davon, ob es sich bei der ersten Linse 18 um eine zylindrische Linse 20 oder eine Powell-Linse 22 handelt, hat den Vorteil, dass die erste Linse 18 relativ zum Pentaprisma 16 justierbar ist, wie dies nun mit Bezug auf 10 beschrieben wird.
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10 illustriert nochmals in einer perspektivischen Ansicht die optische Anordnung 6. Der Rahmen 30 ist in 10 weggelassen, und im Wesentlichen sind die beiden Pentaprismen 14, 16 sowie die erste Linse 18 und die zweite Linse 24 gezeigt. Der Rahmen 30 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Justiermechanismus 84 auf, mittels dem die relative Position von erster Linse 18 und Pentaprisma 16 zueinander justierbar ist. In 1 ist durch die Pfeile 83 angedeutet, dass die erste Linse 18 in Richtung der Rotationsachse A verstellbar ist. Gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist nun vorgesehen, dass das Pentaprisma 16 relativ zu der festgehaltenen ersten Linse 18 verstellbar ist. Dazu ist das Pentaprisma 16 in einem Schlitten 82 angeordnet, dessen axiale Position entlang der Rotationsachse A durch den Justiermechanismus 84 verstellbar ist. Der Justiermechanismus 84 weist ein Exzenterelement 86 auf, welches mit dem Schlitten 82 so in Eingriff steht, dass der Schlitten 82 bei Drehung des Exzenterelements 86 entlang der Rotationsachse A bewegt wird. Die Bewegung des Schlittens 82 sowie des Pentaprismas 16 ist in 10 durch die gestrichelten Linien dargestellt. Das Exzenterelement 86 weist an seiner Stirnseite einen Eingriffsabschnitt 88 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel als schlitzförmige Ausnehmung ausgebildet ist. Dadurch lässt sich das Exzenterelement 86 durch einen herkömmlichen Schraubendreher betätigen.
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Der Justiermechanismus 84 wird dazu eingesetzt, eine Einbauposition der Detektionsvorrichtung 1 auszugleichen. Es ist für eine sichere Detektion erforderlich, dass der emittierte Strahl 3, nämlich insbesondere Abschnitt 3b (vgl. 1), im Wesentlichen horizontal ausgestrahlt wird und, auch wenn dieser aufgespreizt wird, nicht zu hoch und nicht zu niedrig aus der Detektionsvorrichtung 1 austritt. Wird der Strahlteil 3b mit einem zu großen Winkel nach unten ausgestrahlt, „sieht” die Detektionsvorrichtung 1 nur den Straßenboden und nimmt diesen eventuell irrtümlich als Hindernis wahr. Wird hingegen der Winkel zu groß eingestellt und der Abschnitt 3b des Strahls 3 zeigt von der Horizontalen aus gesehen nach oben, ist es denkbar, dass irrtümlicherweise kein Hindernis wahrgenommen wird, da die Strahlung 3b oberhalb eines Hindernisses verläuft. Da die Einbaulage der Detektionsvorrichtung 1 aufgrund von Montagetoleranzen nicht stets identisch ist, ist es bevorzugt, mittels des Justiermechanismus 84 die Richtung des Strahls 3b anzupassen. Dies wird vorzugsweise werksseitig nach Montage der Detektionsvorrichtung 1 vorgenommen und anhand von Referenzpunkten überprüft. Das Exzenterelement 86 ist in diesem Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass es selbsthemmend ist. Ist seine Drehstellung korrekt eingestellt, ist eine weitere selbsttätige Drehung gehemmt und eine Verstellung der relativen Position zwischen Pentaprisma 16 und erster Linse 18 ist verhindert.
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11 illustriert nun eine Einbauposition einer Detektionsvorrichtung 1 an einem Fahrzeug 100. Das Fahrzeug 100 weist eine Front 102 und ein Heck 104 auf, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel die optische Detektionsvorrichtung 1 an der Front 102 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die optische Detektionsvorrichtung 1 in etwa zentral an der Front 102 vorgesehen.
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Die optische Detektionsvorrichtung 1 emittiert Strahlung 3b in eine zu beobachtende Zone 101. In der zu beobachtende Zone 101 ist ein Objekt 106, welches in diesem Ausführungsbeispiel zur schematisch dargestellt ist. Bei dem Objekt 106 kann es sich um ein weiteres Fahrzeug, eine Person oder ein anderes Hindernis handeln. Von dem Objekt 106 wird Strahlung 5 reflektiert, und die reflektierte Strahlung 5 tritt teilweise zurück in die optische Detektionsvorrichtung 1 und wird dort, wie vorstehend beschrieben, zum Empfänger 4 geleitet. Die optische Detektionsvorrichtung 1 weist ferner eine Steuerung 110 auf, die dazu eingerichtet ist, aus der Zeitdifferenz der Emission der Strahlung 3 und dem Empfang der reflektierten Strahlung 5 einen Abstand D zwischen dem Objekt 106 und der optischen Detektionsvorrichtung 1 zu bestimmen.
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Die Steuerung 110 ist über ein Bordnetz 112 des Fahrzeugs mit der Fahrzeugsteuerung 114 verbunden und sendet Daten 116 an diese. Die Daten 116 können digitalisierte Daten des Abstands D enthalten oder auch die Rohdaten der Laufzeitmessung. Die Fahrzeugsteuerung 114 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, aus den empfangenen Daten 116 Maßnahmen abzuleiten, wie beispielsweise ein Bremssignal auszugeben, wenn der Abstand D einen Mindestabstand unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeugsteuerung 114 dazu eingerichtet sein, ein Warnsignal für einen Fahrzeugführer auszugeben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Detektionsvorrichtung
- 2
- Sender
- 3
- emittierte Strahlung
- 3a
- axialer Abschnitt der emittierten Strahlung
- 3b
- radialer Abschnitt der emittierten Strahlung
- 4
- Empfänger
- 5
- reflektierte Strahlung
- 5a
- axialer Abschnitt der reflektierten Strahlung
- 5b
- radialer Abschnitt der reflektierten Strahlung
- 6
- optische Anordnung
- 8
- erste Optik
- 10
- zweite Optik
- 12
- Antrieb
- 14
- zweites Pentaprisma
- 16
- erstes Pentaprisma
- 18
- erste Linse
- 20
- zylindrische Linse
- 22
- Powell-Linse
- 24
- zweite Linse
- 26
- Laserdiode
- 30
- Rahmen
- 32
- Motor
- 32a
- Außenläufermotor
- 34
- Rotor
- 36
- Stator
- 37
- Statorwicklung
- 39
- Buchse
- 40
- Freiraum
- 41
- ringförmiger Absatz
- 42
- Abtriebswelle
- 43
- Fortsatz
- 44
- Diffusor-Linse
- 45
- Halterung
- 45a, 45b
- Füße
- 46
- Rotorgehäuse
- 47
- Bodenabschnitt
- 48
- Permanentmagnet
- 50, 52
- Gewindeabschnitt
- 50a
- Öffnung
- 51
- Kragen
- 54, 56
- Wälzlager
- 58
- Leiterplatte
- 60, 62, 64
- Abschnitte der Leiterplatte
- 62a, 62b, 62c
- Ausnehmungen
- 66, 68
- Filmscharniere
- 70
- Rotationskörper
- 74
- erster Wellenstummel
- 75
- erste Bohrung
- 76
- zweiter Wellenstummel
- 77
- zweite Bohrung
- 80
- Gehäuse
- 82
- Schlitten
- 83
- Pfeile
- 84
- Justiermechanismus
- 86
- Exzenterelement
- 88
- Eingriffsabschnitt
- 100
- Fahrzeug
- 101
- beobachtete Zone
- 102
- Front
- 104
- Heck
- 106
- Objekte
- 110
- Steuerung
- 112
- Bordnetz
- 114
- Fahrzeugsteuerung
- 116
- Daten
- 180
- Grundkörper
- 182, 184
- Halteabschnitte
- 186a, 186b, 186c, 186d
- Halterungen
- 187
- Statorhalterung
- 190
- Gehäuse
- 191
- untere Gehäuseschale
- 192
- obere Gehäuseschale
- 193a, 193b
- transparente Abschnitte
- 194a, 194b, 194d, 194e
- Schrauben
- 195a, 195b, 195d, 195e
- Gewindeabschnitte
- 196
- Wabenstruktur
- 197
- Lüftungskanäle
- 198
- Laschen
- 199
- Vorsprünge
- A
- Rotationsachse
- P1, P2
- optischer Pfad
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008013906 [0006]
- DE 102006045799 [0007]
- DE 102005055572 [0008]
- DE 102004041500 A1 [0010]
- DE 19717399 [0011]
- EP 1914564 [0012]
- EP 1914564 B1 [0012]
- US 9255790 B2 [0013]
- DE 4412044 [0014]
