DE102016117853A1 - Transmitting device for an optical detection device, optical detection device, motor vehicle and method - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung (8) für eine optische Erfassungsvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), welche dazu ausgelegt ist, einen Umgebungsbereich (4) des Kraftfahrzeugs (1) mittels eines Lichtstrahls (10) abzutasten, und welche eine Lichtquelle (13) zum Aussenden des Lichtstrahls (10) und eine Ablenkeinheit (15) aufweist, wobei die Ablenkeinheit (15) dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle (13) auf die Ablenkeinheit (15) ausgesendeten Lichtstrahl (10) unter unterschiedlichen Abtastwinkeln (α) in den Umgebungsbereich (4) abzulenken. Die Sendeeinrichtung (8) weist ein Linsenelement (20) mit einer Freiformfläche (21) auf, wobei die Freiformfläche (21) zumindest zwei Oberflächenelemente (21a, 21b) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (22a, 22b) aufweist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl (10) zum Erzeugen eines vorbestimmten Soll-Sichtfeldes (16) der Sendeeinrichtung (8) unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln (22a, 22b) korrespondierenden Sollwerten (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für die Abtastwinkel (α) zu transmittieren. Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Erfassungsvorrichtung (3), ein Kraftfahrzeug (1) mit zumindest einer optischen Erfassungsvorrichtung (3) sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines Soll-Sichtfeldes (16) für eine Sendeeinrichtung (8) einer optischen Erfassungsvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1).The invention relates to a transmitting device (8) for an optical detection device (3) of a motor vehicle (1), which is designed to scan a surrounding area (4) of the motor vehicle (1) by means of a light beam (10), and which light source (13 ) for emitting the light beam (10) and a deflection unit (15), wherein the deflection unit (15) is adapted to transmit the light beam (10) emitted by the light source (13) onto the deflection unit (15) at different scanning angles (α). to deflect into the surrounding area (4). The transmitting device (8) has a lens element (20) with a free-form surface (21), wherein the free-form surface (21) has at least two surface elements (21a, 21b) with different angles of inclination (22a, 22b) and is adapted to direct the light beam ( 10) for generating a predetermined desired field of view (16) of the transmitting device (8) at predetermined, with the inclination angles (22a, 22b) corresponding setpoints (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3 ) for the scanning angles (α). The invention also relates to an optical detection device (3), a motor vehicle (1) having at least one optical detection device (3) and a method for generating a desired field of view (16) for a transmission device (8) of an optical detection device (3) of a motor vehicle (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, welche dazu ausgelegt ist, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels eines Lichtstrahls abzutasten, und welche eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit aufweist, wobei die Ablenkeinheit dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeten Lichtstrahl unter unterschiedlichen Abtastwinkeln in den Umgebungsbereich abzulenken. Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Erfassungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen optischen Erfassungsvorrichtung sowie ein Verfahren. The invention relates to a transmitting device for an optical detection device of a motor vehicle, which is adapted to scan a surrounding area of the motor vehicle by means of a light beam, and which has a light source for emitting the light beam and a deflection unit, wherein the deflection unit is adapted to that of the light source to divert the light beam emitted to the deflection unit into the surrounding area at different scanning angles. The invention also relates to an optical detection device for a motor vehicle, a motor vehicle with at least one such optical detection device and a method.

Im vorliegenden Fall richtet sich das Interesse auf optische Erfassungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere auf Laserscanner. Dabei ist es bekannt, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels der optischen Erfassungsvorrichtung zu überwachen. Mittels der Erfassungsvorrichtung können Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs detektiert werden und Informationen über die erfassten Objekte, beispielsweise eine relative Lage der Objekte zu dem Kraftfahrzeug, einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Das Fahrerassistenzsystem kann basierend auf diesen Informationen beispielsweise Maßnahmen zur Vermeidung einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem Objekt einleiten, beispielsweise das Kraftfahrzeug vor der Kollision automatisch abbremsen. In the present case, the interest is directed to optical detection devices for motor vehicles, in particular to laser scanners. It is known to monitor a surrounding area of the motor vehicle by means of the optical detection device. By means of the detection device, objects in the surrounding area of the motor vehicle can be detected and information about the detected objects, for example a relative position of the objects to the motor vehicle, can be made available to a driver assistance system of the motor vehicle. Based on this information, the driver assistance system can, for example, initiate measures for avoiding a collision of the motor vehicle with the object, for example automatically braking the motor vehicle before the collision.

Bei Laserscannern gemäß dem Stand der Technik wird von einer Sendeeinrichtung des Laserscanners üblicherweise ein Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, in den Umgebungsbereich ausgesendet und der Umgebungsbereich durch Verändern eines Abtastwinkels beziehungsweise einer Abtastrichtung, in welcher der Lichtstrahl ausgesendet wird, abgetastet beziehungsweise abgescannt. Sobald der Lichtstrahl auf ein Objekt in dem Umgebungsbereich trifft, wird zumindest ein Teil des Lichtstrahls an dem Objekt zurück zu dem Laserscanner reflektiert. Eine Empfangseinrichtung des Laserscanners empfängt den reflektierten Teil des Lichtstrahls und bestimmt anhand einer Laufzeit des Lichtstrahls beziehungsweise einer Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls und dem Empfangen des reflektierten Teils des Lichtstrahls einen Abstand des Objekts bezüglich des Kraftfahrzeugs. Unter Kenntnis des Abtastwinkels beim Aussenden des Lichtstrahls kann außerdem eine Orientierung beziehungsweise eine Richtung des Objektes zu dem Kraftfahrzeug bestimmt werden. Aus der Orientierung sowie dem Abstand kann dann die relative Lage des Objekts zu dem Kraftfahrzeug bestimmt werden. In laser scanners according to the prior art, a light beam, for example a laser beam, is usually emitted into the surrounding area by a transmitting device of the laser scanner and the surrounding area is scanned or scanned by changing a scanning angle or a scanning direction in which the light beam is emitted. Once the light beam strikes an object in the surrounding area, at least a portion of the light beam at the object is reflected back to the laser scanner. A receiving device of the laser scanner receives the reflected part of the light beam and determines, based on a transit time of the light beam or a time period between the emission of the light beam and receiving the reflected part of the light beam, a distance of the object with respect to the motor vehicle. With knowledge of the scanning angle when emitting the light beam, an orientation or a direction of the object to the motor vehicle can also be determined. From the orientation and the distance then the relative position of the object to the motor vehicle can be determined.

Zum Verändern des Abtastwinkels wird der Lichtstrahl üblicherweise von einer Ablenkeinheit der Sendeeinrichtung abgelenkt. Die Ablenkeinheit ist dabei in der Regel als ein rotierbarer beziehungsweise schwenkbarer Spiegel ausgebildet, welcher den Lichtstrahl in die unterschiedlichen Abtastrichtungen reflektiert, wobei die Abtastrichtung über einen Schwenkwinkel beziehungsweise eine Orientierung des schwenkbaren Spiegels eingestellt wird. Ein Winkelbereich in dem Umgebungsbereich, innerhalb welchem der Lichtstrahl in den Umgebungsbereich abgelenkt wird, bildet dabei ein Sichtfeld der Sendeeinrichtung. Dieses Sichtfeld soll idealerweise einen besonders großen Öffnungswinkel sowie eine bestimmte Soll-Form aufweisen. Zum Vergrößern des Öffnungswinkels existiert daher üblicherweise ein Winkel zwischen dem auf den Spiegel einfallenden Lichtstrahl und dem von dem Spiegel reflektierten Lichtstrahl, also der Abtastrichtung. Dies kann dazu führen, dass eine Ist-Form des Sichtfeldes von der Soll-Form des Sichtfeldes abweicht, also das Sichtfeld der Sendeeinrichtung verzerrt ist. Geringe Verzerrungen können zwar softwareseitig kompensiert werden, indem bestimmte Bereiche des Sichtfeldes nicht genutzt werden. Da diese Bereiche aber dennoch durch den Lichtstrahl ausgeleuchtet werden, weist die optische Erfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik eine geringe Effizienz sowie hohe Verluste auf. To change the scanning angle, the light beam is usually deflected by a deflection unit of the transmitting device. The deflection unit is usually designed as a rotatable or pivotable mirror which reflects the light beam in the different scanning directions, wherein the scanning direction is set via a pivot angle or an orientation of the pivotable mirror. An angular range in the surrounding area within which the light beam is deflected into the surrounding area forms a field of view of the transmitting device. This field of view should ideally have a particularly large opening angle and a certain desired shape. Therefore, to increase the opening angle, there is usually an angle between the light beam incident on the mirror and the light beam reflected from the mirror, that is, the scanning direction. This can lead to an actual shape of the field of view deviating from the desired shape of the field of view, that is, the field of view of the transmitting device is distorted. Although slight distortions can be compensated by the software, certain areas of the field of view are not used. However, since these areas are still illuminated by the light beam, the optical detection apparatus according to the prior art has low efficiency and high losses.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie eine optische Erfassungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug besonders effizient und verlustarm gestaltet werden kann. It is an object of the present invention to provide a solution, as an optical detection device for a motor vehicle can be designed particularly efficient and low loss.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sendeeinrichtung, eine optische Erfassungsvorrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren. This object is achieved by a transmitting device, an optical detection device, a motor vehicle and a method according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are subject of the dependent claims, the description and the figures.

Gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ist diese Sendeeinrichtung dazu ausgelegt, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels eines Lichtstrahls abzutasten. Die Sendeeinrichtung kann eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit aufweisen, wobei die Ablenkeinheit dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeten Lichtstrahl in unterschiedliche Abtastwinkel in den Umgebungsbereich abzulenken. Insbesondere weist die Sendeeinrichtung ein Linsenelement mit einer Freiformfläche auf, wobei die Freiformfläche zumindest zwei Oberflächenelemente mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl zum Erzeugen eines vorbestimmten Soll-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung entlang vorbestimmter, mit den Neigungswinkeln korrespondierender Sollwerte für den Abtastwinkeln zu transmittieren. According to one embodiment of a transmission device according to the invention for an optical detection device of a motor vehicle, this transmission device is designed to scan an environmental region of the motor vehicle by means of a light beam. The transmitting device can have a light source for emitting the light beam and a deflection unit, wherein the deflection unit is designed to deflect the light beam emitted by the light source onto the deflection unit into different scanning angles into the surrounding area. In particular, the transmitting device has a lens element with a free-form surface, wherein the free-form surface has at least two surface elements with different angles of inclination and is adapted to the light beam for generating a predetermined desired field of view Transmit transmitting device along predetermined, corresponding to the inclination angles setpoints for the scanning angles.

Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs dazu ausgelegt, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels eines Lichtstrahls abzutasten. Die Sendeeinrichtung weist eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit auf, wobei die Ablenkeinheit dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeten Lichtstrahl unter unterschiedlichen Abtastwinkel in den Umgebungsbereich abzulenken. Darüber hinaus weist die Sendeeinrichtung ein Linsenelement mit einer Freiformfläche auf, wobei die Freiformfläche zumindest zwei Oberflächenelemente mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl zum Erzeugen eines vorbestimmten Soll-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln korrespondierenden Sollwerten für den Abtastwinkel zu transmittieren. Preferably, a transmission device according to the invention for an optical detection device of a motor vehicle is designed to scan a surrounding area of the motor vehicle by means of a light beam. The transmitting device has a light source for emitting the light beam and a deflecting unit, wherein the deflecting unit is designed to deflect the light beam emitted by the light source onto the deflecting unit into the surrounding area at different scanning angles. In addition, the transmitting device has a lens element with a free-form surface, wherein the free-form surface has at least two surface elements with different angles of inclination and is adapted to the light beam for generating a predetermined desired field of view of the transmitting device at predetermined, corresponding to the inclination angles target values for the scanning angle transmit.

Mittels der optischen Erfassungsvorrichtung, welche insbesondere als ein Lidar-System (Lidar-„Light Detection and Ranging“) beziehungsweise als ein Laserscanner ausgebildet ist, kann der Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs überwacht werden, indem Objekte beziehungsweise Hindernisse für das Kraftfahrzeug in dem Umgebungsbereich detektiert werden. Dazu weist die optische Erfassungsvorrichtung die Sendeeinrichtung auf, welche die Lichtquelle zum Erzeugen des Lichtstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, umfasst. Die Lichtquelle, welche beispielsweise ein Sendelement in Form von einer Laserdiode aufweist, kann den Laserstrahl unter einem bestimmten Einfallswinkels auf die Ablenkeinheit aussenden, wobei die Ablenkeinheit den Lichtstrahl zum Bereitstellen einer Abtastbewegung beziehungsweise Scanbewegung unter den unterschiedlichen Abtastwinkeln ablenkt. Dies bedeutet, dass der Lichtstrahl zum Abtasten des Umgebungsbereiches von der Sendeeinrichtung nacheinander beziehungsweise sequenziell in unterschiedliche Abtastrichtungen abgelenkt wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Abtastwinkel, unter welchem der Lichtstrahl in den Umgebungsbereich ausgesendet wird, schrittweise verändert wird. Während einer ersten Messung beziehungsweise zu einem ersten Messzeitpunkt wird der Lichtstrahl in eine erste Abtastrichtung abgelenkt, während einer darauffolgenden zweiten Messung beziehungsweise zu einem zweiten nachfolgenden Messzeitpunkt wird der Lichtstrahl in eine zweite Abtastrichtung abgelenkt, usw. Durch das Ablenken des Lichtstrahls unter den unterschiedlichen Abtastwinkeln wird ein Winkelbereich in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs ausgeleuchtet, welcher das Sichtfeld der Sendeeinrichtung, insbesondere das Sichtfeld der optischen Erfassungsvorrichtung, ausbildet. Der Abtastwinkel kann dabei als ein Winkel angegeben werden, um welchen die Abtastrichtung, horizontal und/oder vertikal, von einer vorbestimmten Richtung, beispielsweise einer Fahrzeuglängsrichtung, abweicht. Mittels der Ablenkeinheit kann der Lichtstrahl insbesondere horizontal und vertikal abgelenkt werden, sodass der Umgebungsbereich rasterartig, also zeilenweise oder spaltenweise, abgetastet beziehungsweise überstrichen wird. Die Ablenkeinheit kann beispielsweise einen schwenkbaren Spiegel, insbesondere einen Mikrospiegelaktor, mit einer planaren, ebenen spiegelnden Oberfläche aufweisen. By means of the optical detection device, which is designed in particular as a lidar system (lidar "Light Detection and Ranging") or as a laser scanner, the surrounding area of the motor vehicle can be monitored by detecting objects or obstacles for the motor vehicle in the surrounding area. For this purpose, the optical detection device to the transmitting device, which comprises the light source for generating the light beam, in particular a laser beam. The light source, which has, for example, a transmitting element in the form of a laser diode, can emit the laser beam at a certain angle of incidence onto the deflecting unit, wherein the deflecting unit deflects the light beam for providing a scanning movement or scanning movement under the different scanning angles. This means that the light beam for scanning the surrounding area is deflected by the transmitting device successively or sequentially in different scanning directions. In other words, this means that the scanning angle at which the light beam is emitted into the surrounding area is changed stepwise. During a first measurement or at a first measurement time, the light beam is deflected in a first scanning direction, during a subsequent second measurement or at a second subsequent measurement time, the light beam is deflected in a second scanning direction, etc. By deflecting the light beam at the different scanning angles an angle range in the surrounding area of the motor vehicle is illuminated, which forms the field of view of the transmitting device, in particular the field of view of the optical detection device. The scanning angle can be given as an angle by which the scanning direction, horizontally and / or vertically, deviates from a predetermined direction, for example, a vehicle longitudinal direction. By means of the deflection unit, the light beam can in particular be deflected horizontally and vertically, so that the surrounding area is scanned or swept in a grid-like manner, ie line by line or column by column. By way of example, the deflection unit can have a pivotable mirror, in particular a micromirror actuator, with a planar, level-reflecting surface.

Um nun das vorbestimmte Soll-Sichtfeld, welches eine vorbestimmte Soll-Form aufweist, zu erzeugen, sind für die verschiedenen Abtastwinkel Sollwerte, also Soll-Abtastwinkel, vorbestimmt. Vorzugsweise ist eine Ebene des mittels der Sollwerte für den Abtastwinkel erzeugten Soll-Sichtfeldes senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung rechteckförmig ausgebildet. Das Soll-Sichtfeld weitet sich ausgehend von der Sendeeinrichtung entlang der Hauptabtastrichtung auf und weist somit eine pyramidenförmige Form auf. Dies bedeutet, dass alle Ebenen parallel zu einer Grundfläche der Pyramide rechteckförmig ausgebildet sind. Zum Bereitstellen der Sollwerte für den Abtastwinkel weist die Sendeeinrichtung das Linsenelement mit der Freiformfläche, also eine Freiformlinse auf. Die Freiformlinse ist dabei ein optisches Element mit einer für den Lichtstrahl durchsichtigen beziehungsweise transparenten Oberfläche, wobei die transparente Oberfläche als eine Freiformfläche ausgebildet ist. Das Linsenelement kann beispielsweise aus Glas oder Kunststoff ausgebildet sein. Die Freiformfläche weist dabei die zumindest zwei Oberflächenelemente mit unterschiedlichen Orientierungen beziehungsweise Neigungswinkeln auf. Insbesondere ist die Freiformfläche zumindest bereichsweise gekrümmt beziehungsweise gewölbt. Durch die unterschiedlichen Neigungswinkel wird der Lichtstrahl beim Transmittieren unter unterschiedliche Abtastrichtungen abgelenkt. In order to generate the predetermined desired field of view, which has a predetermined desired shape, setpoint values, that is to say the desired scanning angle, are predetermined for the different scanning angles. Preferably, a plane of the target field of view generated by means of the setpoint values for the scanning angle is rectangular in a form perpendicular to a main scanning direction of the transmitting device. The desired field of view widens starting from the transmitting device along the main scanning direction and thus has a pyramidal shape. This means that all planes are formed rectangular parallel to a base of the pyramid. To provide the desired values for the scanning angle, the transmitting device has the lens element with the free-form surface, that is to say a free-form lens. The free-form lens is an optical element with a transparent or transparent surface for the light beam, wherein the transparent surface is formed as a free-form surface. The lens element may be formed, for example, of glass or plastic. The free-form surface in this case has the at least two surface elements with different orientations or angles of inclination. In particular, the freeform surface is at least partially curved or arched. Due to the different angles of inclination, the light beam is deflected when transmitting under different scanning directions.

Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass im Falle einer Ablenkeinheit mit einem schwenkbaren Spiegel aufweisend die ebene spiegelnden Oberfläche das Sichtfeld der Sendeeinrichtung durch den schwenkbaren Spiegel verzerrt werden kann, da die von der planaren Oberfläche bereitgestellten Istwerte des Abtastwinkels nicht den Sollwerten entsprechen. Somit weicht eine Ist-Form des Sichtfeldes von der Soll-Form ab. Eine solche verzerrte Ist-Form kann beispielsweise durch eine fächerförmige Ebene des Sichtfeldes senkrecht zur Hauptabtastrichtung ausgebildet sein. Diese Verzerrung wird durch die Freiformfläche des Linsenelementes verhindert oder kompensiert, indem die Neigungswinkel der Oberflächenelemente so gewählt werden, dass der einfallende Lichtstrahl unter dem jeweiligen, mit der aktuellen Messung korrespondierenden Soll-Abtastwinkel transmittiert wird. Insbesondere ist dazu jedem Sollwert für den Abtastwinkel ein Oberflächenelement zum Transmittieren des Lichtstrahls unter dem jeweiligen Sollwert für den Abtastwinkel zugeordnet. Dabei ist das Linsenelement mit der Freiformfläche vorzugsweise unbeweglich in einem optischen Pfad zwischen der Ablenkeinheit und dem Umgebungsbereich angeordnet und dazu ausgelegt, den von der Ablenkeinheit unter Istwerten für den Abtastwinkel reflektierten Lichtstrahl in den Umgebungsbereich zu transmittieren und dabei unter den vorbestimmten Sollwerten abzulenken. In this case, the invention is based on the finding that in the case of a deflection unit with a pivoting mirror comprising the planar reflecting surface, the field of vision of the transmitting device can be distorted by the pivotable mirror, since the actual values of the scanning angle provided by the planar surface do not correspond to the desired values. Thus, an actual shape of the field of view deviates from the desired shape. Such a distorted actual shape can be formed for example by a fan-shaped plane of the field of view perpendicular to the main scanning direction. This distortion is prevented or compensated by the free-form surface of the lens element by the angle of inclination of the surface elements selected be that the incident light beam is transmitted under the respective, corresponding to the current measurement target scanning angle. In particular, each setpoint value for the scanning angle is assigned a surface element for transmitting the light beam below the respective setpoint for the scanning angle. In this case, the lens element with the free-form surface is preferably arranged immovably in an optical path between the deflection unit and the surrounding area and designed to transmit the light beam reflected by the deflection unit under actual values for the scanning angle into the surrounding area and to deflect it below the predetermined desired values.

Zum Erzeugen eines bestimmten Sollwertes für den Abtastwinkel, also zum Ablenken des Lichtstrahls entlang einer vorbestimmten Soll-Abtastrichtung, wird der Lichtstrahl also zunächst von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendet. Diese lenkt den Lichtstrahls auf die Freiformlinse ab, wobei der Lichtstrahl durch dasjenige Oberflächenelement der Freiformlinse transmittiert wird, durch dessen Neigungswinkel der Lichtstrahl unter der entsprechenden Soll-Abtastrichtung abgelenkt werden kann. Anders ausgedrückt wird zum Bereitstellen eines bestimmten Soll-Abtastwinkels der von der Lichtquelle ausgesendete und an der Ablenkeinheit reflektierte Lichtstrahl durch das zugehörige Oberflächenelement der Freiformlinse in den Umgebungsbereich transmittiert beziehungsweise geführt. For generating a specific setpoint value for the scanning angle, that is to say for deflecting the light beam along a predetermined desired scanning direction, the light beam is thus first emitted by the light source onto the deflection unit. This deflects the light beam to the free-form lens, wherein the light beam is transmitted through that surface element of the free-form lens, can be deflected by the inclination angle of the light beam under the corresponding target scanning direction. In other words, in order to provide a specific target scanning angle, the light beam emitted by the light source and reflected at the deflecting unit is transmitted through the associated surface element of the free-form lens into the surrounding area.

Durch die Freiformfläche kann also gewährleistet werden, dass der ausgeleuchtete Winkelbereich voll ausgenutzt werden kann und Objekte in diesem Bereich sicher und zuverlässig detektiert werden können. Mittels der Sendeeinrichtung kann also eine besonders effiziente und verlustarme optische Erfassungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug realisiert werden. By free-form surface can thus be ensured that the illuminated angle range can be fully utilized and objects in this area can be detected safely and reliably. By means of the transmitting device, therefore, a particularly efficient and low-loss optical detection device for a motor vehicle can be realized.

Gemäß einer Ausführungsform der Sendeeinrichtung weist die Ablenkeinheit einen schwenkbaren Spiegel auf, welcher dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle auf den schwenkbaren Spiegel ausgesendeten Lichtstrahl unter zu Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels korrespondierenden Istwerten für den Abtastwinkel zu reflektieren, wobei die Freiformfläche des Linsenelementes dazu ausgelegt ist, zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes eine Abweichung zwischen dem durch den schwenkbaren Spiegel bereitgestellten Istwert und dem Sollwert für den Abtastwinkel zu kompensieren. Dieser schwenkbare Spiegel reflektiert den Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem aktuellen Schwenkwinkel beziehungsweise von einer aktuellen Lage des schwenkbaren Spiegels unter bestimmten Istwerten für den Abtastwinkel. Dabei kann, insbesondere ab einer bestimmten Größe der Sollwerte des Abtastwinkels, der von dem schwenkbaren Spiegel bereitgestellte Istwert von dem Sollwert abweichen. Ohne Kompensierung dieser Abweichung ergibt sich ein gegenüber dem Soll-Sichtfeld verzerrtes Ist-Sichtfeld der Sendeeinrichtung. Diese Verzerrung kann jedoch in vorteilhafter Weise mittels der Freiformlinse kompensiert werden. Der Lichtstrahl wird also zunächst von der Lichtquelle auf den schwenkbaren Spiegel ausgesendet, welcher den Lichtstrahl mit unterschiedlichen Istwerten für den Abtastwinkel auf die Freiformlinse reflektiert. Die Freiformlinse kann eine Ablenkung des Lichtstrahls für diejenigen Istwerte des Abtastwinkels verändern, welche von den zugehörigen Sollwerten abweichen. Die Sendeeinrichtung ist somit besonders einfach gestaltet, da an dem Grundaufbau der Sendeeinrichtung mit der Lichtquelle und dem schwenkbaren Spiegel keine Veränderungen vorgenommen werden müssen. Die Freiformlinse kann also der Sendeeinrichtung schnell und einfach zum Kompensieren der Verzerrung des Sichtfeldes hinzugefügt werden. According to one embodiment of the transmission device, the deflection unit has a pivotable mirror which is designed to reflect the light beam emitted by the light source onto the pivotable mirror under actual values for the scanning angle corresponding to pivoting angles of the pivotable mirror, the free-form surface of the lens element being designed for this purpose in that, for generating the desired field of view, a deviation between the actual value provided by the pivotable mirror and the target value for the scanning angle is compensated. This pivotable mirror reflects the light beam as a function of the current pivoting angle or of a current position of the pivotable mirror under certain actual values for the scanning angle. In this case, in particular from a certain size of the nominal values of the scanning angle, the actual value provided by the pivotable mirror can deviate from the nominal value. Without compensation of this deviation results in a relation to the target field of view distorted actual field of view of the transmitting device. However, this distortion can be compensated in an advantageous manner by means of the free-form lens. The light beam is thus first emitted by the light source onto the pivotable mirror, which reflects the light beam with different actual values for the scanning angle onto the free-form lens. The free-form lens can change a deflection of the light beam for those actual values of the scanning angle, which deviate from the associated desired values. The transmitting device is thus particularly simple, since no changes need to be made to the basic structure of the transmitting device with the light source and the pivotable mirror. The free-form lens can thus be added to the transmitter quickly and easily to compensate for the distortion of the field of view.

Bevorzugt sind die Neigungswinkel der jeweiligen Oberflächenelemente der Freiformfläche des Linsenelementes in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels vorgegeben. Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass die Verzerrung des Ist-Sichtfeldes bezüglich des Soll-Sichtfeldes durch den schwenkbaren Spiegel verursacht wird, insbesondere durch einen Winkel zwischen der Einfallsrichtung des Lichtstrahls auf den schwenkbaren Spiegel und der von dem schwenkbaren Spiegel bereitgestellten Abtastrichtung. Die Einfallsrichtung ist dabei diejenige Richtung, in welcher die Lichtquelle den Lichtstrahl auf den schwenkbaren Spiegel aussendet. Eine Stärke der Verzerrung ist dabei abhängig von dem jeweiligen Schwenkwinkel des schwenkbaren Spiegels. Insbesondere an Rändern des Sichtfeldes, welche durch die maximalen Schwenkwinkel des schwenkbaren Spiegels erzeugt werden, kann es zu Verzerrungen kommen, welche mittels der Freiformlinse einfach und unaufwendig ausgeglichen werden können. Preferably, the angles of inclination of the respective surface elements of the free-form surface of the lens element are predetermined as a function of the pivoting angles of the pivotable mirror. The invention is based on the finding that the distortion of the actual field of view with respect to the desired field of view is caused by the pivotable mirror, in particular by an angle between the direction of incidence of the light beam on the pivotable mirror and the scanning direction provided by the pivotable mirror. The direction of incidence is that direction in which the light source emits the light beam onto the pivotable mirror. A strength of the distortion is dependent on the respective pivot angle of the pivotable mirror. In particular, at edges of the field of view, which are generated by the maximum pivoting angle of the pivotable mirror, it can lead to distortions, which can be easily and inexpensively compensated by the free-form lens.

Insbesondere weist der schwenkbare Spiegel eine charakteristische Transferfunktion auf, durch welche eine Verzerrung eines durch den schwenkbaren Spiegel erzeugten Ist-Sichtfeldes bezüglich des Soll-Sichtfeldes in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels beschrieben ist, wobei die Neigungswinkel der Oberflächenelemente der Freiformfläche des Linsenelementes derart bestimmt sind, dass die Freiformfläche eine Inverse der charakteristischen Transferfunktion aufweist. Die Verzerrung ist dabei anhand von einer Abweichung von Formen von Ebenen des Ist-Sichtfeldes und des Soll-Sichtfeldes senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung bestimmt. In particular, the pivotable mirror has a characteristic transfer function, by which a distortion of an actual field of view generated by the pivotable mirror is described with respect to the desired field of view as a function of the pivoting angles of the pivotable mirror, wherein the angle of inclination of the surface elements of the freeform surface of the lens element so determined are that the freeform surface has an inverse of the characteristic transfer function. The distortion is determined based on a deviation of shapes of planes of the actual field of view and the desired field of view perpendicular to a main scanning direction of the transmitting device.

Zum Herstellen der Freiformfläche des Linsenelementes für die Sendeeinrichtung werden die Neigungswinkel der Oberflächenelemente bestimmt, indem zunächst die Transferfunktion des schwenkbaren Spiegels bestimmt wird. Dazu kann beispielsweise das durch die Sendeeinrichtung ohne die Freiformlinse erzeugte, nicht kompensierte Ist-Sichtfeld erfasst beziehungsweise bestimmt werden. Insbesondere wird dabei die Form der Ebene des Ist-Sichtfeldes senkrecht zu der Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung bestimmt. Die Ebene des durch den schwenkbaren Spiegel erzeugten Ist-Sichtfeldes ist üblicherweise fächerförmig, während hingegen die Ebene des Soll-Sichtfeldes rechteckförmig ist. Diese Relation beziehungsweise dieser Zusammenhang zwischen der Form des Soll-Sichtfeldes und der Form des Ist-Sichtfeldes kann über die Transferfunktion beschrieben werden, welche insbesondere abhängig von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels ist. Als die Transferfunktion wird insbesondere also diejenige Funktion bestimmt, durch welche die Soll-Form des Sichtfeldes in die Ist-Form des Sichtfeldes überführt wird. Anders ausgedrückt ergibt die mit der Transferfunktion beaufschlagte Soll-Form des Sichtfeldes die Ist-Form des Sichtfeldes. Unter Kenntnis der Transferfunktion kann ein Oberflächenverlauf der Freiformlinse so bestimmt werden, dass durch die Freiformlinse beim Transmittieren des Lichtstrahls die Transferfunktion invertiert wird und somit die Verzerrung kompensiert wird. Die mit der inversen Transferfunktion beaufschlagte Ist-Form des Sichtfeldes ergibt also die Soll-Form des Sichtfeldes. Durch die Bestimmung der Transferfunktion und der inversen Transferfunktion kann also die Freiformlinse in vorteilhafter Weise ideal an den schwenkbaren Spiegel angepasst werden und somit das Soll-Sichtfeld erzeugt werden. To produce the free-form surface of the lens element for the transmitting device, the Tilt angle of the surface elements determined by first the transfer function of the pivoting mirror is determined. For this purpose, for example, the uncompensated actual field of view generated by the transmitting device without the free-form lens can be detected or determined. In particular, the shape of the plane of the actual field of view is determined perpendicular to the main scanning direction of the transmitting device. The plane of the actual field of view generated by the pivotable mirror is usually fan-shaped, whereas the plane of the desired field of view is rectangular. This relation or this relationship between the shape of the desired field of view and the shape of the actual field of view can be described by means of the transfer function, which is dependent in particular on the pivoting angles of the pivotable mirror. In particular, that function is determined as the transfer function, by which the desired shape of the field of view is converted into the actual shape of the field of view. In other words, the target shape of the field of view acted upon by the transfer function yields the actual shape of the field of view. Knowing the transfer function, a surface profile of the freeform lens can be determined so that the transfer function is inverted by the freeform lens when transmitting the light beam and thus the distortion is compensated. The acted upon by the inverse transfer function actual shape of the field of view thus gives the desired shape of the field of view. By determining the transfer function and the inverse transfer function, the free-form lens can thus advantageously be ideally adapted to the pivotable mirror, and thus the desired field of view can be generated.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ablenkeinheit zusätzlich einen Freiformspiegel mit einer Freiformfläche zum Reflektieren des von dem schwenkbaren Spiegel reflektieren Lichtstrahls auf, wobei der Freiformspiegel dazu ausgelegt ist, eine Abweichung des von dem schwenkbaren Spiegel erzeugten Istwertes von dem Sollwert für den Abtastwinkel zumindest zu reduzieren. Dies bedeutet, dass die Ablenkeinheit zusätzlich den Freiformspiegel aufweist, welcher insbesondere unbeweglich in einem optischen Pfad beziehungsweise Sendepfad zwischen dem schwenkbaren Spiegel und der Freiformlinse angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Ablenkeinheit also den schwenkbaren Spiegel und den Freiformspiegel auf, wobei der Lichtstrahl von der Lichtquelle unter einem bestimmten Einfallswinkel zunächst auf den schwenkbaren Spiegel ausgesendet wird. Dieser schwenkbare Spiegel reflektiert den Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem aktuellen Schwenkwinkel beziehungsweise von einer aktuellen Lage des schwenkbaren Spiegels unter bestimmten Istwerten für den Abtastwinkel, welche von den Sollwerten abweichen können. Diese Abweichung kann jedoch in vorteilhafter Weise mittels des Freiformspiegels zumindest verringert werden. Der Freiformspiegel ist dabei fest beziehungsweise unbeweglich, also nicht-rotierbar beziehungsweise nicht-schwenkbar, in der Sendeeinrichtung verbaut. Der Freiformspiegel kann eine Ablenkung des Lichtstrahls für diejenigen Istwerte des Abtastwinkels verändern, welche von den zugehörigen Sollwerten abweichen. Der Freiformspiegel reflektiert den Lichtstrahl dann auf die Freiformlinse, welche den Lichtstrahl in den Umgebungsbereich trransmittiert. Der Freiformspiegel kann also in vorteilhafter Weise ebenfalls zur Entzerrung des Sichtfeldes der Sendeeinrichtung beitragen. Das Bereitstellen des Freiformspiegels ist dann besonders vorteilhaft, wenn das durch den schwenkbaren Spiegel verzerrte Sichtfeld nicht allein mittels der Freiformlinse entzerrt werden kann. In one development of the invention, the deflection unit additionally has a free-form mirror with a free-form surface for reflecting the light beam reflected by the pivotable mirror, the free-form mirror being designed to at least reduce a deviation of the actual value generated by the pivotable mirror from the target value for the scanning angle , This means that the deflection unit additionally has the free-form mirror, which in particular is arranged immovably in an optical path or transmission path between the pivotable mirror and the free-form lens. According to this embodiment, the deflection unit therefore has the pivotable mirror and the free-form mirror, wherein the light beam is first emitted by the light source at a certain angle of incidence onto the pivotable mirror. This pivotable mirror reflects the light beam as a function of the current swivel angle or of a current position of the swiveling mirror under certain actual values for the scanning angle, which may deviate from the desired values. However, this deviation can be at least reduced in an advantageous manner by means of the free-form mirror. The free-form mirror is fixed or immovable, ie non-rotatable or non-pivotable, installed in the transmitting device. The free-form mirror can change a deflection of the light beam for those actual values of the scanning angle which deviate from the associated nominal values. The free-form mirror then reflects the light beam onto the free-form lens, which transmits the light beam into the surrounding area. The free-form mirror can thus also advantageously contribute to the equalization of the field of view of the transmitting device. The provision of the free-form mirror is particularly advantageous if the field of view distorted by the pivotable mirror can not be equalized by means of the free-form lens alone.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der schwenkbare Spiegel als ein Mikrospiegelaktor mit einer ebenen Oberfläche ausgebildet ist und eine Oberfläche des Freiformspiegels zumindest bereichsweise gewölbt ausgebildet ist. Der als Mikrospiegelaktor beziehungsweise MEMS-Spiegel (MEMS – Mikroelektromechanisches System) ausgebildete schwenkbare Spiegel weist die ebene, planare spiegelnde Oberfläche auf. Der Freiformspiegel hingegen weist die gewölbte Oberfläche auf, wobei eine Krümmung der Oberfläche der Freiformspiegels derart bestimmt ist, dass sie die Abweichung zwischen den von dem MEMS-Spiegel bereitgestellten Istwerten und den Sollwerten für den Abtastwinkel zumindest verringert. It can be provided that the pivotable mirror is designed as a micro-mirror actuator with a flat surface and a surface of the free-form mirror is at least partially curved. The pivotable mirror designed as a micromirror actuator or MEMS mirror (MEMS - microelectromechanical system) has the plane, planar reflecting surface. In contrast, the free-form mirror has the curved surface, wherein a curvature of the surface of the free-form mirror is determined in such a way that it at least reduces the deviation between the actual values provided by the MEMS mirror and the target values for the scanning angle.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Lichtquelle zum Bereitstellen der Sollwerte für den Abtastwinkel zumindest zwei separat ansteuerbare Sendeelemente aufweist. Die Lichtquelle kann beispielsweise zumindest zwei Sendeelemente in Form Laserdioden oder LEDs aufweisen, welche separat ansteuerbar sind. Beispielsweise kann für Sollwerte des Abtastwinkels aus einem ersten Wertebereich ein erstes der Sendeelemente zum Aussenden des Lichtstrahls angesteuert werden und für Sollwerte des Abtastwinkels aus einem zweiten Wertebereich ein zweites der Sendeelemente zum Aussenden des Lichtstrahls angesteuert werden. Die Sendeelemente senden dabei den Lichtstrahl in unterschiedliche Richtungen aus, wobei einer ersten Richtung ein erster Einfallswinkel des Lichtstrahls auf den schwenkbaren Spiegel, und einer zweiten Richtung ein zweiter Einfallswinkel des Lichtstrahls auf den schwenkbaren Spiegel zugeordnet ist, usw. Durch das jeweilige aktuell aussendende Sendeelement kann also der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf den schwenkbaren Spiegel beeinflusst werden und damit eine durch den schwenkbaren Spiegel hervorgerufene Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Ablenkwinkels bereits beim Aussenden des Lichtstrahls zumindest verringert werden. It proves to be advantageous if the light source for providing the desired values for the scanning angle has at least two separately controllable transmitting elements. By way of example, the light source can have at least two transmitting elements in the form of laser diodes or LEDs, which can be controlled separately. For example, for setpoint values of the scanning angle, a first of the transmitting elements for emitting the light beam can be controlled from a first value range, and a second of the transmitting elements for emitting the light beam can be driven for nominal values of the scanning angle from a second value range. The transmitting elements emit the light beam in different directions, wherein a first direction of a first angle of incidence of the light beam on the pivotable mirror, and a second direction, a second angle of incidence of the light beam is assigned to the pivotable mirror, etc. Through the respective currently emitting transmitting element Thus, the angle of incidence of the light beam can be influenced on the pivotable mirror and thus at least a deviation caused by the pivotable mirror deviation between the desired value and the actual value of the deflection angle when emitting the light beam.

Insbesondere weist die Lichtquelle dabei eine Matrixanordnung von Sendeelementen auf, wobei für jeden Abtastwinkel eine bestimmte Anzahl an Sendeelementen, welche in der Matrixanordnung eine bestimmte Position aufweisen, zum Aussenden des Lichtstrahls angesteuert werden. Eine die Anzahl und die Position der Sendeelemente umfassende Ansteuerstrategie für die Sendeelemente kann beispielsweise vorbestimmt werden, sodass diese Ansteuerstrategie für die Sendeelemente der Lichtquelle ebenfalls die Inverse der Transferfunktion des schwenkbar gelagerten Spiegels bereitstellt. Die Ansteuerung der Sendeelemente kann beispielsweise von einer Steuereinrichtung der optischen Erfassungsvorrichtung durchgeführt werden. In particular, the light source in this case has a matrix arrangement of transmitting elements, wherein for each scanning angle a certain number of transmitting elements, which have a certain position in the matrix arrangement, are driven to emit the light beam. A drive strategy for the transmission elements comprising the number and the position of the transmission elements can be predetermined, for example, so that this control strategy for the transmission elements of the light source likewise provides the inverse of the transfer function of the pivotably mounted mirror. The control of the transmitting elements can be carried out for example by a control device of the optical detection device.

Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Erfassungsvorrichtung, insbesondere einen Laserscanner, für ein Kraftfahrzeug zum Überwachen eines Umgebungsbereiches des Kraftfahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung oder einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung sowie einer Empfangseinrichtung. Die Empfangseinrichtung ist dazu ausgelegt, einen an einem Objekt in dem Umgebungsbereich reflektierten Teil des Lichtstrahls zu empfangen und anhand einer Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls und dem Empfangen des reflektierten Teils des Lichtstrahls einen Abstand des Objektes zu dem Kraftfahrzeug zu bestimmen. The invention also relates to an optical detection device, in particular a laser scanner, for a motor vehicle for monitoring an environmental region of the motor vehicle, with a transmitting device according to the invention or an embodiment of the transmitting device according to the invention and a receiving device. The receiving device is designed to receive a part of the light beam reflected at an object in the surrounding area and to determine a distance of the object to the motor vehicle based on a time duration between the emission of the light beam and the reception of the reflected part of the light beam.

Vorzugsweise weist die optische Erfassungsvorrichtung ein Gehäuse auf, welches die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung umgibt, wobei eine Frontseite des Gehäuses das Linsenelement mit der Freiformfläche umfasst. Insbesondere ist die Frontseite des Gehäuses durch das Linsenelement gebildet. Dies bedeutet, dass der reflektierte Teil des Lichtstrahls von dem Umgebungsbereich durch das Linsenelement hindurch auf die Empfangseinrichtung transmittiert wird und nach dem Transmittieren von der Empfangseinrichtung empfangen wird. Preferably, the optical detection device has a housing, which surrounds the transmitting device and the receiving device, wherein a front side of the housing comprises the lens element with the free-form surface. In particular, the front side of the housing is formed by the lens element. This means that the reflected part of the light beam is transmitted from the surrounding area through the lens element to the receiving device and is received by the receiving device after being transmitted.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine optische Erfassungsvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Der von der Erfassungsvorrichtung erfasste Abstand des Objektes kann beispielsweise einer Steuereinrichtung eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden, welches beispielsweise ein zumindest semiautonomes Fahren des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug von der Steuereinrichtung automatisch abgebremst werden, wenn von der Erfassungseinrichtung erfasst wurde, dass der Abstand des Objekts zu dem Kraftfahrzeug einen vorbestimmten Abstandsschwellwert unterschreitet. A motor vehicle according to the invention comprises at least one optical detection device. The motor vehicle is designed in particular as a passenger car. The distance of the object detected by the detection device can be provided, for example, to a control device of a driver assistance system of the motor vehicle, which, for example, enables at least semi-autonomous driving of the motor vehicle. For example, the motor vehicle can be automatically braked by the control device when it has been detected by the detection device that the distance of the object from the motor vehicle falls below a predetermined distance threshold value.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erzeugen eines Soll-Sichtfeldes für eine Sendeeinrichtung einer optischen Erfassungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden für die Sendeeinrichtung eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit bereitgestellt, wobei mittels der Ablenkeinheit ein von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeter Lichtstrahl unter unterschiedlicher Abtastwinkel abgelenkt werden kann. Insbesondere wird für die Sendeeinrichtung ein Linsenelement mit einer Freiformfläche bereitgestellt, wobei die Freiformfläche mit zumindest zwei Oberflächenelementen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln gefertigt wird und der Lichtstrahl zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln korrespondierenden Sollwerten für den Abtastwinkel transmittiert wird. The invention also relates to a method for generating a desired field of view for a transmitting device of an optical detection device of a motor vehicle. According to one embodiment of the method, a light source for emitting the light beam and a deflection unit are provided for the transmitting device, wherein a light beam emitted by the light source onto the deflection unit can be deflected at different scanning angles by means of the deflection unit. In particular, a lens element with a free-form surface is provided for the transmitting device, wherein the free-form surface is fabricated with at least two surface elements with different angles of inclination and the light beam is transmitted to generate the desired field of view of the transmitting device at predetermined, corresponding to the inclination angles setpoint values for the scanning angle.

Bevorzugt werden bei dem Verfahren für die Sendeeinrichtung eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit bereitgestellt, wobei mittels der Ablenkeinheit ein von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeter Lichtstrahl unter unterschiedlichen Abtastwinkeln abgelenkt wird. Darüber hinaus wird für die Sendeeinrichtung ein Linsenelement mit einer Freiformfläche bereitgestellt, wobei die Freiformfläche mit zumindest zwei Oberflächenelementen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln gefertigt wird und der Lichtstrahl zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln korrespondierenden Sollwerten für den Abtastwinkel in den Umgebungsbereich transmittiert wird. In the method for the transmitting device, a light source for emitting the light beam and a deflecting unit are preferably provided, wherein a light beam emitted by the light source onto the deflecting unit is deflected at different scanning angles by means of the deflecting unit. In addition, a lens element with a free-form surface is provided for the transmitting device, wherein the free-form surface is manufactured with at least two surface elements with different inclination angles and the light beam for generating the desired field of view of the transmitting device at predetermined, corresponding to the inclination angles target values for the scanning angle in the surrounding area is transmitted.

Insbesondere wird die Sendeeinrichtung mit einer Ablenkeinheit aufweisend einen schwenkbaren Spiegel gefertigt. Zum Bestimmen der Neigungswinkel der Oberflächenelemente der Freiformlinse wird eine Transferfunktion für den schwenkbaren Spiegel bestimmt, welche eine Abweichung einer Form eines Ist-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung von einer Form des Soll-Sichtfeldes beschreibt. Die Neigungswinkel der Oberflächenelemente der Freiformlinse werden dabei so bestimmt und hergestellt, dass durch die Freiformlinse eine Inverse der Transferfunktion bereitgestellt wird. In particular, the transmitting device is manufactured with a deflection unit comprising a pivotable mirror. For determining the inclination angle of the surface elements of the freeform lens, a transfer function for the pivotable mirror is determined, which describes a deviation of a shape of an actual field of view of the transmitting device from a shape of the desired field of view. The angles of inclination of the surface elements of the freeform lens are thereby determined and produced such that an inverse of the transfer function is provided by the freeform lens.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sendeeinrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße optische Erfassungsvorrichtung, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren. The preferred embodiments presented with reference to the transmitting device according to the invention and their advantages apply correspondingly to the optical detecting device according to the invention, to the motor vehicle according to the invention and to the method according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen. Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The above in the Description mentioned features and combinations of features, as well as the features mentioned below in the figure description and / or features shown in the figures and feature combinations are not only in the particular combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the invention , Thus, embodiments of the invention are to be regarded as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained. Embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all the features of an originally formulated independent claim. Moreover, embodiments and combinations of features, in particular by the embodiments set out above, are to be regarded as disclosed, which go beyond or deviate from the combinations of features set out in the back references of the claims.

Dabei zeigen: Showing:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; 1 a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle according to the invention;

2 eine schematische Darstellung einer Sendeeinrichtung einer optischen Erfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik; 2 a schematic representation of a transmitting device of an optical detection device according to the prior art;

3 eine schematische Darstellung eines Ist-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung gemäß 2; 3 a schematic representation of an actual field of view of the transmitting device according to 2 ;

4 eine schematische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Ist-Sichtfeld gemäß 3 und einem Soll-Sichtfeld; 4 a schematic representation of a relationship between the actual field of view according to 3 and a desired field of view;

5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungsvorrichtung; und 5 a schematic representation of an embodiment of a transmitting device according to the invention for an optical detection device; and

6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Erfassungsvorrichtung. 6 a schematic representation of an embodiment of an optical detection device according to the invention.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Im vorliegenden Fall ist das Kraftfahrzeug 1 als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu ausgelegt ist, einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst zumindest eine optische Erfassungsvorrichtung 3, welche dazu ausgelegt ist, einen Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 zu überwachen. Insbesondere können mittels der Erfassungsvorrichtung 3 ein Abstand sowie eine Orientierung eines Objektes O in dem Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden und beispielsweise einer Steuereinrichtung 5 des Fahrerassistenzsystems 2 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 5 kann das Kraftfahrzeug 1 zur Kollisionsvermeidung beispielsweise automatisch abbremsen, falls der Abstand des Objektes O einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Im vorliegenden Fall weist das Fahrerassistenzsystem 2 zwei Erfassungsvorrichtungen 3 auf, wobei eine erste Erfassungsvorrichtung 3 in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist und dazu dient, den Umgebungsbereich 4 vor dem Kraftfahrzeug 1 zu überwachen, und eine zweite Erfassungsvorrichtung 3 in einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist und dazu dient, den Umgebungsbereich 4 hinter dem Kraftfahrzeug 1 zu überwachen. Es können auch weitere Erfassungsvorrichtungen 3, beispielsweise in Seitenbereichen des Kraftfahrzeugs 1, vorgesehen sein. 1 shows a motor vehicle 1 according to the present invention. In the present case, the motor vehicle 1 trained as a passenger car. The car 1 includes a driver assistance system 2 , which is designed to be a driver of the motor vehicle 1 while driving the motor vehicle 1 to support. The driver assistance system 2 comprises at least one optical detection device 3 , which is designed to be a surrounding area 4 of the motor vehicle 1 to monitor. In particular, by means of the detection device 3 a distance as well as an orientation of an object O in the surrounding area 4 of the motor vehicle 1 be detected and, for example, a control device 5 of the driver assistance system 2 to be provided. The control device 5 can the motor vehicle 1 for collision avoidance, for example, automatically decelerate if the distance of the object O falls below a predetermined threshold. In the present case, the driver assistance system 2 two detection devices 3 on, wherein a first detection device 3 in a front area 6 of the motor vehicle 1 is arranged and serves the surrounding area 4 in front of the motor vehicle 1 to monitor, and a second detection device 3 in a rear area 7 of the motor vehicle 1 is arranged and serves the surrounding area 4 behind the motor vehicle 1 to monitor. There may also be other detection devices 3 , For example, in side areas of the motor vehicle 1 , be provided.

Die optische Erfassungsvorrichtung 3 ist im vorliegenden Fall als ein Laserscanner ausgebildet und weist eine Sendeeinrichtung 8 sowie eine Empfangseinrichtung 9 auf. Die Sendeeinrichtung 8 sendet einen Lichtstrahl 10 in den Umgebungsbereich 4 aus und die Empfangseinrichtung 9 empfängt einen an dem Objekt O reflektierten Teil 11 des Lichtstrahls 10. Die Empfangseinrichtung 9 kann anhand einer Laufzeit zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls 10 und dem Empfangen des reflektierten Teils 11 des Lichtstrahls 10 den Abstand des Objektes O erfassen. Der Lichtstrahl 10 wird dabei nacheinander beziehungsweise schrittweise unter verschiedenen Abtastwinkeln α abgelenkt. Dadurch wird der Umgebungsbereich 4 mittels des Lichtstrahls 10 rasterartig abgetastet beziehungsweise gescannt. Gemäß 1 sind horizontale Komponenten des Abtastwinkels α in einer von einer Fahrzeuglängsrichtung L und einer Fahrzeugquerrichtung Q aufgespannten Horizontalebene gezeigt. Die horizontale Komponente des Abtastwinkels α sowie eine hier nicht gezeigte vertikale Komponente des Abtastwinkels α in einer von der Fahrzeuglängsrichtung L und einer Fahrzeughochrichtung aufgespannten Ebene sind der Sendeeinrichtung 8 bekannt, wodurch auch eine Orientierung beziehungsweise Richtung des Objektes O relativ zum Kraftfahrzeug 1 bekannt ist. Ein Winkelbereich 12 in dem Umgebungsbereich 4, welcher mittels des in unterschiedliche Abtastrichtungen orientierten Lichtstrahls 10 ausgeleuchtet wird, bildet ein Sichtfeld der Sendeeinrichtung 8. The optical detection device 3 is formed in the present case as a laser scanner and has a transmitting device 8th and a receiving device 9 on. The transmitting device 8th sends a beam of light 10 in the surrounding area 4 off and the receiving device 9 receives a part reflected on the object O. 11 of the light beam 10 , The receiving device 9 can be based on a transit time between the emission of the light beam 10 and receiving the reflected part 11 of the light beam 10 capture the distance of the object O The light beam 10 is thereby deflected successively or stepwise at different scanning angles α. This will change the surrounding area 4 by means of the light beam 10 sampled in a grid or scanned. According to 1 are shown horizontal components of the scanning angle α in a plane defined by a vehicle longitudinal direction L and a vehicle transverse direction Q horizontal plane. The horizontal component of the scanning angle α and a vertical component of the scanning angle α, not shown here, in a plane spanned by the vehicle longitudinal direction L and a vehicle vertical direction are the transmitting device 8th known, whereby also an orientation or direction of the object O relative to the motor vehicle 1 is known. An angular range 12 in the surrounding area 4 , which by means of the oriented in different directions of scanning light beam 10 is illuminated forms a field of view of the transmitting device 8th ,

2 zeigt eine Sendeeinrichtung 8‘ gemäß dem Stand der Technik. Die Sendeeinrichtung 8‘ weist eine Lichtquelle 13‘ auf, welche dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl 10 auszusenden. Außerdem weist die Sendeeinrichtung 8‘ einen Kollimator 14 auf, welcher den Lichtstrahl 10 bündelt. Der gebündelte Lichtstrahl 10 wird auf eine Ablenkeinheit 15‘ bestehend aus einem schwenkbaren Spiegel 18, welcher hier als ein Mikrospiegelaktor beziehungsweise MEMS-Spiegel ausgebildet ist, ausgesendet. Der schwenkbare Spiegel 18 dient dazu, den Lichtstrahl 10 unter der unterschiedlichen Abtastwinkeln α in den Umgebungsbereich 4 zu reflektieren. Zum Erzeugen des Sichtfeldes, welches einen besonders großen Öffnungswinkel, beispielsweise 150° aufweist, existiert ein Winkelunterschied β zwischen einer Einfallsrichtung des Lichtstrahls 10, welche hier entlang der z-Richtung orientiert ist, und der Abtastrichtung, welche hier entlang der y-Richtung orientiert ist: Der Winkel β beträgt hier beispielsweise 90°. 2 shows a transmitting device 8th' according to the prior art. The transmitting device 8th' has a light source 13 ' on, which designed it is the ray of light 10 send out. In addition, the transmitting device 8th' a collimator 14 on which the light beam 10 bundles. The bundled light beam 10 gets on a deflector 15 ' consisting of a swiveling mirror 18 , which is designed here as a micro-mirror actuator or MEMS mirror emitted. The swivel mirror 18 serves to the light beam 10 under the different scanning angles α in the surrounding area 4 to reflect. For generating the field of view, which has a particularly large aperture angle, for example 150 °, there exists an angle difference β between an incident direction of the light beam 10 , which is oriented here along the z-direction, and the scanning direction, which here is oriented along the y-direction: The angle β is here for example 90 °.

Aus der Sendeeinrichtung 8‘ gemäß dem Stand der Technik resultiert ein Ist-Sichtfeld 16‘, welches in 3 gezeigt ist. Das Ist-Sichtfeld 16‘ weist eine Ist-Form P‘ auf und ist im vorliegenden Fall fächerförmig ausgebildet. In 3 sind dabei Beleuchtungsstreifen 17 für verschiedene Sollwerte –α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3 des Abtastwinkels α gezeigt. From the transmitting device 8th' According to the prior art results in an actual field of view 16 ' which is in 3 is shown. The actual field of view 16 ' has an actual shape P 'and is fan-shaped in the present case. In 3 There are lighting strips 17 for various desired values -α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3 of the scanning angle α.

Jeder Beleuchtungsstreifen 17 charakterisiert einen Istwert –α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘ des Abtastwinkels α entspricht einer von dem Lichtstrahl 10 ausgeleuchtete Spalte auf einer Zielfläche (Target) zu einem jeweiligen Messzeitpunkt, wobei jedem Messzeitpunkt ein Sollwert –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α zugeordnet ist, entlang welchem der Lichtstrahl 10 zu diesem Messzeitpunkt ausgesendet werden soll. Idealerweise, also wenn die von der Ablenkeinheit 15‘ bereitgestellten Istwerte –α3‘ bis +α3‘ tatsächlich den Sollwerten –α3 bis +α3 entsprechen, sind die Beleuchtungsstreifen 17 senkrecht orientiert, sodass sich ein Soll-Sichtfeld 16 mit einer rechteckigen Soll-Form P (siehe 4) bildet. Jedoch ist ersichtlich, dass insbesondere die äußeren Beleuchtungsstreifen 17 bei den Abtastwinkeln –α3 und +α3, welche Ränder des Sichtfeldes 16‘ bilden, nicht senkrecht orientiert ist, sodass das fächerförmige Ist-Sichtfeld 16‘ gegenüber dem Soll-Sichtfeld 16 verzerrt ist. Mit steigendem Abtastwinkel α vergrößert sich also auch die Verzerrung des Ist-Sichtfeldes 16‘. Every lighting strip 17 characterizes an actual value -α3 ', -α2', -α1 ', α0', + α1 ', + α2', + α3 'of the scanning angle α corresponds to one of the light beam 10 illuminated column on a target area (target) at a respective measurement time, wherein each measurement time is assigned a target value -α3 to + α3 for the scanning angle α, along which the light beam 10 to be sent out at this time of measurement. Ideally, that is, if that of the deflection unit 15 ' Actual values -α3 'to + α3' actually correspond to the setpoint values -α3 to + α3 are the illumination strips 17 oriented vertically, so that a target field of view 16 with a rectangular desired shape P (see 4 ). However, it can be seen that in particular the outer lighting strips 17 at scan angles -α3 and + α3, which edges of the field of view 16 ' form, is not oriented vertically, so the fan-shaped actual field of view 16 ' opposite the nominal field of view 16 is distorted. As the scanning angle α increases, so does the distortion of the actual field of view 16 ' ,

4 ist ein Zusammenhang zwischen der Soll-Form P des Soll-Sichtfeldes 16 und der Ist-Form P‘ des Ist-Sichtfeldes 16‘ gezeigt. Dabei ist die Ist-Form P‘ des Ist-Sichtfeldes 16‘ über eine Transferfunktion TF mit der Soll-Form P des Soll-Sichtfeldes 16 gemäß der Formel P·TF = P‘ gekoppelt. Die Transferfunktion TF beschreibt dabei die Verzerrung des Ist-Sichtfeldes 16‘ bezüglich des Soll-Sichtfeldes 16 beziehungsweise die Abweichung der Istwerte –α3‘ bis +α3‘ des Abtastwinkels α von den Sollwerten –α3 bis +α3 des Abtastwinkels α, welche durch den schwenkbaren Spiegel 18 verursacht wird. 4 is a relationship between the desired shape P of the desired field of view 16 and the actual shape P 'of the actual field of view 16 ' shown. Here, the actual shape P 'of the actual field of view 16 ' via a transfer function TF with the desired form P of the desired field of view 16 according to the formula P · TF = P 'coupled. The transfer function TF describes the distortion of the actual field of view 16 ' with respect to the desired field of view 16 or the deviation of the actual values -α3 'to + α3' of the scanning angle α from the nominal values -α3 to + α3 of the scanning angle α, which is determined by the pivotable mirror 18 is caused.

Um nun das Ist-Sichtfeld 16‘ in das Soll-Sichtfeld 16 zu überführen, wird eine inverse Transferfunktion RTF bestimmt, sodass die Formel P·(TF·RTF) = P beziehungsweise P‘·RTF = P gilt. Zum Bereitstellen der inversen Transferfunktion RTF wird für die optische Erfassungsvorrichtung 3 eine Sendeeinrichtung 8 bereitgestellt, wie sie in 5 gezeigt ist. Die Sendeeinrichtung 8 weist hier neben einer Lichtquelle 13, welche beispielsweise zumindest ein Sendeelement in Form von einer Laserdiode umfasst, und neben dem Kollimator 14 eine Ablenkeinheit 15 auf, welche im vorliegenden Fall zusätzlich zu dem schwenkbaren Spiegel 18 einen Freiformspiegel 19 umfasst. Die Ablenkeinheit 15 kann aber auch ohne den Freiformspiegel 19 ausgebildet sein. Der von der Lichtquelle 13 erzeugte Lichtstrahl 10 wird zunächst auf den schwenkbaren Spiegel 18 ausgesendet, welcher den Lichtstrahl 10 auf den Freiformspiegel 19 reflektiert. Der Freiformspiegel 19 ist dazu ausgelegt, den Lichtstrahl 10 auf ein Linsenelement 20 mit einer Freiformfläche 21 zu reflektieren. Das Linsenelement 20 ist dazu ausgelegt, den Lichtstrahl 10 derart in den Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 zu transmittieren, dass sich das Soll-Sichtfeld 16 mit der Soll-Form P ergibt. Dabei weisen Oberflächenelemente 21a, 21b der Freiformfläche 21 unterschiedliche Neigungswinkel 22a, 22b beziehungsweise Neigungsrichtungen auf. Dabei ist jedem Neigungswinkel 22a, 22b ein Sollwert –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α zugeordnet, sodass das jeweilige Oberflächenelement 21a, 21b den Lichtstrahl 10 unter den zugeordneten Sollwerten –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α transmittiert und somit die Abweichung zwischen den von der Ablenkeinheit 15 erzeugten Istwerten –α3‘ bis +α3‘ des Abtastwinkels α und den Sollwerten –α3 bis +α3 des Abtastwinkels α kompensiert. Die Oberflächenelemente 21a, 21b können also eine Richtung des auf das jeweilige Oberflächenelement 21a, 21b einfallenden Lichtstrahls 10 verändern. Die Freiformfläche 21 weist die inverse Transferfunktion RTF auf. Anders ausgedrückt wird mittels der Neigungswinkel 22a, 22b der Oberflächenelemente 21a, 21b der Freiformfläche 21 des Linsenelementes 20 die inverse Transferfunktion RTF realisiert. Die Neigungswinkel 22a, 22b der Oberflächenelemente 21a, 21b werden in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels 18 und damit in Abhängigkeit von den jeweiligen bereitzustellenden Sollwerten –α3 bis +α3 des Abtastwinkels α bestimmt. Order now the actual field of view 16 ' in the desired field of view 16 is an inverse transfer function RTF is determined, so that the formula P · (TF · RTF) = P or P '· RTF = P applies. To provide the inverse transfer function RTF is for the optical detection device 3 a transmitting device 8th provided as they are in 5 is shown. The transmitting device 8th points here next to a light source 13 which comprises, for example, at least one transmitting element in the form of a laser diode, and adjacent to the collimator 14 a deflection unit 15 which, in the present case, in addition to the pivoting mirror 18 a free-form mirror 19 includes. The deflection unit 15 but also without the free-form mirror 19 be educated. The one from the light source 13 generated light beam 10 is first on the swivel mirror 18 emitted, which the light beam 10 on the freeform mirror 19 reflected. The free-form mirror 19 is designed to be the light beam 10 on a lens element 20 with a freeform surface 21 to reflect. The lens element 20 is designed to be the light beam 10 such in the surrounding area 4 of the motor vehicle 1 to transmit that the desired field of view 16 with the desired shape P results. There are surface elements 21a . 21b the freeform surface 21 different angles of inclination 22a . 22b or inclination directions. It is every angle of inclination 22a . 22b assigned a setpoint -α3 to + α3 for the scanning angle α, so that the respective surface element 21a . 21b the light beam 10 is transmitted under the assigned setpoint values -α3 to + α3 for the scanning angle α, and thus the deviation between those of the deflection unit 15 actual values -α3 'to + α3' of the scanning angle α and the set values -α3 to + α3 of the scanning angle α compensated. The surface elements 21a . 21b So can a direction of the on the respective surface element 21a . 21b incident light beam 10 change. The freeform surface 21 has the inverse transfer function RTF. In other words, by means of the inclination angle 22a . 22b the surface elements 21a . 21b the freeform surface 21 of the lens element 20 realized the inverse transfer function RTF. The tilt angle 22a . 22b the surface elements 21a . 21b be dependent on the pivoting angles of the pivoting mirror 18 and thus determined as a function of the respective setpoint values -.alpha.3 to + .alpha.3 of the scanning angle α to be provided.

Der Freiformspiegel 19, welcher hier in der Ablenkeinheit 15 vorgesehen ist, weist hier eine spiegelnde Freiformfläche 23 auf, sodass Oberflächenelemente 23a, 23b der Freiformfläche 23 unterschiedliche Neigungswinkel 24a, 24b auf. Dabei kann jedem Neigungswinkel 24a, 24b ebenfalls ein Sollwert –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α zugeordnet sein, sodass das jeweilige Oberflächenelement 23a, 23b den Lichtstrahl 10 derart auf das Linsenelement 20 reflektiert, dass eine Abweichung zwischen den von dem schwenkbaren Spiegel 18 bereitgestellten Istwerten –α3‘ bis +α3 und den Sollwerten –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α zumindest reduziert wird. Die Neigungswinkel 24a, 24b der Oberflächenelemente 23a, 23b werden ebenfalls in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels 18 und damit in Abhängigkeit von den jeweiligen bereitzustellenden Sollwerten –α3 bis +α3 des Abtastwinkels α bestimmt. The free-form mirror 19 which is here in the deflection unit 15 is provided here has a specular freeform surface 23 on, so surfacing elements 23a . 23b the freeform surface 23 different angles of inclination 24a . 24b on. It can be any angle of inclination 24a . 24b also be assigned a desired value -α3 to + α3 for the scanning angle α, so that the respective surface element 23a . 23b the light beam 10 such on the lens element 20 reflects that a deviation between that of the hinged mirror 18 provided actual values -α3 'to + α3 and the setpoint values -α3 to + α3 for the scanning angle α is at least reduced. The tilt angle 24a . 24b the surface elements 23a . 23b are also dependent on the pivoting angles of the pivoting mirror 18 and thus determined as a function of the respective setpoint values -.alpha.3 to + .alpha.3 of the scanning angle α to be provided.

In 6 ist eine Ausführungsform der als Laserscanner ausgebildeten optischen Erfassungsvorrichtung 3 gezeigt. Die optische Erfassungsvorrichtung 3 weist ein Gehäuse 25 auf, welches die Sendeeinrichtung 8 und die Empfangseinrichtung 9 umgibt. Eine im eingebauten Zustand der optischen Erfassungsvorrichtung 3 am Kraftfahrzeug 1 dem Umgebungsbereich 4 zugewandte Frontseite 26 des Gehäuses 25 ist hier durch das Linsenelement 20 mit der Freiformfläche 21 gebildet. Der Lichtstrahl 10 wird hier also von der in einem Innenraum des Gehäuses 25 angeordneten Sendeeinrichtung 8 durch die Freiformlinse 20 hindurch in den Umgebungsbereich 4 transmittiert und der in dem Umgebungsbereich 4 reflektierte Teil 11 des Lichtstrahls 10 wird aus dem Umgebungsbereich 4 zu der in dem Innenraum des Gehäuses 25 angeordneten Empfangseinrichtung 9 transmittiert. Das Gehäuse 25 weist hier in einem Seitenbereich 27 außerdem elektrische Anschlusselemente 28 sowie Befestigungselemente 29 zum Befestigen der optischen Erfassungsvorrichtung 3 am Kraftfahrzeug 1 auf. In 6 is an embodiment of the laser scanner designed as an optical detection device 3 shown. The optical detection device 3 has a housing 25 on which the transmitting device 8th and the receiving device 9 surrounds. One in the installed state of the optical detection device 3 on the motor vehicle 1 the surrounding area 4 facing front 26 of the housing 25 is here through the lens element 20 with the freeform surface 21 educated. The light beam 10 So here is of the in an interior of the housing 25 arranged transmitting device 8th through the freeform lens 20 through into the surrounding area 4 transmitted and in the surrounding area 4 reflected part 11 of the light beam 10 gets out of the surrounding area 4 to the inside of the housing 25 arranged receiving device 9 transmitted. The housing 25 points here in a page area 27 also electrical connection elements 28 as well as fasteners 29 for fixing the optical detecting device 3 on the motor vehicle 1 on.

Claims (15)

Sendeeinrichtung (8) für eine optische Erfassungsvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), welche dazu ausgelegt ist, einen Umgebungsbereich (4) des Kraftfahrzeugs (1) mittels eines Lichtstrahls (10) abzutasten, und welche eine Lichtquelle (13) zum Aussenden des Lichtstrahls (10) und eine Ablenkeinheit (15) aufweist, wobei die Ablenkeinheit (15) dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle (13) auf die Ablenkeinheit (15) ausgesendeten Lichtstrahl (10) unter unterschiedlichen Abtastwinkeln (α) abzulenken, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (8) ein Linsenelement (20) mit einer Freiformfläche (21) aufweist, wobei die Freiformfläche (21) zumindest zwei Oberflächenelemente (21a, 21b) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (22a, 22b) aufweist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl (10) zum Erzeugen eines vorbestimmten Soll-Sichtfeldes (16) der Sendeeinrichtung (8) unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln (22a, 22b) korrespondierenden Sollwerten (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für die Abtastwinkel (α) zu transmittieren. Transmitting device ( 8th ) for an optical detection device ( 3 ) of a motor vehicle ( 1 ), which is adapted to a surrounding area ( 4 ) of the motor vehicle ( 1 ) by means of a light beam ( 10 ) and which one light source ( 13 ) for emitting the light beam ( 10 ) and a deflection unit ( 15 ), wherein the deflection unit ( 15 ) is adapted to that of the light source ( 13 ) on the deflection unit ( 15 ) emitted light beam ( 10 ) at different scanning angles (α), characterized in that the transmitting device ( 8th ) a lens element ( 20 ) with a freeform surface ( 21 ), wherein the freeform surface ( 21 ) at least two surface elements ( 21a . 21b ) with different angles of inclination ( 22a . 22b ) and is adapted to the light beam ( 10 ) for generating a predetermined desired field of view ( 16 ) of the transmitting device ( 8th ) under predetermined, with the angles of inclination ( 22a . 22b ) corresponding setpoint values (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3) for the scanning angles (α). Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ebene des mittels der Sollwerte (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkeln (α) erzeugten Soll-Sichtfeldes (16) senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung (8) rechteckförmig ausgebildet ist. Transmitting device ( 8th ) according to claim 1, characterized in that a plane of the setpoint field of view (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3) generated for the scanning angle (α) ( 16 ) perpendicular to a main scanning direction of the transmitting device ( 8th ) is rectangular. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Sollwert (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) ein Oberflächenelement (21a, 21b) zum Transmittieren des Lichtstrahls (10) unter dem jeweiligen Sollwert (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) zugeordnet ist. Transmitting device ( 8th ) according to claim 1 or 2, characterized in that each target value (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3) for the scanning angle (α) a surface element ( 21a . 21b ) for transmitting the light beam ( 10 ) under the respective set value (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3) for the scanning angle (α). Sendeeinrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenelement (20) mit der Freiformfläche (21) unbeweglich in einem optischen Pfad zwischen der Ablenkeinheit (15) und dem Umgebungsbereich (4) angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, den von der Ablenkeinheit (15) unter den Istwerten (–α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘) für den Abtastwinkel (α) reflektierten Lichtstrahl (10) in den Umgebungsbereich (4) zu transmittieren und dabei unter den vorbestimmten Sollwerten (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) abzulenken. Transmitting device ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that the lens element ( 20 ) with the freeform surface ( 21 ) immovable in an optical path between the deflection unit ( 15 ) and the surrounding area ( 4 ) is arranged and adapted to the by the deflection unit ( 15 ) among the actual values (-α3 ', -α2', -α1 ', α0', + α1 ', + α2', + α3 ') for the scanning angle (α) reflected light beam ( 10 ) in the surrounding area ( 4 ) and thereby divert below the predetermined set values (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3). Sendeeinrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (15) einen schwenkbaren Spiegel (18) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle (13) auf den schwenkbaren Spiegel (18) ausgesendeten Lichtstrahl (10) unter zu Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels (18) korrespondierenden Istwerten (–α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘) für den Abtastwinkel (α) zu reflektieren, wobei das Linsenelement (20) mit der Freiformfläche (21) dazu ausgelegt ist, zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes (16) eine Abweichung zwischen dem durch den schwenkbaren Spiegel (16) bereitgestellten Istwert (–α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘) und dem Sollwert (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) zu kompensieren. Transmitting device ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection unit ( 15 ) a pivotable mirror ( 18 ), which is adapted to that of the light source ( 13 ) on the pivoting mirror ( 18 ) emitted light beam ( 10 ) under pivoting angles of the pivotable mirror ( 18 ) corresponding to actual values (-α3 ', -α2', -α1 ', α0', + α1 ', + α2', + α3 ') for the scanning angle (α), wherein the lens element ( 20 ) with the freeform surface ( 21 ) is designed to generate the desired field of view ( 16 ) a deviation between that caused by the pivotable mirror ( 16 ) and the setpoint value (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3) for the scanning angle (α). Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkel (22a, 22b) der jeweiligen Oberflächenelemente (21a, 21b) der Freiformfläche (21) des Linsenelementes (20) in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels (18) vorgegeben sind. Transmitting device ( 8th ) according to claim 5, characterized in that the inclination angle ( 22a . 22b ) of the respective surface elements ( 21a . 21b ) of the freeform surface ( 21 ) of the lens element ( 20 ) in dependence on the pivoting angles of the pivotable mirror ( 18 ) are given. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schwenkbare Spiegel (18) eine charakteristische Transferfunktion (TF) aufweist, durch welche eine Verzerrung eines durch den schwenkbaren Spiegel (18) erzeugten Ist-Sichtfeldes (16‘) bezüglich des Soll-Sichtfeldes (16) in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels (16) beschrieben ist, und Neigungswinkel (22a, 22b) der Oberflächenelemente (21a, 21b) der Freiformfläche (21) des Linsenelementes (20) derart bestimmt sind, dass die Freiformfläche (21) eine Inverse (RTF) der charakteristischen Transferfunktion aufweist. Transmitting device ( 8th ) according to claim 6, characterized in that the pivotable mirror ( 18 ) has a characteristic transfer function (TF), by which a distortion of a through the pivotable mirror ( 18 ) generated actual field of view ( 16 ' ) with respect to the desired field of view ( 16 ) in dependence on the pivoting angles of the pivotable mirror ( 16 ) and inclination angle ( 22a . 22b ) of the surface elements ( 21a . 21b ) of the freeform surface ( 21 ) of the lens element ( 20 ) are determined such that the Free-form surface ( 21 ) has an inverse (RTF) of the characteristic transfer function. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzerrung anhand von einer Abweichung von Formen (P‘, P) von Ebenen des Ist-Sichtfeldes (16‘) und des Soll-Sichtfeldes (16) senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung (8) bestimmt ist. Transmitting device ( 8th ) according to claim 7, characterized in that the distortion based on a deviation of forms (P ', P) of planes of the actual field of view ( 16 ' ) and the desired field of view ( 16 ) perpendicular to a main scanning direction of the transmitting device ( 8th ) is determined. Sendeeinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (15) zusätzlich einen Freiformspiegel (19) mit einer spiegelnden Freiformfläche (23) zum Reflektieren des von dem schwenkbaren Spiegel (18) reflektieren Lichtstrahls (10) aufweist, wobei der Freiformspiegel (19) dazu ausgelegt ist, eine Abweichung des von dem schwenkbaren Spiegel (18) erzeugten Istwertes (–α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘) von dem Sollwert (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) zumindest zu reduzieren. Transmitting device ( 8th ) according to one of claims 5 to 8, characterized in that the deflection unit ( 15 ) additionally a free-form mirror ( 19 ) with a reflective freeform surface ( 23 ) for reflecting from the pivotable mirror ( 18 ) reflect light beam ( 10 ), wherein the free-form mirror ( 19 ) is designed to compensate for a deviation of the from the pivotable mirror ( 18 ) from the setpoint value (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3) for the scanning angle (α) at least reduce. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der schwenkbare Spiegel (18) als ein Mikrospiegelaktor mit einer ebenen Oberfläche ausgebildet ist und die Freiformfläche (23) des Freiformspiegels (19) zumindest bereichsweise gewölbt ausgebildet ist. Transmitting device ( 8th ) according to claim 9, characterized in that the pivotable mirror ( 18 ) is formed as a micro-mirror actuator with a flat surface and the free-form surface ( 23 ) of the free-form mirror ( 19 ) is arched at least partially curved. Sendeeinrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13) zum Bereitstellen der Sollwerte (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) zumindest zwei separat ansteuerbare Sendeelemente aufweist. Transmitting device ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 13 ) for providing the setpoint values (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3) for the scanning angle (α) has at least two separately controllable transmitting elements. Optische Erfassungsvorrichtung (3), insbesondere Laserscanner, für ein Kraftfahrzeug (1) zum Überwachen eines Umgebungsbereiches (4) des Kraftfahrzeugs (1), mit einer Sendeeinrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Empfangseinrichtung (9), wobei die Empfangseinrichtung (9) dazu ausgelegt ist, einen an einem Objekt (O) in dem Umgebungsbereich (4) reflektierten Teil (11) des Lichtstrahls (10) zu empfangen und anhand einer Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls (10) und dem Empfangen des reflektierten Teils (11) des Lichtstrahls (10) einen Abstand des Objektes (O) zu dem Kraftfahrzeug (1) zu bestimmen. Optical detection device ( 3 ), in particular laser scanner, for a motor vehicle ( 1 ) for monitoring a surrounding area ( 4 ) of the motor vehicle ( 1 ), with a transmitting device ( 8th ) according to one of the preceding claims and a receiving device ( 9 ), wherein the receiving device ( 9 ) is adapted to one at an object (O) in the surrounding area ( 4 ) reflected part ( 11 ) of the light beam ( 10 ) and based on a time period between the emission of the light beam ( 10 ) and receiving the reflected part ( 11 ) of the light beam ( 10 ) a distance of the object (O) to the motor vehicle ( 1 ). Optische Erfassungsvorrichtung (3) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungsvorrichtung (3) ein Gehäuse (25) aufweist, welches die Sendeeinrichtung (8) und die Empfangseinrichtung (9) umgibt, wobei eine Frontseite (26) des Gehäuses (25) das Linsenelement (20) mit der Freiformfläche (21) umfasst. Optical detection device ( 3 ) according to claim 12, characterized in that the optical detection device ( 3 ) a housing ( 25 ), which the transmitting device ( 8th ) and the receiving device ( 9 ), whereby a front side ( 26 ) of the housing ( 25 ) the lens element ( 20 ) with the freeform surface ( 21 ). Kraftfahrzeug (1) mit zumindest einer optischen Erfassungsvorrichtung (3) nach Anspruch 12 oder 13. Motor vehicle ( 1 ) with at least one optical detection device ( 3 ) according to claim 12 or 13. Verfahren zum Erzeugen eines Soll-Sichtfeldes (16) für eine Sendeeinrichtung (8) einer optischen Erfassungsvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei für die Sendeeinrichtung (8) eine Lichtquelle (13) zum Aussenden des Lichtstrahls (10) und eine Ablenkeinheit (15) bereitgestellt werden, wobei mittels der Ablenkeinheit (15) ein von der Lichtquelle (13) auf die Ablenkeinheit (15) ausgesendeter Lichtstrahl (10) unter unterschiedlichen Abtastwinkeln (α) abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenelement (20) mit einer Freiformfläche (21) für die Sendeeinrichtung (8) bereitgestellt wird, wobei die Freiformfläche (21) mit zumindest zwei Oberflächenelementen (21a, 21b) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (22a, 22b) gefertigt wird und der Lichtstrahl (10) zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes (16) der Sendeeinrichtung (8) unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln (22a, 22b) korrespondierenden Sollwerten (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für die Abtastwinkel (α) transmittiert wird.Method for generating a desired field of vision ( 16 ) for a transmitting device ( 8th ) of an optical detection device ( 3 ) of a motor vehicle ( 1 ), wherein for the transmitting device ( 8th ) a light source ( 13 ) for emitting the light beam ( 10 ) and a deflection unit ( 15 ), wherein by means of the deflection unit ( 15 ) one from the light source ( 13 ) on the deflection unit ( 15 ) emitted light beam ( 10 ) is deflected at different scanning angles (α), characterized in that a lens element ( 20 ) with a freeform surface ( 21 ) for the transmitting device ( 8th ), wherein the freeform surface ( 21 ) with at least two surface elements ( 21a . 21b ) with different angles of inclination ( 22a . 22b ) and the light beam ( 10 ) for generating the desired field of view ( 16 ) of the transmitting device ( 8th ) under predetermined, with the angles of inclination ( 22a . 22b ) corresponding setpoint values (-α3, -α2, -α1, α0, + α1, + α2, + α3) for the scanning angles (α) is transmitted.
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