DE102016118485A1 - Scanning opto-electronic detection device and method of operating such a - Google Patents

Scanning opto-electronic detection device and method of operating such a

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DE102016118485A1
DE102016118485A1 DE201610118485 DE102016118485A DE102016118485A1 DE 102016118485 A1 DE102016118485 A1 DE 102016118485A1 DE 201610118485 DE201610118485 DE 201610118485 DE 102016118485 A DE102016118485 A DE 102016118485A DE 102016118485 A1 DE102016118485 A1 DE 102016118485A1
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receiving
detection device
optics
β
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DE201610118485
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Thomas Schuler
Peter Horvath
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine abtastende optoelektronische Detektionseinrichtung 3 mit einem optischen Sender 4 zum Aussenden elektromagnetischer Strahlen 7 auf einem Sendepfad 8, dessen Orientierung β schrittweise über einen Senderaktuator 17 bestimmbar ist. The invention relates to a scanning opto-electronic detection device 3 with an optical transmitter 4 for transmitting electromagnetic beams 7 on a transmission path 8, the orientation β gradually over a Senderaktuator 17 is determined. Die Detektionseinrichtung 3 weist auch einen Empfänger 5 zur Detektion von an einem Zielobjekt 12 in der Umgebung der Detektionseinrichtung 3 reflektieren Strahlen 11 auf, welcher wenigstens einen Detektor 6 und eine Empfangsoptik 22 zur Abbildung reflektierter Strahlen 11 auf den Detektor 6 umfasst und mit einer Steuereinheit 13 signalübertragend verbunden ist, The detection device 3 also includes a receiver 5 for detecting on a target object 12 in the vicinity of the detection means 3 reflect rays at 11, which comprises at least a detector 6 and a receiving optical system 22 for imaging reflected rays 11 to the detector 6 and to a control unit 13 is connected in signal communication,
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Detektionseinrichtung. The invention also relates to a method for operating such a detection device.
Um mit möglichst geringem baulichem Aufwand eine möglichst große Auflösung einer optoelektronischen Detektionseinrichtung zu erreichen ist erfindungsgemäß eine bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbare Empfangsoptik 22 vorgesehen, wobei die Steuereinheit 13 dazu ausgebildet ist, die Orientierung α eines Empfangspfades 20 über die Einstellung der Empfangsoptik 22 der Orientierung β des Sendepfads 8 nachzuführen. In order to achieve with a minimum constructional effort largest possible resolution of an optoelectronic detection device a with respect to their optical properties electrically adjustable optical receiving system 22 according to the invention provided, the control unit 13 is formed to the orientation α of a receive path 20 by setting the receiving optics 22 of the orientation to track β of the transmission path. 8

Description

  • Die Erfindung betrifft eine abtastende optoelektronische Detektionseinrichtung, insbesondere einen Laserscanner, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer abtastenden optoelektronischen Detektionseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8. The invention relates to a scanning optoelectronic detection device, in particular a laser scanner, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for operating a scanning opto-electronic detection device according to the preamble of claim 8.
  • Abtastende optoelektronische Detektionseinrichtungen werden bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs zu erfassen und entsprechende Informationen einem Fahrerassistenzsystem zur Verfügung zu stellen. Scanning optoelectronic detection devices are used in motor vehicles in order to gather information about the environment of the motor vehicle, and to provide relevant information to a driver assistance system. Fahrerassistenzsysteme sind elektronische Zusatzeinrichtungen zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten Fahrsituationen. Driver assistance systems are electronic auxiliary devices for assisting the driver in certain driving situations. Unter der Bezeichnung LIDAR („Light Detection and ranging“) sind licht-basierte Systeme bekannt, welche die Erkennung von Objekten in einer relativ großen Reichweite bis etwa 200 m vom Fahrzeug mit hoher Messgenauigkeit ermitteln können. Under the name LIDAR ( "light detection and ranging") are known light-based systems that can determine with high accuracy for detection of objects in a relatively large range of up to about 200 m from the vehicle. LIDAR-Systeme dienen beispielsweise der optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung. LIDAR systems are used, for example, the optical distance and speed measurement.
  • Die Detektionseinrichtung, beispielsweise ein Laserscanner, wird beispielsweise im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs platziert, um Objekte im Bereich vor dem Kraftfahrzeug zu detektieren. The detection device, for example a laser scanner is placed, for example, in the front region of the motor vehicle, to detect objects in the area in front of the motor vehicle. Auf diese Weise kann unter anderem die Zeit bis zum Aufprall ermittelt werden. In this way the time can be determined to impact among others.
  • Optoelektronische Detektionseinrichtungen wie Laserscanner arbeiten nach dem Lichtlaufzeitprinzip, wobei elektromagnetische Strahlen (Laserpulse) ausgesendet werden und die von einem Zielobjekt in der Umgebung des Kraftfahrzeugs reflektierten Strahlen detektiert werden. Optoelectronic detection devices such as laser scanners operate on the light transit time principle, in which electromagnetic rays (laser pulses) are emitted and the light reflected from a target object in the surroundings of the motor vehicle beams are detected. Bekannte Detektionseinrichtungen weisen eine Sende- und Empfangskombination auf, welche einen optischen Sender zum Aussenden elektromagnetischer Strahlen auf einem Sendepfad und einen Empfänger mit optoelektronischen Detektoren zur Detektion von an einem Zielobjekt in der Umgebung der Detektionseinrichtung reflektierten Strahlen aufweist. Known detection means comprise a transmitter and receiver combination, comprising an optical transmitter for transmitting electromagnetic radiation to a transmit path and a receiver with opto-electronic detectors for the detection of on a target object in the vicinity of the detection means reflected beams. Das Sichtfeld der Detektionseinrichtung wird durch Verstellung eines Senderaktuators und damit einhergehender Veränderung der Orientierung des Sendepfads schrittweise abgetastet. The field of view of the detection device is scanned step by step by adjusting a Senderaktuators and concomitant change in the orientation of the transmission path. Dabei wird pro Abtastwinkel ein Laserimpuls ausgesendet, wobei Echos im Empfangssignal auf Reflektionen der ausgesendeten Strahlen an Zielobjekten der Umgebung zurückzuführen sind. Here, a laser pulse is emitted per scan, where echoes are due to targets of interest in the received signal to reflections of the emitted radiation. Die Laufzeit zwischen dem Aussenden und dem Empfangen des Echos ist proportional zur Distanz zum Objekt. The transit time between the transmission and reception of the echoes is proportional to the distance to the object. Aus der Lichtlaufzeitmessung wird die Entfernung für den jeweiligen Winkelschritt ermittelt. the distance for each angle step is calculated from the time of flight measurement.
  • DE 10 2010 047 984 A1 DE 10 2010 047 984 A1 offenbart einen derartigen Laserscanner mit einer Sende- und Empfangskombination, wobei zur schrittweisen Veränderung der Orientierung des Senderpfads eine drehbare Umlenkspiegelanordnung vorgesehen ist. discloses such a laser scanner with a transmitter and receiver combination being provided for the progressive change in the orientation of the transmitter path of a rotatable deflecting mirror. Die Umlenkspiegelanordnung umfasst einen den Sender zugeordneten Sendespiegel, welcher die ausgesendeten Strahlen entsprechend der Winkelstellung auf die zu vermessende Szene umlenkt. The deflecting mirror arrangement comprises a transmitter associated transmitting mirror, which deflects the rays emitted by the angular position to be measured scene. Dem Empfänger ist ein Empfangsspiegel zugeordnet, welcher die von Zielobjekten reflektieren Strahlen über eine als Parabolspiegel ausgebildete Empfangsoptik auf den optoelektronischen Detektor umlenkt. The receiver is associated with a receiving mirror which reflect the rays of target objects deflects through an opening formed as a parabolic mirror receiving optics on the optoelectronic detector. Der Sendespiegel und der Empfangsspiegel sind bei dem bekannten Laserscanner von einer Antriebseinheit um eine gemeinsame Rotationsache drehbar. The transmission level and the reception levels are rotatable in the known laser scanner by a drive unit about a common rotational thing.
  • Bei den bekannten Detektionseinrichtungen müssen der optische Sender und der Empfänger genau aufeinander abgestimmt werden, wobei die dazu erforderliche Justierung aufwendig ist. In the known detecting means, the optical transmitter and the receiver have to be accurately matched, the required for this adjustment is complicated. Zudem ist eine Justierung notwendig, um die Bauteiltoleranzen insbesondere der optischen, aber auch der elektronischen und/oder optischen Bauelemente wie Dioden und Leiterplatten usw. auszugleichen. In addition, an adjustment is necessary to compensate for the component tolerances in particular the optical as well as electronic and / or optical components such as diodes and circuit boards, etc.. Bei der Montage der bekannten Detektionseinrichtung muss daher erheblicher Bauraum zur Ermöglichung der im Rahmen der Justierung erforderlichen Manipulationen an den beteiligten Bauteilen vorgehalten werden. When mounting the known detection device therefore considerable space to allow for the necessary adjustment during the manipulation of the components involved must be maintained. Der Aufwand zur Justierung wird zudem noch dadurch erhöht, dass für die in der Regel gewünschten hohen örtlichen Auflösungen der Detektionseinrichtung eine hohe Anzahl von Detektoren vorgesehen werden müssen, welche jeweils unter Berücksichtigung der eingesetzten optischen Elemente sowie in Abstimmung mit dem optischen Sender justiert werden müssen. The outlay for the adjustment is also increased by the fact that a high number must be provided from detectors for the desired typically high local resolution of the detection device which have to be adjusted in each case taking into account the optical elements employed and in coordination with the optical transmitter.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde mit möglichst geringem baulichem Aufwand eine möglichst große Auflösung einer optoelektronischen Detektionseirichtung zu erreichen. The object of the invention is based to achieve with a minimum of structural complexity the highest possible resolution of an optoelectronic detection Eirich Tung.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optoelektronische Detektionseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by an opto-electronic detection device having the features of claim 1. Die Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zum Betrieb einer abtastenden optoelektronischen Detektionseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. The object is also achieved by a method for operating a scanning opto-electronic detection device having the features of claim 8.
  • Die Erfindung sieht eine bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbare Empfangsoptik vor. The invention provides a regard to their optical properties electrically adjustable receiving optics. Erfindungsgemäß wird die Orientierung eines Empfangspfades des Empfängers über die elektrisch einstellbare Empfangsoptik bestimmt und der Orientierung des Sendpfades nachgeführt. According to the invention the orientation of a receive path of the receiver via the electrically adjustable optical receiving system is determined, and track the orientation of the send path. Unter dem Empfangspfad ist dabei der analog dem Begriff des Sendepfades die Richtung zu verstehen, aus welcher reflektierte Strahlen vom Detektor erfasst werden. Under the receive path is analogous to understand the concept of the transmission path, the direction, from which reflected beams detected by the detector.
  • Neben dem Sendeaktuator zur Einstellung des Sendepfades steht mit der einstellbaren Empfangsoptik ein steuerbarer Empfangsaktuator zur Verfügung, das heißt ein Stellelement, welches elektrische Signale in eine Umlenkung des Empfangspfads durch mechanische Bewegung oder Änderung optischer Umlenkeigenschaften umsetzt. In addition to the Sendeaktuator for adjusting the transmit path associated with the adjustable receiving optics a controllable Empfangsaktuator available, i.e. an actuating element which converts electrical signals in a reversal of the receive path by mechanical movement or change of optical Umlenkeigenschaften. Die einstellbare Empfangsoptik, das heißt der Empfängeraktuator zur Einstellung der Orientierung des Empfangspfads, ermöglicht die Erfassung eines weiten Sichtfelds mit wenigen Detektoren, indem unterschiedlich gegenüber der Detektionseinrichtung orientierte Bereiche des Umfelds durch Verstellung des Empfangspfads sukzessive erfasst werden. The adjustable receiving optics, i.e. the Empfängeraktuator for adjusting the orientation of the receive path, enables detection of a wide field of view with a few detectors by means different from the detection-oriented areas of the environment are recorded successively by adjusting the receive path. Zur Abstimmung der Orientierung des Empfangspfades und der Orientierung des Sendepfades ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche signalübertragend mit der Empfangsoptik verbunden ist. For tuning the orientation of the receive path and the orientation of the transmission path, a control unit is provided which is connected in signal communication with the optical receiving system.
  • Nach der Erfindung wird das gesamte Sichtfeld der Detektionseinrichtung, beziehungsweise des Laserscanners, schrittweise gescannt, wobei nicht nur die ausgesendeten elektromagnetischen Strahlen auf dem Sendepfad in Abtastwinkeln schrittweise ausgesendet werden, sondern auch durch einen Wechsel der Orientierung des Empfangspfades mittels des Empfängeraktuators, das heißt über die nachführende Verstellung der Empfangsoptik, schrittweise gemessen wird. According to the invention the entire field of view of the detection device, or of the laser scanner is scanned step by step, whereby not only the emitted electromagnetic radiation are emitted gradually to the transmission path in scan angles, but also by changing the orientation of the receive path by means of the Empfängeraktuators, that is, on the -tracking adjustment of the receiving optical system is measured in stages. Auf diese Weise kann mit einer geringen Anzahl von Detektoren in dem jeweils betrachteten Bereich entsprechend der Einstellung der Empfangsoptik lokal mit einer Art Fernrohr-Effekt eine hohe Auflösung erreicht werden. In this way, with a kind of telescope effect a high resolution can be achieved with a small number of detectors in which each subject region corresponding to the setting the receiving optics locally. Dadurch ergeben sich auch verbesserte Signal-Rausch-Verhältnisse, da nicht der gesamte Störlichteinfluss im gesamten Sichtfeld Einfluss nehmen kann, sondern ausschließlich in einem lokalen Bereich entsprechend der Einstellung des Empfängeraktuators und des Senderaktuators gemessen wird. This results also improved signal-to-noise ratios, since it can not accept the entire Störlichteinfluss in the entire field of view influence, but is measured only in a local area according to the setting of the Empfängeraktuators and Senderaktuators.
  • Mit einer präzisen Einstellbarkeit und Abstimmung des Empfangspfades und des Sendepfades ist es sogar möglich, mit einem einzelnen optoelektronischen Detektor das Sichtfeld sukzessive abzutasten und Detektionsergebnisse bereitzustellen. With a precise adjustability and tuning of the receive path and the transmit path, it is even possible to scan the field of view successively with a single optoelectronic detector and provide detection results.
  • Als vorteilhafte Ausführungsform einer elektrisch einstellbaren Optik haben sich Flüssiglinsen herausgestellt, deren Brennweite elektrisch variierbar und präzise einstellbar ist. As an advantageous embodiment of an electrically adjustable optics, liquid lenses have been found, whose focal length is varied electrically and precisely adjustable. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen werden Formgedächtnislegierungen verwendet oder alternativ oder zusätzlich Piezosteuerungen oder Flüssiglinsen mit Piezosteuerung. In further advantageous embodiments, shape memory alloys are used or alternatively or additionally piezo controllers or liquid lenses with piezoelectric control.
  • Vorteilhaft wird die Einstellung des Senderaktuators bezüglich der Orientierung des Sendepfades und die Einstellung der Empfangsoptik bezüglich der Orientierung des Empfangspfades synchronisiert. the setting of the Senderaktuators respect to the orientation of the transmission path and the setting of the receiving optical system is advantageously synchronized with respect to the orientation of the receive path. Dabei werden Empfängeraktuator und Senderaktuator einander nachgeführt, sodass der vom optischen Sender beleuchtete Bereich des Sichtfelds auch vom Empfänger, beziehungsweise dessen optoelektronischen Detektoren, erfasst ist. Here Empfängeraktuator and Senderaktuator be tracked each other, so that the area illuminated by the optical transmitter portion of the field of view and from the receiver, or its opto-electronic detectors, is detected.
  • Die elektrische Ansteuerung der Empfangsoptik, beziehungsweise die jeweiligen elektrischen Signale, werden von einer Steuereinheit ermittelt, welche die Einstellung des Empfängeraktuators relativ zum Senderaktuator abstimmt und synchronisiert. The electrical control of the receiving optical system, or the respective electrical signals are detected by a control unit, which adjusts the setting of the Empfängeraktuators relative to Senderaktuator and synchronized.
  • Die elektrisch einstellbare Empfangsoptik ist dabei fokussierbar ausgebildet, wodurch Unschärfen beziehungsweise Varianz am Detektor aufgrund von Umwelteinflüssen oder betriebsbedingten Temperaturänderungen am Detektor entgegen gewirkt wird. The electrically adjustable receiving optics are formed focusable, thereby blurring or variance on the detector will be cast due to environmental or operational changes to the temperature detector against. Der Fokus der Empfangsoptik, das heißt der Brennpunkt, kann durch Anpassung der Steuersignale für die Empfangsoptik stets optimal eingestellt werden. The focus of the receiving optical system, that is the focal point can be optimally adjusted by adjusting the control signals for the receiving optics.
  • In der Ausführungsform der Erfindung mit einer elektrisch einstellbaren Sendeoptik wird über Einstellung des jeweiligen Brennpunkts der Optiken die Abstimmung des Sendepfades mit dem Empfangspfads verbessert. In the embodiment of the invention with an electrically adjustable transmitting optical system, the tuning of the transmit path is improved with the receive path through setting of the respective focal point of the optics.
  • Bevorzugt ist die Empfangsoptik als elektrisch betätigbarer Autofokusaktuator ausgebildet. Preferably, the receiving optical system is designed as an electrically actuable autofocus actuator. Die Empfangsoptik bzw. der Empfängeraktuator umfasst dabei eine Technik zur automatischen Anpassung des Brennpunkts oder wenigstens der Brennweite. The receiving optics or of the Empfängeraktuator encompasses a technique for the automatic adjustment of the focal point or at least the focal length. Bevorzugt werden Autofokusaktuatoren mit Formgedächtnislegierungen verwendet. Auto-focus actuators are preferably used with shape memory alloys. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen werden piezobetriebene Autofokusse oder Flüssiglinsen mit Piezosteuerung eingesetzt oder die Autofokusfunktion über die Ansteuerung der Flüssiglinsen realisiert. In further advantageous embodiments of piezo-operated Autofokusse or liquid lenses are used with piezoelectric control or realize the autofocus function on the control of the liquid lens.
  • Eine Segmentierung beziehungsweise Rasterung mit bedarfsweisen Rastergrößen ist möglich durch Betrieb des Senderaktuators und des Empfängeraktuators mit unterschiedlichen Schrittweisen. A segmentation or screening with-demand grid sizes is possible by operating the Senderaktuators and Empfängeraktuators with different Stepwise. Der Beleuchtung des Sichtfelds durch Ansteuerung des Senderaktuators wird dabei eine andere Charakteristik gegeben als der Ansteuerung des betrachteten Sichtfeldbereichs über dem Empfängeraktuator. The illumination of the field of view by controlling the Senderaktuators shall be given to a different characteristic than the control of the observed visual field area above the Empfängeraktuator. Beispielsweise kann der optische Sender pro Messzyklus um einen Abtastwinkel von 0,1° bewegt werden, während der über den Empfängeraktuator abgestimmte Empfänger nur bei jedem vierten Zyklus um 0,4° nachgeführt ist. For example, the optical transmitter per measuring cycle can be moved by a scan angle of 0.1 °, while the on the Empfängeraktuator tuned receiver is tracked only on every fourth cycle by 0.4 °.
  • Eine Justage des optischen Senders mit dem Empfänger ist in der Regel nicht erforderlich, wenn Datensätze zu Einstellungen des Empfangsaktuators und des Senderaktuators bezüglich Orientierung und der entsprechende Fokusse ermittelt und abgespeichert und somit für spätere Ansteuerungen des Empfängeraktuators, insbesondere der Empfangsoptik, bereitgehalten werden. An adjustment of the optical transmitter to the receiver is not usually necessary, when records to settings of the Empfangsaktuators and Senderaktuators determined relative orientation and the corresponding foci and stored, and thus for subsequent actuations of Empfängeraktuators, in particular of the receiving optics, held ready.
  • Der Senderaktuator ist ein einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein rotierende Umlenkspiegelanordnung, welche Sendelichtstrahlen auf entsprechend dem Sendepfad der aktuellen Spiegelstellung in die Umgebung des Laserscanners abgibt. The Senderaktuator is a one embodiment of the invention, a rotating deflecting mirror, which emits transmitted light beams in accordance with the transmission path of the current mirror position in the vicinity of the laser scanner. Entsprechend der Bewegung der Umlenkspiegelanordnung und der damit einhergehenden Verstellung des Sendepfades wird die Empfangsoptik eingestellt und der Empfangspfad nachgeführt. According to the movement of the deflecting mirror and the associated adjustment of the transmission path, the receiving optical system is set and the reception path tracked. Die Sendeoptik des Senderaktuators umfasst – entsprechend der Leistungscharakteristik des optischen Senders – Glaslinsen bei hohen Sendeleistungen. The transmission optics of the Senderaktuators comprises - according to the performance characteristics of the optical transmitter - glass lenses at high transmit powers. Bei geringen Sendeleistungen können auch Kunststofflinsen verwendet werden. At low transmission powers, plastic lenses can be used. Durch die aufeinander abgestimmte Einstellung des Sendepfades und des Empfangspfades lässt sich die Anzahl der Detektoren auf ein Minimum reduzieren, entsprechend dem tatsächlichen Bedarf, beziehungsweise der gewünschten Auflösung im konkreten Anwendungsfall. Due to the coordinated adjustment of the transmit path and the receive path, the number of the detectors according to the actual needs, or the resolution desired in the specific application can be reduced to a minimum.
  • In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung umfasst der Senderaktuator eine Sendeoptik, welche ähnlich der erfindungsgemäßen Empfangsoptik bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbar ist. In a preferred embodiment of the invention, the Senderaktuator comprises a transmitting optical system, which is similar to the optical receiving system according to the invention with respect to their optical properties electrically adjustable. Die Orientierung des Sendepfades wird dabei über die elektrische Ansteuerung der Sendeoptik eingestellt. The orientation of the transmission path is adjusted via the electrical control of the transmitter optics.
  • In an sich bekannten Autofokusaktuatoren sind zum Teil Gyrometer integriert, welche bei der erfindungsgemäßen Verwendung solcher Autofokusaktuatoren zur Ausregelung von Einflüssen des Beladungszustandes des Kraftfahrzeugs oder bei der Datenverarbeitung der Empfangsdaten berücksichtigt werden können. In known per se autofocus actuators gyro are integrated part which can be included in the present invention using such auto-focus actuators for the compensation of influences of the load state of the motor vehicle or in the data processing of the received data.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. Es zeigen: Show it:
  • 1 1 : eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Detektionseinrichtung, Is a plan view of a motor vehicle with an embodiment of an optoelectronic detection device,
  • 2 2 : eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Detektionseinrichtung. Is a schematic representation of an embodiment of an optoelectronic detection device.
  • 1 1 zeigt eine Draufsicht eines Kraftfahrzeugs shows a plan view of a motor vehicle 1 1 , in dessen Frontbereich In whose front area 2 2 eine optoelektronische Detektionseinrichtung an optoelectronic detection device 3 3 zur Überwachung des Umfelds des Kraftfahrzeugs for monitoring the environment of the motor vehicle 1 1 angeordnet ist. is arranged. Die Detektionseinrichtung The detection device 3 3 ist als Laserscanner ausgebildet und weist eine Sende- und Empfangskombination mit einem optischen Sender is designed as a laser scanner, and has a transmitting and receiving combination with an optical transmitter 4 4 und einem Empfänger and a receiver 5 5 mit optoelektronischen Detektoren (Bezugszeichen with optoelectronic detectors (reference numeral 6 6 in in 2 2 ) auf. ) on. Der optische Sender The optical transmitter 4 4 sendet elektromagnetische Strahlen transmits electromagnetic radiation 7 7 , nämlich Laserpulse, auf einem Sendepfad , Namely laser pulses to a transmit path 8 8th in die Umgebung des Kraftfahrzeugs in the surroundings of the motor vehicle 1 1 aus. out. Der optische Sender The optical transmitter 4 4 ist dazu ausgebildet, die Orientierung des Sendepfads is adapted to the orientation of the transmission path 8 8th in Winkelschritten zu verändern, so dass ein gesamtes Sichtfeld change in angular steps so that an entire field of view 9 9 der Detektionseinrichtung the detection device 3 3 schrittweise beleuchtet wird. is gradually illuminated.
  • Der Empfänger Recipient 5 5 weist wenigstens einen optoelektronischen Detektor has at least one opto-electronic detector 6 6 auf, beispielsweise Avalanche-Photodioden, welche zur Erzeugung und Bereitstellung eines elektrischen Empfangssignals on, for example, avalanche photodiodes, which for generating and providing an electrical received signal 10 10 in Abhängigkeit der empfangenen Strahlen in dependence of the received beams 11 11 ausgebildet ist. is trained. Wird an einem Objekt Is to an object 12 12 im Sichtfeld in view 9 9 ein Lichtstrahl reflektiert, so detektiert der Empfänger a light beam reflected to the receiver detects 5 5 den reflektierten Lichtstrahl the reflected light beam 11 11 . , Das entsprechende elektrische Empfangssignal The corresponding electrical receive signal 10 10 wird einer Steuereinheit is a control unit 13 13 – gegebenenfalls nach Zwischenschaltung einer Verstärkung – eingegeben. - optionally after interposition of a reinforcing - entered. Aus einer Messung der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls From a measurement of the transit time between the transmission of the light beam 7 7 und dem Empfangen des Echos gemäß dem reflektierten Lichtstrahl and the receiving of the echo in accordance with the reflected light beam 11 11 ermittelt die Steuereinheit the control unit determines 12 12 die Distanz zum Objekt. the distance to the object. Aus der Lichtlaufzeitmessung wird die Entfernung für den jeweiligen Winkelschritt entsprechend der Orientierung des Sendepfads The distance for each angular step corresponding to the orientation of the transmission path is calculated from the transit time measurement 8 8th ermittelt. determined.
  • Das Kraftfahrzeug The car 1 1 weist in weiteren Ausführungsbeispielen weitere Detektionseinrichtungen has, in other embodiments, other detection devices 3 3 auf, beispielsweise an den Seiten on, for example, on the sides 14 14 , . 15 15 oder im Heckbereich or at the rear 16 16 . ,
  • 2 2 zeigt eine schematische Darstellung der Detektionseinrichtung shows a schematic representation of the detection device 3 3 mit einem optischen Sender with an optical transmitter 4 4 und einem Empfänger and a receiver 5 5 zum Empfang an einem Objekt for receiving on an object 12 12 reflektierten Strahlen reflected rays 11 11 und Bereitstellung eines dem reflektierten Strahl and providing a the reflected beam 11 11 qualitativ entsprechenden elektrischen Empfangssignals qualitatively corresponding electrical reception signal 10 10 . , Der optische Sender The optical transmitter 4 4 umfasst einen Senderaktuator includes a Senderaktuator 17 17 , mit Hilfe dessen die Orientierung β des Sendepfads By means of which the orientation β of the transmission path 8 8th schrittweise verstellbar ist, um sukzessive das Sichtfeld is incrementally adjustable to the field of view successively 9 9 auszuleuchten ( illuminate ( 1 1 ). ). Dem optischen Sender The optical transmitter 4 4 mit seinem Senderaktuator with his Senderaktuator 17 17 ist eine bestückte Leiterplatte is a populated printed circuit board 18 18 zugeordnet zur Steuerung der elektrischen Bauelemente. assigned to control the electrical components.
  • Der Empfänger Recipient 5 5 weist eine bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbare Empfangsoptik has a with respect to their optical properties electrically adjustable receiving optics 22 22 aufweist, welche die auf dem Empfangspfad comprises that on the receive path 20 20 einfallenden Strahlen incident rays 11 11 auf den mindestens einen Detektor on the at least one detector 6 6 lenken. to steer. Der Empfangspfad The receive path 20 20 definiert dabei den Bereich, innerhalb dem der Empfänger reflektierte Strahlen detektieren kann. defines the range within which the receiver can detect reflected radiation. Über die Veränderung der optischen Eigenschaften, nämlich des Brechungseigenschaft, wird die Orientierung α des Empfangspfades About the change in optical properties, namely the refractive property, the orientation α of the reception path is 20 20 nach Bedarf bestimmt und mit den zur Verfügung stehenden Detektoren determined as needed and the available detectors 6 6 ein dem aktuellen Empfangspfad a receive path to the current 20 20 entsprechender Bereich des Sichtfelds corresponding area of ​​field of view 9 9 ( ( 1 1 ) betrachtet. ) Is considered. Die elektrisch einstellbare Empfangsoptik The electrically adjustable receiving optics 22 22 bildet einen von der Steuereinheit forms one of the control unit 12 12 über elektrische Signale via electrical signals 23 23 ansteuerbaren Empfängeraktuator controllable Empfängeraktuator 19 19 , also ein Stellglied zur Variation des jeweils detektierten Sektors des Sichtfelds Thus, an actuator for varying the respective detected sector of the field of view 9 9 ( ( 1 1 ). ). Die Steuereinheit The control unit 13 13 ist dazu ausgebildet, die Orientierung α eines Empfangspfades is adapted to the orientation α of a receive path 20 20 über die Einstellung der Empfangsoptik by adjusting the receiving optics 22 22 der Orientierung β des Sendepfads the orientation β of the transmission path 8 8th nachzuführen. to track.
  • Die Empfangsoptik The receiving optics 22 22 umfasst in bevorzugten Ausführungsbeispielen eine elektrisch ansteuerbare Flüssiglinse. in preferred embodiments, comprises an electrically controllable liquid lens.
  • Die Steuereinheit The control unit 13 13 ist auch dazu ausgebildet, die Einstellung des Senderaktuators is also adapted to the adjustment of the Senderaktuators 17 17 bezüglich der Orientierung β des Sendepfads with respect to the orientation β of the transmission path 8 8th und die Einstellung des Empfängeraktuators and the setting of the Empfängeraktuators 19 19 bezüglich der Orientierung αdes Empfangspfades with respect to the orientation αdes receive path 20 20 zu synchronisieren. to synchronize. Durch Einstellung des Senderaktuators By adjusting the Senderaktuators 17 17 und damit koordinierte Einstellung des Empfängeraktuators and thus co-ordinated adjustment of Empfängeraktuators 19 19 wird der Empfangspfad is the receive path 20 20 im Betrieb der Detektionseinrichtung during operation of the detection device 3 3 stets auf den im aktuell gemäß der Orientierung β des Sendepfads up to the currently according to the orientation β of the transmission path 8 8th beleuchteten Bereich ausgerichtet. illuminated region aligned. Anders ausgedrückt verändert die Steuereinheit In other words, changed the control unit 13 13 zum Scannen des gesamten Sichtfelds schrittweise die Einstellungen des Empfängeraktuators to scan the whole field of vision gradually settings Empfängeraktuators 19 19 und führt die Orientierung α des Empfangspfads and performs the orientation α of the receive path 20 20 der aktuellen Orientierung β des Sendepfads the current orientation β of the transmission path 8 8th des Senderaktuators the Senderaktuators 17 17 nach. after. Über ein entsprechendes elektrisches Signal Via a corresponding electrical signal 23 23 zwingt die Steuereinheit forces the control unit 13 13 die Empfangsoptik the receiving optics 22 22 in einen Status mit den gewünschten optischen Eigenschaften. in a state having the desired optical properties.
  • Die geometrischen Ausrichtungen von Empfängeraktuator The geometric orientations of Empfängeraktuator 19 19 und Senderaktuator and Senderaktuator 17 17 zueinander sind unabhängig von der elektrisch einstellbaren Optik aneinander gekoppelt und auf einander abgestimmt, was in are coupled regardless of the electrically adjustable optical system to one another and tuned to each other, which in 2 2 durch eine Koppelung by coupling 21 21 repräsentiert ist. is represented. Die Koppelung the coupling 21 21 erfolgt elektromechanisch oder piezoelektrisch oder auch in weiteren Ausführungsformen hydraulisch oder über Softwarelösungen. takes place electromechanically or piezoelectrically, or in other embodiments hydraulic or software solutions. Innerhalb der über die Koppelung Within the on the coupling 21 21 eingestellten Ausrichtung wird über die elektrisch einstellbare Empfangsoptik set alignment is through the electrically adjustable receiving optics 22 22 ein über die Empfangsoptik erfassbarer Teilsektor nachgeführt. a detectable via the receiving optical sub-sector tracked.
  • Die elektrisch ansteuerbare Empfangsoptik The electrically controllable optical receiving system 22 22 ist fokussierbar, das heißt bezüglich des Brennpunkts einstellbar. be focused, that is, relative to the focus adjustable. Der Fokus The focus 24 24 wird dabei über die elektrische Ansteuerung der Empfangsoptik is doing on the electrical activation of the receiver optics 22 22 auf den gewünschten Detektionsbereich eingestellt. adjusted to the desired detection range. Beispielsweise wird der Fokus For example, the focus is 24 24 der Empfangsoptik the receiving optics 22 22 zur Justierung der Kombination aus Sender for adjusting the combination of transmitter 4 4 und Empfänger and receiver 5 5 auf ein Referenzziel eingestellt. set to a reference target. Durch die geeignete Einstellung des Fokus By suitably adjusting the focus 24 24 kann in jeder Messsituation, das heißt Orientierung, des Empfangspfads can be in any measuring situation, i.e. orientation, of the receive path 20 20 eine genaue Detektionsinformation über das Empfangssignal an accurate detection information about the received signal 10 10 bereitgestellt werden. to be provided. Die Einstellbarkeit des Fokus The adjustability of the focus 24 24 verringert Unschärfe und Varianz aufgrund äußerer Umwelteinflüsse, insbesondere Temperatureinfluss. reduces blur and variance due to external environmental influences, in particular temperature control. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die die Empfangsoptik In the illustrated embodiment, the receiving optical system is the 22 22 als elektrisch betätigbarer Autofokusaktuator ausgebildet. designed as an electrically actuable autofocus actuator. Vorzugsweise werden Autofokusaktuatoren mit Formgedächtnislegierungen verwendet. Preferably autofocus actuators are used with shape memory alloys. In weiteren Ausführungsbeispielen werden die Flüssiglinsen – gegebenenfalls mit piezoelektrischer Steuerung – als Autofokus oder piezobetriebene Autofokusse verwendet. In other embodiments, the liquid lens can be - optionally substituted with piezoelectric control - used as an auto focus or piezo-operated Autofokusse.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der optische Sender In one embodiment of the invention, the optical transmitter 4 4 eine rotierende Umlenkspiegelanordnung auf, welche die Orientierung β des Sendepfads a rotating deflecting mirror in which the orientation β of the transmission path 8 8th schrittweise ändert, wobei sukzessiv Laserpulse in unterschiedlichen Winkelstellungen der Umlenkspiegelanordnung abgegeben werden. gradually changes, whereby successive laser pulses are emitted in different angular positions of the deflecting mirror. In dem in Where in 2 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch dem Senderaktuator Embodiment illustrated is also the Senderaktuator 17 17 eine Sendeoptik an optical transmission unit 27 27 zugeordnet, deren optische Eigenschaften elektrisch einstellbar sind. assigned whose optical properties are electrically adjustable. Ähnlich der Empfangsoptik Similar to the receiving optics 22 22 werden die optischen Eigenschaften der Sendeoptik the optical properties of the optical transmitting system 27 27 über ein elektrisches Signal von der Steuereinheit via an electrical signal from the control unit 13 13 eingestellt. set. Die Sendeoptik The transmission optics 27 27 bildet so das Stellglied zur Veränderung der Orientierung β des Sendepfades thus forms the actuator for changing the orientation β of the transmission path 8 8th . , In vorteilhaften Ausführungsbeispielen wird die elektrisch einstellbare Sendeoptik In advantageous embodiments, the electrically adjustable transmitting optical system is 27 27 auch bezüglich ihres Fokus also in terms of their focus 28 28 von der Steuereinheit by the controller 13 13 eingestellt. set. Die Steuereinheit The control unit 13 13 stimmt dabei den Fokus right here the focus 24 24 der Empfangsoptik the receiving optics 22 22 mit dem Fokus with the focus 28 28 der Sendeoptik the transmission optics 27 27 ab. from.
  • Die Steuereinheit The control unit 13 13 hat Zugriff auf einen Speicher has access to a memory 26 26 , in dem im Voraus ermittelte Datensätze In which determined in advance records 25 25 zur Einstellungen des Empfängeraktuators the settings of the Empfängeraktuators 19 19 und des Senderaktuators and Senderaktuators 17 17 bezüglich der Orientierung und der jeweils zugeordneten Fokusse with respect to the orientation and the respectively associated foci 24 24 , . 28 28 abgespeichert sind (look-up-table). are stored (look-up-table). Durch die Ermittlung geeigneter Datensätze, welche im Rahmen der Montage des Laserscanners durchgeführt werden können, kann auf eine mechanische Justierung des optischen Senders By determining suitable data sets which can be performed during assembly of the laser scanner can be applied to a mechanical adjustment of the optical transmitter 4 4 mit dem Empfänger to the receiver 5 5 verzichtet werden. be omitted.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Kraftfahrzeug motor vehicle
    2 2
    Frontbereich front area
    3 3
    Detektionseinrichtung detection device
    4 4
    Optischer Sender An optical transmitter
    5 5
    Empfänger receiver
    6 6
    Detektor detector
    7 7
    Gesendeter Strahl transmitted beam
    8 8th
    Sendepfad transmission path
    9 9
    Sichtfeld field of view
    10 10
    Empfangssignal receive signal
    11 11
    Reflektierter Strahl reflected ray
    12 12
    Objekt object
    13 13
    Steuereinheit control unit
    14 14
    Seite page
    15 15
    Seite page
    16 16
    Heckbereich rear area
    17 17
    Senderaktuator Senderaktuator
    18 18
    Leiterplatte circuit board
    19 19
    Empfängeraktuator Empfängeraktuator
    20 20
    Empfangspfad receive path
    21 21
    Koppelung coupling
    22 22
    Empfangsoptik receiving optics
    23 23
    Signal signal
    24 24
    Fokus (Empfangsoptik) Focus (receiving optics)
    25 25
    Datensatz record
    26 26
    Speicher Storage
    27 27
    Sendeoptik transmission optics
    28 28
    Fokus (Sendeoptik) Focus (transmitter optics)
    α α
    Orientierung Empfangspfad Orientation receive path
    β β
    Orientierung Sendepfad Orientation transmit path
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
    • DE 102010047984 A1 [0005] DE 102010047984 A1 [0005]

Claims (13)

  1. Abtastende optoelektronische Detektionseinrichtung mit einem optischen Sender ( Scanning opto-electronic detection device having an optical transmitter ( 4 4 ) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlen ( ) (For transmitting electromagnetic radiation 7 7 ) auf einem Sendepfad ( ) (On a transmission path 8 8th ), dessen Orientierung (β) schrittweise über einen Senderaktuator ( ) Whose orientation (β) gradually (over a Senderaktuator 17 17 ) veränderbar ist, und mit einem Empfänger ( ) Is variable, and (to a receiver 5 5 ) zur Detektion von an einem Zielobjekt ( ) For the detection of (on a target object 12 12 ) in der Umgebung der Detektionseinrichtung ( ) (In the vicinity of the detection device 3 3 ) reflektierten Strahlen ( ) Reflected rays ( 11 11 ), welcher wenigstens einen Detektor ( ) Comprising at least (a detector 6 6 ) und eine Empfangsoptik ( ) And a receiving optical system ( 22 22 ) zur Abbildung reflektierter Strahlen ( ) (For imaging reflected rays 11 11 ) auf den Detektor ( ) (On the detector 6 6 ) umfasst und mit einer Steuereinheit ( ), And (to a control unit 13 13 ) signalübertragend verbunden ist, gekennzeichnet durch eine bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbare Empfangsoptik ( ) Is connected in signal communication, characterized by a with regard to their optical properties electrically adjustable receiving optics ( 22 22 ), wobei die Steuereinheit ( ), Wherein the control unit ( 13 13 ) dazu ausgebildet ist, die Orientierung (α) eines Empfangspfades ( ) Is adapted to the orientation (α) of a reception path ( 20 20 ) über die Einstellung der Empfangsoptik ( ) (By setting the receiving optics 22 22 ) der Orientierung (β) des Sendepfads ( ) Of the orientation (β) of the transmission path ( 8 8th ) nachzuführen. to track).
  2. Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ( Detector device according to claim 1, characterized in that the control unit ( 13 13 ) dazu ausgebildet ist, die Einstellung des Senderaktuators ( ) Is adapted (the setting of the Senderaktuators 17 17 ) bezüglich der Orientierung (β) des Sendepfads ( ) (With respect to the orientation β) of the transmission path ( 8 8th ) und die Einstellung der Empfangsoptik ( ) And the setting of the receiving optical system ( 22 22 ) bezüglich der Orientierung (α) des Empfangspfads ( ) (Relative to the orientation (α) of the reception path 20 20 ) zu synchronisieren. ) To synchronize.
  3. Detektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Senderaktuator ( Detector device according to claim 1 or 2, characterized in that the Senderaktuator ( 17 17 ) eine Sendeoptik ( ), A transmitting optical system ( 27 27 ) zugeordnet ist, deren optische Eigenschaften elektrisch einstellbar sind. is assigned), whose optical properties are electrically adjustable.
  4. Detektionseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik ( Detector device according to claim 3, characterized in that the receiving optical system ( 22 22 ) fokussierbar ausgebildet ist. ) Is focusable.
  5. Detektionseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik ( Detector device according to claim 4, characterized in that the receiving optical system ( 22 22 ) als elektrisch betätigbarer Autofokusaktuator ausgebildet ist. ) Is designed as an electrically actuable autofocus actuator.
  6. Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik ( Detector device according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving optical system ( 22 22 ) eine elektrisch einstellbare Formgedächtnislegierung umfasst. ) Comprises an electrically adjustable shape memory alloy.
  7. Detektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch einstellbare Empfangsoptik ( Detector device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electrically adjustable receiving optics ( 22 22 ) eine Flüssiglinse umfasst. ) Comprises a liquid lens.
  8. Verfahren zum Betrieb einer abtastenden optoelektronischen Detektionseinrichtung, wobei ein optischer Sender ( A method of operating a scanning optoelectronic detection device, wherein an optical transmitter ( 4 4 ) elektromagnetische Strahlen ( ) Electromagnetic radiation ( 7 7 ) auf einem Sendepfad ( ) (On a transmission path 8 8th ) sendet, dessen Orientierung (β) ein Senderaktuator ( ) Transmits its orientation (β) a Senderaktuator ( 17 17 ) schrittweise verändert, und wobei ein Empfänger ( changed) stepwise, and wherein a receiver ( 5 5 ) an einem Zielobjekt ( ) (On a target object 12 12 ) in der Umgebung der Detektionseinrichtung ( ) (In the vicinity of the detection device 3 3 ) reflektierte Strahlen ( ) Reflected rays ( 11 11 ) über eine Empfangsoptik ( ) (Via a receiving optical system 22 22 ) auf wenigstens einen Detektor ( ) (On at least one detector 6 6 ) abbildet und ein elektrisches Empfangssignal ( ) Maps and an electrical reception signal ( 10 10 ) in Abhängigkeit der reflektierten Strahlen ( ) (In dependence of the reflected rays 11 11 ) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung (α) eines Empfangspfades ( ), Provides characterized in that the orientation (α) of a reception path ( 20 20 ) über eine bezüglich ihrer optischen Eigenschaften elektrisch einstellbare Empfangsoptik ( ) (About a with respect to their optical properties electrically adjustable receiving optics 22 22 ) bestimmt und der Orientierung (β) des Sendepfades ( ) Is determined and (the orientation (β) of the transmission path 8 8th ) nachgeführt wird. ) Will be tracked.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Senderaktuators ( A method according to claim 7 or 8, characterized in that the adjustment of Senderaktuators ( 17 17 ) bezüglich der Orientierung (β) des Sendepfades ( ) (With respect to the orientation β) of the transmission path ( 8 8th ) und die Einstellung des Empfangsoptik ( ) And the setting of the receiving optical system ( 22 22 ) bezüglich der Orientierung (α) des Empfangspfads ( ) (Relative to the orientation (α) of the reception path 20 20 ) synchronisiert werden. ) Are synchronized.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokus ( Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the focus ( 24 24 ) der Empfangsoptik ( () Of the receiving optics 22 22 ) eingestellt wird. ) Is adjusted.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Fokus ( A method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the focus ( 24 24 ) der Empfangsoptik ( () Of the receiving optics 22 22 ) mit einem Fokus ( ) (With a focus 28 28 ) der Sendeoptik ( () Of the transmission optics 27 27 ) abgestimmt wird. ) Is tuned.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelte Datensätze ( A method according to any one of claims 7 to 11, characterized in that data records identified ( 25 25 ) zu Einstellungen der Empfangsoptik ( ) (To settings of the receiver optics 22 22 ) und zugeordnete Einstellungen des Senderaktuators ( ) And associated settings of the Senderaktuators ( 17 17 ) bezüglich Orientierung (α, β) und/oder Fokus ( ) (With respect to orientation α, β) and / or focus ( 24 24 , . 28 28 ) abgespeichert und für spätere Ansteuerungen der Empfangsoptik ( ) And stored (for subsequent activations of the receiving optics 22 22 ) bereitgehalten werden. ) Be kept.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Senderaktuator ( Method according to one of claims 7 to 12, characterized in that the Senderaktuator ( 17 17 ) und die Empfangsoptik ( ) And the reception optics ( 22 22 ) mit unterschiedlichen Schrittweiten betreiben werden. ) Will operate with different pitches.
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