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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Sendeeinrichtung weist zumindest eine Lichtquelleneinheit auf, welche eine Mehrzahl von Leuchtelementen aufweist. Die Leuchtelemente sind als VCSEL-Laserdioden ausgebildet. Mittels der Sendeeinrichtung sind Lichtstrahlen der Lichtquelleneinheit in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs aussendbar. Ferner betrifft die Erfindung eine optische Erfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiter ein Fahrerassistenzsystem sowie ein Kraftfahrzeug.
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Im vorliegenden Fall richtet sich das Interesse auf optische Erfassungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge. Dabei ist es bekannt, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels der optischen Erfassungsvorrichtung zu überwachen. Mittels der optischen Erfassungseinrichtung 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 Kraftahrzeugs bereitgestellt werden. Das Fahrassistenzsystem 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.
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Gemäß dem Stand der Technik werden als Leuchtelemente sogenannte Kantenemitter verwendet. Der Kantenemitter weist eine ovale Abstrahlform auf. Dies bedeutet, der erzeugte Lichtstrahl ist in einem Querschnitt senkrecht zur Hauptachse des Lichtstrahls oval ausgebildet. Eine Anpassung der Abstrahlform beziehungsweise der Brennweite kann durch eine entsprechende Optikeinrichtung erfolgen. Durch die Kantenemitter ist eine ausreichende Leistung für die sichere Erkennung von Objekten mit verschiedensten Oberflächenmaterialien durchführbar. In der optischen Erfassungseinrichtung wird dazu immer nur eine Kantenemitter-Diode eingesetzt, da nur ein einzelner Lichtstrahl benötigt wird und daher Bauraum und Kosten eingespart werden können. Aufgrund der hohen Leistung benötigen die Kantenemitter entsprechende Steuerungseinheiten, die mit einer entsprechenden Spannung betrieben werden können. Insgesamt muss somit trotz des Verbaus von nur einer Kantenemitter-Diode ein relativ großes Bauvolumen für die optische Erfassungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden.
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Die
EP 2 381 268 B1 offenbart einen Sicherheits-Laserscanner zur Absicherung eines Gefahrenbereichs, der im Unterscheid zu Kantenemitter-Dioden wenigstens vier VCSEL-Laserdioden aufweist. Mit dieser Lichtsendeeinheit wird der gepulste Sendelichtstrahl in einen Überwachungsbereich ausgesendet. Die Sendelichtstrahlen werden von einer um eine Drehachse beweglichen Ablenkeinheit periodisch in den Überwachungsbereich abgelenkt, sodass diese periodisch überstreichen. Weiter ist ein Lichtempfänger mit vorgeordneter Empfangsoptik vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungseinrichtung, eine optische Erfassungseinrichtung, ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welche beziehungsweise welches einen funktionell zumindest gleichbleibenden Betrieb bei gleichzeitiger Bauraumeinsparung ermöglicht und dennoch ein spezifisches Sendelichtmuster ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sendeeinrichtung, eine optische Erfassungseinrichtung, ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, welche zumindest eine Lichtquelleneinheit aufweist. Die Lichtquelleneinheit weist eine Mehrzahl von Leuchtelementen auf, die als VCSEL (vertical-cavitiy surface-emitting laser)-Laserdioden ausgebildet sind. Mittels der Sendeeinrichtung können dann Lichtstrahlen der Lichtquelleneinheit in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs aussendbar sein.
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Die VCSEL-Laserdioden sind so zueinander angeordnet, dass beim Aussenden der Lichtstrahlen durch die VCSEL-Laserdioden ein zusammenhängender Lichtbalken als Abstrahlform erzeugt ist.
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Da VCSEL-Laserdioden mit einer geringen Spannung betrieben werden können, kann die Ansteuerungselektronik, insbesondere die gesamte Steuerungseinrichtung, besonders klein gehalten werden, da die Einzelbauteile kleiner sind, wodurch der Bauraum der Sendeeinrichtung signifikant reduziert werden kann. Die VCSEL-Laserdioden weisen eine gegenüber den Kantenemitter-Dioden ründliche Abstrahlform auf. Die niedrigere Leistung der VCSEL-Laserdioden gegenüber den Kantenemitter-Dioden wird dadurch ausgeglichen, dass anstatt nur einer Laserdiode die Mehrzahl von VCSEL-Laserdioden genutzt wird. Besonders bei Objektkanten kann es zu Ungenauigkeiten, zu sogenannten Messartefakten beziehungsweise Kantenartefakten, kommen. Durch die Verwendung von den VCSEL-Laserdioden können die Kantenartefakte deutlich reduziert werden.
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Des Weiteren hat dies den Vorteil, dass durch die Anordnung der VCSEL-Laserdioden die ausgesendeten Lichtstrahlen derart beeinflusst werden, dass mittels der VCSEL-Laserdioden ein zusammenhängender Lichtbalken erzeugt wird. Dies ist ein besonders bevorzugtes Sendelichtmuster zur präzisen Erfassung von Objekten im Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs.
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Der zusammenhängende Lichtbalken ist in seinem optischen Erscheinungsbild insbesondere homogen ausgebildet, sodass die Lichtintensität innerhalb des Lichtbalkens nahezu homogen ist. Des Weiteren kann der Lichtbalken sehr „scharfkantig“ ausgebildet werden, das heißt, dass er sehr konturenscharf durch die spezifische Anordnung der VCSEL-Laserdioden erzeugbar ist, sodass es zu keinen Kantenartefakten kommen kann. Dadurch kann ein verbesserter Betrieb der Sendeeinrichtung, insbesondere bezüglich der genauen Objektdetektion, bei gleichzeitiger Bauraumeinsparung ermöglicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform kann die Sendeeinrichtung eine Optikeinrichtung aufweisen, welche eine Abstrahlform des von der zumindest einen Lichtquelleneinheit ausgesendeten Lichtstrahls beeinflusst. Durch die Optikeinrichtung können dann mögliche Divergenzen innerhalb des Lichtbalkens vorteilhaft ausgeglichen werden.
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Insbesondere sind in einer weiteren Ausgestaltungsform die VCSEL-Laserdioden entlang einer geradlinigen Verbindungslinie, insbesondere entlang einer Geraden, angeordnet. Durch diese Anordnung kann der zusammenhängende Lichtbalken noch präziser erzeugt werden, so dass eine verbesserte Erfassung von Objekten realisiert werden kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Lichtbalken eine rechteckförmige Abstrahlform aufweist. Insbesondere kann der Lichtbalken als ein geradliniger schmaler Streifen ausgebildet sein. Durch den schmalen Streifen kann insbesondere eine relativ genaue Schrittweite der Winkelverstellung durchgeführt werden, so dass eine feinere, im verbauten Zustand der Sendeinrichtung horizontale, Abtastrasterung ermöglicht wird, mit welcher der Lichtstrahl horizontal verschwenkt wird, um Objekte im Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu detektieren. Durch die vertikale Ausdehnung des Lichtbalkens kann wiederum ein großer Abtastbereich (insbesondere in der Höhe gesehen bei verbautem Zustand) in der Umgebung des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Mehrzahl von VCSEL-Laserdioden derart angeordnet, dass eine Länge einer ersten Längsseite des Lichtbalkens um zumindest das Zehnfache größer ist als eine Länge einer zweiten Längsseite des Lichtbalkens. Dadurch kann insbesondere der geradlinige, sehr schmale Streifen erzeugt werden, sodass der Umgebungsbereich genauer abgetastet werden kann.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sendeeinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweist, mit welcher die jeweiligen VCSEL-Laserdioden unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Somit kann die Abstrahlform individuell an die Bedürfnisse angepasst werden. Insbesondere kann dann beispielsweise bei Überlappungsbereichen Energie eingespart werden, während bei Eckbereichen insbesondere mehr Energie zugeführt werden kann, sodass insgesamt ein homogener Lichtbalken entsteht. Dadurch kann zum einen die Sendeeinrichtung zuverlässiger betrieben werden und zum anderen kann dadurch Energie eingespart werden, da insbesondere bei Überlappungsbereichen eine niedrige Leistung an die VCSEL-Laserdioden zugeführt wird. Somit kann die Effizienz der Sendeeinrichtung und damit die Effizienz der optischen Erfassungseinrichtung gesteigert werden.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn alle VCSEL-Laserdioden der Mehrzahl der VCSEL-Laserdioden derart mittels der Steuerungseinrichtung ansteuerbar sind, dass eine homogene Lichtintensität des gesamten Lichtbalkens erzeugbar ist. Somit können insbesondere Kantenartefakte des gesamten Lichtbalkens zumindest deutlich reduziert werden, was zu einem verbesserten Betrieb der Sendeeinrichtung führt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die entlang der Verbindungslinie endseitig angeordneten VCSEL-Laserdioden durch die Steuerungseinrichtung zur Emission einer höheren Lichtintensität als entlang der Verbindungslinie mittig angeordnete VCSEL- Laserdioden angesteuert sind. Somit kann eine homogene Lichtintensität innerhalb des Lichtbalkens erzeugt werden. Insbesondere hat dies den Hintergrund darin, dass die mittig angeordneten VCSEL-Laserdioden sich mit ihren Lichtstrahlen überlappen, während sich die endseitig angeordneten VCSEL-Laserdioden zumindest im Endbereich nicht überlappen. Durch die unterschiedliche Ansteuerung der endseitig angeordneten VCSEL-Laserdioden und der mittig angeordneten VCSEL-Laserdioden können diese Überlappungen ausgeglichen werden und somit ein verbesserter homogener Lichtbalken erzeugt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Erfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Sendeeinrichtung gemäß dem oben genannten Aspekt oder einer vorteilhaften Ausführung davon. Des Weiteren weist die optische Erfassungseinrichtung eine Empfangseinrichtung auf. Mittels der Empfangseinrichtung können insbesondere die mittels der Sendeeinrichtung ausgesendeten Lichtstrahlen und die dann durch ein Objekt reflektierten Lichtstrahlen empfangen werden und mittels einer Steuerungseinrichtung der optischen Erfassungseinrichtung die empfangenen Lichtstrahlen ausgewertet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der optischen Erfassungseinrichtung weist die optische Erfassungsrichtung eine Ablenkeinrichtung auf, mittels welcher das Licht der Sendeeinrichtung, insbesondere periodisch, ablenkbar ist. Somit ist der Abtastbereich nicht auf den Lichtbalken alleine limitiert, sondern kann mittels der Umlenkeinrichtung vergrößert werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die optische Erfassungseinrichtung als Lidarsensor oder als Laserscanner ausgebildet ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Empfangseinrichtung mit der Ablenkeinrichtung bewegbar angeordnet ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem mit zumindest einer erfindungsgemäßen optischen Erfassungseinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem. Vorteilhafte Ausführungsformen der optischen Erfassungseinrichtung sind als vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystems anzusehen und vorteilhafte Ausführungsformen des Fahrerassistenzsystems sind als vorteilhafte Ausführungsformen des Kraftfahrzeugs anzusehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Personenkraftfahrzeug ausgebildet ist.
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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 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 aus den separierten 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 Ausführungsformen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.
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Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Erfassungseinrichtung;
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine erste Abstrahlform einer VCSEL-Laserdiode;
- 3 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung; und
- 4 eine schematische Draufsicht auf eine beeinflusste Abstrahlform einer Mehrzahl von VCSEL-Laserdioden.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2. Mit dem Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise ein Objekt 3, welches sich in einem Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 befindet erfasst werden. Insbesondere kann mittels des Fahrerassistenzsystems 2 ein Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 3 bestimmt werden.
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Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst zumindest eine optische Erfassungseinrichtung 5. Die optische Erfassungseinrichtung 5 kann als Lidarsensor oder als Laserscanner ausgebildet sein. Die optische Erfassungseinrichtung 5 umfasst eine Sendeeinrichtung 6, mit der Lichtstrahlen 8 ausgesendet werden können. Die Sendeeinrichtung 6 weist insbesondere eine Mehrzahl von Leuchtelementen 11 auf, welche insbesondere als VCSEL-Laserdioden 11 ausgebildet sind. Die optische Erfassungseinrichtung 5 ist vorliegend an einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die optische Erfassungseinrichtung 5 kann auch an anderen Bereichen, beispielsweise an einem Heckbereich oder an einem Seitenbereich, des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet werden. Das vorliegende Beispiel ist also nicht abschließend zu betrachten, sondern dient lediglich zur Veranschaulichung eines wesentlichen Gedankens.
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Mit der Sendeeinrichtung 6 können die Lichtstrahlen 8 innerhalb eines vorbestimmten Erfassungsbereichs E beziehungsweise eines vorbestimmten Winkelbereichs ausgesendet werden. Beispielsweise können die Lichtstrahlen 8 in einem vorbestimmten horizontalen Winkelbereich ausgesendet werden. Darüber hinaus umfasst die optische Erfassungseinrichtung 5 eine nicht dargestellte Ablenkeinrichtung, mit der die Lichtstrahlen 8 in den Umgebungsbereich 4 abgelenkt werden können und damit der Erfassungsbereich E abgetastet wird.
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Darüber hinaus umfasst die optische Erfassungseinrichtung 5 eine Empfangseinrichtung 7, die beispielsweise als eine Fotodiode ausgebildet sein kann. Mit der Empfangseinrichtung 7 können die von dem Objekt 3 reflektierten Lichtstrahlen 8 als Empfangssignal empfangen werden. Ferner kann die optische Erfassungseinrichtung 5 eine Steuerungseinrichtung, die beispielsweise durch eine Mikrocontroller oder einen digitalen Signalprozessor gebildet sein kann, aufweisen. Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung 10, die beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät (ECU-electronic control unit) des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein kann. Die Steuerungseinrichtung 10 ist zur Datenübertragung mit der optischen Erfassungseinrichtung 5 verbunden. Die Datenübertragung kann beispielsweise über den Datenbus des Kraftfahrzeugs 1 erfolgen.
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2 zeigt schematisch eine Abstrahlform A einer einzelnen VCSEL-Laserdiode 11. In 2 ist dazu eine Schnittdarstellung eines emittierten Lichtstrahls senkrecht zu einer Hauptachse, die senkrecht zur Figurenebene orientiert ist, gezeigt. Die Abstrahlform A ist daher diese Schnittfläche des Lichtstrahls, der im 3-dimensionalen betrachtet eine Kegelform aufweist. Insbesondere weist die Abstrahlform A eine runde Form auf. Die Abstrahlform A ist dabei im Wesentlichen durch zwei Bereiche 12, 13 gebildet. Der Bereich 12 weist eine hohe Lichtintensität, die im Wesentlichen homogen ist, auf. Der Bereich 13 weist hier eine relativ dazu geringfügig niedrigere Lichtintensität auf.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung 6. Bei dem hier gezeigten Beispiel ist insbesondere eine Lichtquelleneinheit 14 zu sehen. Die Lichtquelleneinheit 14 weist insbesondere die Mehrzahl von Leuchtelementen, insbesondere die VCSEL-Laserdioden 11, auf. Die VCSEL-Laserdioden 11 sind insbesondere entlang einer geradlinigen Verbindungslinie L, insbesondere entlang einer Geraden, zueinander angeordnet. Die Lichtstrahlen 8, die von den VCSEL-Laserdioden 11 ausgesendet werden, können insbesondere über die Optikeinrichtung 15 in ihrer Abstrahlform A beeinflusst werden. Die Optikeinrichtung 15 kann aufgrund der Anordnung entlang der Verbindungslinie L der VCSEL-Laserdioden 11 ebenfalls entlang der Verbindungslinie L angeordnet werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die VCSEL-Laserdioden 11 mittels einer Steuerungseinrichtung 16 der Sendeeinrichtung 6 einzeln angesteuert werden können. Somit kann eine Lichtintensität der Abstrahlform A individuell angepasst werden. Insbesondere kann es durch die Anordnung der VCSEL-Laserdioden 11 entlang der Verbindungslinie L erreicht werden, dass die dann insbesondere auch noch durch die Optikeinrichtung 15 beeinflusste Abstrahlform A als ein Lichtbalken B gebildet wird, und ihre Lichtintensität vorzugsweise homogen ist. Insbesondere kann dann beispielsweise eine endseitig angeordnete VCSEL-Laserdiode 11 beziehungsweise die zwei endseitig angeordneten VCSEL-Laserdioden 11 mittels der Steuerungseinrichtung 16 mit einer höheren Leistung angesteuert werden und die mittig angeordneten VCSEL-Laserdioden 11 mit einer niedrigeren Leistung angesteuert werden. Dadurch kann ein homogener Lichtbalken B erzeugt werden.
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4 zeigt beispielhaft eine Abstrahlform A der Sendeeinrichtung 6. Der Lichtbalken B ist dabei insbesondere rechteckförmig ausgebildet. Insbesondere ist der Lichtbalken B als ein geradliniger schmaler Streifen ausgebildet. Insbesondere ist dort zu sehen, dass der Bereich 12 eine homogene und gegenüber dem Bereich 13 höhere Lichtintensität aufweist. Der Lichtbalken B weist hier einen nur kleinen Bereich 13 mit geringfügig niedrigerer Lichtintensität (gegenüber der Abstrahlform A einer einzelnen Laserdiode, insbesondere einer Kantenemitter-Diode) auf. Der durch die Anordnung der VCSEL-Laserdioden 11 und insbesondere der Optikeinrichtung 15 erzeugte Lichtbalken B weist somit eine hohe Homogenität auf, wodurch insbesondere Kantenartefakte verhindert werden können. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Länge einer ersten Längsseite 17 der Rechteckform um zumindest das Zehnfache größer ist als eine Länge der zweiten Längsseite 18 der Rechteckform. Insbesondere ist die Länge der ersten Längsseite 17 um das Fünfzehnfache, insbesondere um das Zwanzigfache, insbesondere das Dreißigfache, größer als die Länge der zweiten Längsseite 18. Vorzugsweise ist die Lichtintensität in den Bereichen 12 und 13 gleich und homogen, so dass der gesamte Lichtbalken B eine homogene Lichtintensität aufweist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Lichtbalken B bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch der optischen Erfassungseinrichtung 5 so erzeugt ist, dass dieser vertikal orientiert ist. Mittels der Ablenkeinrichtung kann dann der Lichtbalken B in einem Winkelbereich so verschwenkt werden, so dass der Erfassungsbereich B abgetastet werden kann. Aufgrund der filigranen geradlinigen Geometrie des Lichtbalkens B ist eine sehr feingerasterte und genaue horizontale Abtastung des Erfassungsbereichs E ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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