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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lasersensorvorrichtung für ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug mit einer Laserlichtemissionseinheit zum Emittieren eines Laserstrahls, einem optischen Emittersystem zum Formen und/oder Teilen des emittierten Laserstrahls und einer Empfängereinheit zum Empfangen von Reflexionen des emittierten Laserstrahls.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug, das eine vorstehend spezifizierte Lasersensorvorrichtung aufweist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines optischen Elements zum Formen und/oder Teilen eines emittierten Laserstrahls, wobei das optische Element aus einem transparenten Material hergestellt ist.
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Lasersensorvorrichtungen werden häufig als Umgebungssensoren für Fahrerassistenzsysteme zum Überwachen einer Umgebung eines Fahrzeugs verwendet.
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Herkömmliche Lasersensorvorrichtungen für Fahrerassistenzsysteme, die in Fahrzeugen verwendet werden, weisen typischerweise eine Laserlichtemissionseinheit zum Emittieren eines Laserstrahls, ein optisches Emittersystem zum Formen und/oder Teilen des emittierten Laserstrahls und eine Empfängereinheit zum Empfangen von Reflexionen des emittierten Laserstrahls auf. Weiterhin kann ein optisches Empfängersystem zum Fokussieren der Reflexionen des emittierten Laserstrahls auf die Empfängereinheit vorgesehen sein.
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Eine derartige auf dem Fachgebiet bekannte Lasersensorvorrichtung 10 ist beispielhaft in 1 dargestellt. Die Lasersensorvorrichtung 10 weist eine Laserlichtemissionseinheit 12 zum Emittieren eines Laserstrahls 14 sowie ein optisches Emittersystem 16 zum Formen und/oder Teilen des emittierten Laserstrahls 14 auf. Die Laserlichtemissionseinheit 12 weist eine Laserdiode 17 zum Emittieren des Laserstrahls 14 auf.
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Die Lasersensorvorrichtung 10 weist ferner ein optisches Empfängersystem 18 und eine Empfängereinheit 20 zum Empfangen von Reflexionen 22 des emittierten Laserstrahls 14 auf. Das optische Empfängersystem 18 wird zum Fokussieren von Reflexionen 22 des emittierten Laserstrahls 14 auf die Empfängereinheit 20 bereitgestellt. Die Empfängereinheit 20 weist ein ladungsgekoppeltes (CCD) Element 23 zum Erfassen der Reflexionen 22 des emittierten Laserstrahls 14 auf.
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Die Lasersensorvorrichtung 10 hat ferner ein gemeinsames Gehäuse 24, wobei die Laserlichtemissionseinheit 12, das optische Emittersystem 16, das optische Empfängersystem 18 und die Empfängereinheit 20 innerhalb des Gehäuses 22 aufgenommen sind. Es wird eine Schutzabdeckung 26 bereitgestellt, die das Gehäuse 22 abdeckt, um die Laserlichtemissionseinheit 12, das optische Emittersystem 16, das optische Empfängersystem 18 und die Empfängereinheit 20 zu schützen.
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Wie in 1 detailliert dargestellt ist, weist das optische Emittersystem 16 ein einzelnes optisches Emitterelement 28 auf. Das einzelne optische Emitterelement 28 ist ein refraktives Element, d.h. eine optische Linse, die eine Strahlformung und -aufweitung des emittierten Laserstrahls 14 bewirkt.
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Wie in 1 detailliert dargestellt ist, weist das optische Empfängersystem 18 eine Kombination aus zwei optischen Empfängerelementen 30 auf. Die zwei optischen Empfängerelemente 30 sind refraktive Elemente, d.h. optische Linsen, die eine Fokussierung der empfangenen Reflexionen 22 des emittierten Laserstrahls 14 ausführen.
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Die optischen Emitter- und Empfängerelemente 28, 30 lenken Licht in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften ihres Materials und ihrer Form nach dem Snell-Descartesschen Gesetz n1 × sin θ1 = n2 × sin θ2 ab. Daher müssen die optischen Emitter- und Empfängerelemente 28, 30 eine spezifische Form haben, um die Ablenkung auszuführen, was eine bestimmte Größe der optischen Emitter- und Empfängerelemente 28, 30 impliziert.
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In diesem Zusammenhang betrifft das Dokument
US 7544945 B2 fahrzeugbasierte Lidar-Systeme und Verfahren, bei denen mehrere Laser verwendet werden, um eine kompaktere und kostengünstigere Lidar-Funktionalität bereitzustellen. Jeder Laser in einem Array von Lasern kann sequentiell aktiviert werden, so dass ein entsprechendes optisches Element, das bezüglich des Arrays von Lasern montiert ist, jeweilige Abfragestrahlen in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen erzeugt. Licht dieser Strahlen wird durch Objekte in der Umgebung eines Fahrzeugs reflektiert und erfasst, um Fahrzeugführern und/oder Fahrgästen Information über die Objekte zur Verfügung zu stellen.
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Ferner betrifft das Dokument
US 5870181 A ein Laserradar (LADAR) mit einem akustooptischen (AO) Laserscanner zum Ablenken eines gepulsten Laserstrahls über mehrere Winkel, einer Einrichtung zum Beugen des abgelenkten Laserstrahls vom akustooptischen Laserscanner in mehrere Laserstrahlen und ein lineares Detektorarray mit mehreren Detektorelementen, die jeweils derart positioniert sind, dass sie reflektierte Energie von jeweiligen der mehreren Laserstrahlen empfangen, so dass eine aus mehreren Pixeln bestehende Zeilenabtastung erzeugt wird.
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Weiterhin betrifft das Dokument
US 7772968 B2 ein Alarmsystem für ein Fahrzeug mit einem ersten Beugungsraster, einer ersten Lichtquelle zum Emittieren von Licht zum ersten Beugungsraster, um ein erstes Beugungsmuster auf einem Objekt zu bilden, ein Bildaufnahmemodul zum Erfassen des ersten Beugungsmusters und ein mit dem Bildaufnahmemodul elektrisch verbundenes Steuermodul zum Bestimmen einer relativen Position des Fahrzeugs zum Objekt gemäß dem durch das Bildaufnahmemodul erfassten ersten Beugungsmuster.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lasersensorvorrichtung für ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug und ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug anzugeben, das die Lasersensorvorrichtung aufweist, die klein und leicht sind und die leicht im Fahrzeug montiert werden können. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung eines optischen Elements zum Formen und/oder Teilen des emittierten Laserstrahls anzugeben, das die Bereitstellung einer derartigen Lasersensorvorrichtung und eines derartigen Fahrerassistenzsystems ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung eine Lasersensorvorrichtung für ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, mit einer Laserlichtemissionseinheit zum Emittieren eines Laserstrahls, einem optischen Emittersystem zum Formen und/oder Teilen des emittierten Laserstrahls und einer Empfängereinheit zum Empfangen von Reflexionen des emittierten Laserstrahls, wobei das optische Emittersystem zum Formen und/oder Teilen des emittierten Laserstrahls ein optisches Element aufweist, das aus einem transparenten Material besteht und mehrere Beugungselemente aufweist, die in einer Richtung des emittierten Laserstrahls stapelförmig angeordnet sind.
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Durch die vorliegende Erfindung wird außerdem ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine vorstehend spezifizierte Lasersensorvorrichtung aufweist.
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Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Verwendung eines optischen Elements zum Formen und/oder Teilen eines emittierten Laserstrahls in einer Lasersensorvorrichtung für ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug vor, wobei das optische Element aus einem transparenten Material besteht und mehrere stapelförmig angeordnete Beugungselemente aufweist, wobei die Lasersensorvorrichtung eine Laserlichtemissionseinheit zum Emittieren des Laserstrahls und eine Empfängereinheit zum Empfangen von Reflexionen des emittierten Laserstrahls aufweist.
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Die Grundidee der Erfindung besteht darin, mehrere optische Funktionen innerhalb des optischen Elements durch Integration der mehreren Beugungselemente bereitzustellen. Ein einziges optisches Element mit mehreren Beugungselementen kann optische Effekte mehrerer refraktiver Elemente integrieren. Die Verwendung der mehreren Beugungselemente in dem optischen Element ist daher kostengünstiger und einfacher als die Verwendung mehrerer einzelner, komplexer refraktiver Elemente. Dies erleichtert zudem die Konfiguration der Lasersensorvorrichtung und reduziert zusätzlich die Größe der Lasersensorvorrichtung. Durch die Verwendung mehrerer optischer Funktionen innerhalb des optischen Elements kann eine Kalibrierung weiterer optischer Elemente, die früher zum Realisieren und Bereitstellen der optischen Funktionen erforderlich waren, entfallen. Darüber hinaus ist die Montage des optischen Elements ziemlich einfach, da es als ein Teil montiert werden kann. Eine Fehlausrichtung der refraktiven Elemente relativ zueinander wird auf eine Genauigkeit der Herstellung des optischen Elements mit den mehreren Beugungselementen reduziert. Die Beugungselemente ermöglichen außerdem die Bereitstellung eines kleinen Abstands zur Laserlichtemissionseinheit. Darüber hinaus ist das optische Element mit den mehreren Beugungselementen leichter als mehrere einzelne refraktive Elemente. Insgesamt führt dies zu einer kleinen, kompakten und leichten Lasersensorvorrichtung, die außerdem einfach handhabbar ist. Dadurch wird die Integration einer derartigen Lasersensorvorrichtung im Fahrzeug erleichtert.
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Laserlicht, das von der Laserlichtemissionseinheit emittiert wird, ist durch seine Wellenfunktion definiert, die eine Wellenlänge, eine Polarisation und andere Parameter einschließt.
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Ein Beugungselement weist typischerweise ein Beugungsmuster auf, das durch eine optische Funktion des Beugungselements definiert ist. Das Beugungselement kann in ein Substrat eingraviert werden. Das Beugungselement hat eine flache, transparente Struktur. Das Beugungsmuster kann aus Oberflächen- und/oder Volumenstrukturen mit submikrometrischer Dimension bestehen. Wenn das Laserlicht diese Strukturen erreicht, interferiert seine Wellenfunktion mit dem Beugungsmuster, und die resultierende Interferenz reorganisiert die Lichtausbreitung. Das Beugungsmuster steuert das emittierte Laserlicht gemäß diesen Strukturen.
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Die mehreren Beugungselemente sind in der Richtung des emittierten Laserstrahls stapelförmig angeordnet, so dass der Laserstrahl die verschiedenen Beugungselemente durchläuft. Das stapelförmige Anordnen der Beugungselemente im optischen Element beinhaltet das Bereitstellen der Beugungselemente in einem vordefinierten Abstand zwischen den mehreren Beugungselementen.
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Verschiedene Verfahren, wie beispielsweise Lithographie und/oder 3D-Druck, ermöglichen das direkte Gravieren von Beugungsmustern, z.B. auf einem Glassubstrat. Die Beugungsmuster können computergeneriert sein, was eine gut definierte Konfiguration des optischen Elements ermöglicht. Diese computergenerierten Beugungsmuster sind leicht reproduzierbar, indem ein sichtbarer Effekt auf einen Laserstrahl auf einer Platte aufgezeichnet und dieser Effekt dann reproduziert wird. Daher kann ein durch die Beugungsmuster erzielter optischer Effekt leicht erkannt und kopiert werden.
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Jedes Beugungselement lenkt Laserlicht in Abhängigkeit von seinen Submikrostrukturen auf eine deterministische Weise ab.
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Die Laserlichtemissionseinheit weist typischerweise eine Laserdiode zum Emittieren des Laserstrahls auf. Die Laserlichtemissionseinheit kann den Laserstrahl als einen kontinuierlichen Laserstrahl oder als einen einzelnen oder als mehrere Laserpulse erzeugen.
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Das optische Emittersystem weist typischerweise ein lichtempfindliches Halbleiterbauelement, z.B. ein CCD- (ladungsgekoppeltes Bauelement) Array, zum Erfassen der Reflexionen des emittierten Laserstrahls auf.
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Das optische Element besteht aus einem transparenten Material, das für durch die Laserlichtemissionseinheit emittiertes Laserlicht durchlässig ist. Das optische Element kann z.B. aus transparentem Kunststoff oder Glas hergestellt sein.
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Die Lasersensorvorrichtung kann ein beliebiger Typ einer Lasersensorvorrichtung sein, die Laserlicht emittiert und Reflexionen des emittierten Laserlichts empfängt. Auf dem Fachgebiet sind verschiedene Typen von Lasersensorvorrichtungen bekannt.
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Das Fahrerassistenzsystem kann ein beliebiger Typ eines Fahrerassistenzsystems sein, das Information verwendet, die durch eine Lasersensorvorrichtung als Umgebungssensor bereitgestellt wird. Dies beinhaltet insbesondere Parkassistenzsysteme, autonome Parkassistenzsysteme, Bremsassistenzsysteme, Kollisionserfassungssysteme und andere.
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Das Fahrzeug kann ein beliebiger Typ eines Fahrzeugs sein, wie beispielsweise ein Motorrad, ein Pkw oder sogar ein Lkw, in denen ein derartiges Fahrerassistenzsystem implementiert ist.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung werden die mehreren Beugungselemente bereitgestellt, um mindestens eine Funktion unter der Gruppe Divergenzformung, Intensitätsprofilformung oder eine spezifische Zeichnung auszuführen. Verschiedene derartige optische Funktionen, die durch die Beugungselemente erzielt werden können, sind bekannt. Die optischen Funktionen können in Abhängigkeit von einer Ausrichtung bereitgestellt werden, z.B. zum individuellen Ausführen einer horizontalen und vertikalen Strahlformung.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weist das optische Element einen refraktiven Abschnitt zum Formen und/oder Teilen des emittierten Laserstrahls auf. Daher ist das optische Element im refraktiven Abschnitt in einer gewünschten Form konfiguriert, durch die eine gewünschte Formgebung und/oder Teilung des emittierten Laserstrahls erzielt wird.
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Gemäß einer modifizieren Ausführungsform der Erfindung wird das optische Emittersystem zum Formen und/oder Teilen des emittierten Laserstrahls durch das optische Element gebildet. Es werden keine weiteren optischen Funktionselemente verwendet, sondern das gesamte optische Emittersystem wird durch das optische Element implementiert. Dies ermöglicht die Konstruktion einer sehr kompakten Lasersensorvorrichtung.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weist die Lasersensorvorrichtung ein optisches Empfängersystem zum Fokussieren der Reflexionen des emittierten Laserstrahls auf die Empfängereinheit auf und weist das optische Empfängersystem ein optisches Element auf, das aus einem transparenten Material hergestellt ist und mehrere Beugungselemente aufweist, die in der Richtung der empfangenen Reflexionen des emittierten Laserstrahls stapelförmig angeordnet sind. Das Fokussieren der Reflexionen des emittierten Laserstrahls auf die Empfängereinheit erhöht die Genauigkeit und Detektierbarkeit der Reflexionen des emittierten Laserstrahls. Die Beugungselemente des Empfängersystems ermöglichen eine Fokussierung der Reflexionen des Laserstrahls, die von einem Fernfeld ankommen, auf die Empfängereinheit, insbesondere auf eine Empfangsfläche davon, die beispielsweise eine Fläche eines CCD-Arrays sein kann. Dadurch werden ein geeigneter Brennfleckdurchmesser und eine geeignete laterale Position bei einer geeigneten Brennweite in Abhängigkeit vom einfallenden Winkel der Reflexionen bereitgestellt. Es gelten die gleichen Prinzipien wie sie vorstehend unter Bezug auf das optische Emittersystem diskutiert wurden.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weisen das optische Emittersystem und das optische Empfängersystem ein gemeinsames optisches Element auf. Daher kann ein einziges optisches Element bereitgestellt werden, was die Herstellung der Lasersensorvorrichtung weiter erleichtert. Die Montage und die Positionierung des optischen Emitter- und Empfängersystems können auf einen einzigen Montageschritt beschränkt werden. Darüber hinaus können das optische Emittersystem und das optische Empfängersystem mit einer hohen Genauigkeit relativ zueinander angeordnet werden, was dadurch erreicht wird, dass die Beugungselemente gemeinsam im optischen Element bereitgestellt werden.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weisen das optische Emittersystem und das optische Empfängersystem jeweils ein einzelnes optisches Element auf. Die einzelnen optischen Elemente bieten einen hohen Freiheitsgrad in Bezug auf das Design der Lasersensorvorrichtung.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weisen die mehreren Beugungselemente mindestens ein an der Oberfläche des optischen Elements angeordnetes Gitter auf. Gitter können auf einfache und bequeme Weise an der Oberfläche des optischen Elements bereitgestellt werden. Die Gitter können allgemein an jeder Oberfläche des optischen Elements bereitgestellt werden. Wenn das Gitter an einer Innenfläche des optischen Elements vorgesehen ist, ist es jedoch geeignet gegen Beschädigungen durch Einwirkungen von außen geschützt. Es ist natürlich möglich, auf jeder Seite des optischen Elements ein Gitter bereitzustellen.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weisen die mehreren Beugungselemente mindestens ein Gitter auf, das innerhalb eines Körpers des optischen Elements bereitgestellt wird. Daher ist das mindestens eine Gitter unterhalb einer Oberfläche des optischen Elements angeordnet. Dadurch wird ein Schutz für das Gitter bereitgestellt. Herstellungsverfahren zum Ausbilden des Gitters innerhalb des optischen Elements sind bekannt und werden daher nicht erneut näher diskutiert. Innerhalb des optischen Elements können ein oder mehrere Gitter bereitgestellt werden. Im Fall mehrerer Gitter werden die Gitter an vordefinierten Positionen in Abhängigkeit von den bereitzustellenden erforderlichen optischen Funktionen bereitgestellt.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung wird die Lasersensorvorrichtung als Lidar, Scan-Lidar oder Flash-Lidar bereitgestellt. Das Lidar stellt typischerweise einen Laserstrahl bereit, der derart geformt ist, dass er auf einen gewünschten Bereich gerichtet wird, der auch als Sichtfeld bezeichnet wird. Das Scan-Lidar, auch als Laserscanner bezeichnet, weist ferner ein rotierendes Reflexionselement, d.h. einen Spiegel, auf, das den Laserstrahl reflektiert, um ein Sichtfeld abzudecken, das im Vergleich zu einem normalen Lidar typischerweise größer ist. Der Laserscanner kann einen kleinen Strahl verwenden, um das Sichtfeld in einer matrixartigen Struktur abzudecken, oder einen linearen Strahl, so dass das gesamte Sichtfeld durch einen einzigen Durchlaufschritt des Laserstrahls abgedeckt werden kann. Das Flash-Lidar implementiert im Vergleich zum Laserscanner eine Funktionalität, allerdings ohne das rotierende Reflexionselement. Daher kann der Laserstrahl z.B. unter Verwendung eines Mikrospiegels reflektiert werden, der als eine bewegliche Substratstruktur bereitgestellt wird.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung wird das optische Element als Abdeckeinrichtung zum Abdecken der Lasersensorvorrichtung bereitgestellt. Daher werden durch das optische Element nicht nur die optischen Funktionen bereitgestellt, die durch die mehreren Beugungselemente implementiert werden, sondern auch eine Funktion zum Schützen der Lasersensorvorrichtung, insbesondere zum Schützen der Laserlichtemissionseinheit und der Empfängereinheit.
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Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und erläutert. Einzelne Merkmale, die in den Ausführungsformen dargelegt sind, bilden allein oder in Kombination einen Aspekt der vorliegenden Erfindung. Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können von einer Ausführungsform auf eine andere Ausführungsform übertragen werden.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Lasersensorvorrichtung mit einer Laserlichtemissionseinheit, einem optischen Emittersystem und einer Empfängereinheit, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Lasersensorvorrichtung mit einer Laserlichtemissionseinheit, einem optischen Emittersystem und einer Empfängereinheit, wobei das optische Emittersystem als optisches Element mit mehreren Beugungselementen bereitgestellt wird, gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 3 die Lasersensorvorrichtung von 2 in drei verschiedenen Ansichten, d.h. in einer Vorderansicht, einer Seitenansicht und einer perspektivischen Ansicht;
- 4 eine perspektivische Ansicht der Lasersensorvorrichtung von 2, wobei die optischen Emitter- und Empfängersysteme hervorgehoben dargestellt sind; und
- 5 ein beispielhaftes Beugungsmuster eines Beugungselements des optischen Emitter- und Empfängersystems der ersten Ausführungsform.
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2 zeigt eine Lasersensorvorrichtung 100 für ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform.
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Die Lasersensorvorrichtung 100 kann ein beliebiger Typ einer Lasersensorvorrichtung 100 sein, die Laserlicht emittiert und Reflexionen 110 des emittierten Laserlichts empfängt. In dieser Ausführungsform wird die Lasersensorvorrichtung 100 als ein Lidar bereitgestellt. In einer alternativen Ausführungsform kann die Lasersensorvorrichtung 100 als Scan-Lidar, auch Laserscanner genannt, oder als Flash-Lidar bereitgestellt werden.
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Das Fahrerassistenzsystem kann ein beliebiger Typ eines Fahrerassistenzsystems sein, das Information verwendet, die von einer Lasersensorvorrichtung 100 als Umgebungssensor bereitgestellt wird. Diese beinhalten insbesondere Parkassistenzsysteme, autonome Parkassistenzsysteme, Bremsassistenzsysteme, Kollisionserfassungssysteme und andere.
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Das Fahrzeug kann ein beliebiger Typ eines Fahrzeugs sein, z.B. ein Motorrad, ein Pkw oder sogar ein Lkw, in denen ein derartiges Fahrerassistenzsystem implementiert ist.
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Die Lasersensorvorrichtung 100 weist eine Laserlichtemissionseinheit 102 zum Emittieren eines Laserstrahls 104 auf. Insbesondere weist die Laserlichtemissionseinheit 102 eine Laserdiode 106 zum Emittieren des Laserstrahls 104 auf. Die Laserdiode 106 kann den Laserstrahl 104 als einen kontinuierlichen Laserstrahl 104 oder als einen einzelnen Laserpuls oder als mehrere Laserpulse erzeugen.
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Die Lasersensorvorrichtung 100 weist ferner eine Empfängereinheit 108 zum Empfangen von Reflexionen 110 des emittierten Laserstrahls 104 auf. Die Empfängereinheit 108 weist ein CCD- (ladungsgekoppeltes Element) Array 112 zum Erfassen der Reflexionen 110 des emittierten Laserstrahls 104 auf.
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Die Lasersensorvorrichtung 100 weist ferner ein gemeinsames Gehäuse 114 auf, wobei die Laserlichtemissionseinheit 102 und die Empfängereinheit 108 innerhalb des Gehäuses 114 angeordnet sind.
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Die Lasersensorvorrichtung 100 weist ferner ein optisches Element 116 auf, das aus einem transparenten Material hergestellt ist. Das optische Element 116 ist für durch die Laserlichtemissionseinheit 102 emittiertes Laserlicht durchlässig. Das optische Element 116 kann z.B. aus einem transparenten Kunststoffmaterial oder aus Glas hergestellt sein. Das optische Element 116 wird als eine Abdeckungsvorrichtung zum Abdecken der Lasersensorvorrichtung 100 und zum Umschließen der Laserlichtemissionseinheit 102 und der Empfängereinheit 108 innerhalb des Gehäuses 114 bereitgestellt.
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Das optische Element 116 implementiert ein optisches Emittersystem 118 zum Formen und/oder Teilen des emittierten Laserstrahls 104. Das optische Element 116 implementiert außerdem ein optisches Empfängersystem 120 zum Fokussieren der Reflexionen 110 des emittierten Laserstrahls 104 auf die Empfängereinheit 108, insbesondere auf eine Oberfläche des CCD-Arrays 112. Das optische Emittersystem 118 und das optische Empfängersystem 120 sind nebeneinander angeordnet.
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Das optische Emittersystem 118 und das optische Empfängersystem 120 weisen jeweils mehrere Beugungselemente 122 auf, die in der Richtung des emittierten Laserstrahls 104 stapelförmig angeordnet sind.
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Das stapelförmige Anordnen der Beugungselemente 122 im optischen Element 116 beinhaltet das Anordnen der Beugungselemente 122 in einem vordefinierten Abstand voneinander. Die Beugungselemente 122 werden als Gitter an Oberflächen des optischen Elements 116 oder innerhalb eines Körpers des optischen Elements 116 bereitgestellt.
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Jedes Beugungselement 122 weist ein Beugungsmuster 124 auf, das durch eine Funktion des jeweiligen Beugungselements 122 definiert ist. Jedes Beugungselement 122 hat eine flache transparente Struktur. Das Beugungsmuster 124 kann aus Oberflächen- und/oder Volumenstrukturen mit submikrometrischer Abmessung bestehen, abhängig davon, ob die Beugungselemente 122 als Gitter an Oberflächen des optischen Elements 116 oder innerhalb eines Körpers des optischen Elements 116 angeordnet sind. Das Beugungsmuster 124 steuert das Laserlicht gemäß diesen Strukturen. Daher können die Beugungselemente 122 bereitgestellt werden, um jeweils mindestens eine Funktion aus der Gruppe Divergenzformung, Intensitätsprofilformung oder eine bestimmte Zeichnung auszuführen. Diese optischen Funktionen können abhängig von einer Orientierung bereitgestellt werden, um z.B. eine horizontale und eine vertikale Strahlformung individuell auszuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lasersensorvorrichtung (Stand der Technik)
- 12
- Laserlichtemissionseinheit (Stand der Technik)
- 14
- Laserstrahl (Stand der Technik)
- 16
- optisches Emittersystem (Stand der Technik)
- 17
- Laserdiode (Stand der Technik)
- 18
- optisches Empfängersystem (Stand der Technik)
- 20
- Empfängereinheit (Stand der Technik)
- 22
- Reflexion (Stand der Technik)
- 23
- CCD- (ladungsgekoppeltes Element) Array (Stand der Technik)
- 24
- Gehäuse (Stand der Technik)
- 26
- Schutzabdeckung (Stand der Technik)
- 28
- optisches Emitterelement (Stand der Technik)
- 30
- optisches Empfängerelement (Stand der Technik)
- 100
- Lasersensorvorrichtung
- 102
- Laserlichtemissionseinheit
- 104
- Laserstrahl
- 106
- Laserdiode
- 108
- Empfängereinheit
- 110
- Reflexion
- 112
- CCD- (ladungsgekoppeltes Element) Array
- 114
- Gehäuse
- 116
- optisches Element
- 118
- optisches Emittersystem
- 120
- optisches Empfängersystem
- 122
- Beugungselement
- 124
- Beugungsmuster
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7544945 B2 [0012]
- US 5870181 A [0013]
- US 7772968 B2 [0014]
