DE102018117940A1 - Sending unit for an optical object detection device and corresponding optical object detection device - Google Patents

Sending unit for an optical object detection device and corresponding optical object detection device Download PDF

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Peter Horvath
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Thomas Schuler
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sendeeinheit (10) für eine optische Objekterfassungseinrichtung, mit einer Lichtquelle (14) zum Erzeugen eines Sendelichtstrahls (12), mit einer steuerbaren Strahlablenkvorrichtung (24) als Scaneinheit für den Sendelichtstrahl (12) und mit einem transparenten optischen Bauelement (30), welches zumindest die steuerbare Strahlablenkvorrichtung (24) abdeckt.Es ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit (10) weiterhin zumindest ein optisches Strahlaufweitungs-Bauteil (28, 34) zum Aufweiten des Sendelichtstrahls (12) senkrecht zu einer Scan-Richtung der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung (24) aufweist.Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende optische Objekterfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Sendeeinheit (10) und ein entsprechendes Kraftfahrzeug mit einer derartigen optischen Objekterfassungseinrichtung.The invention relates to a transmission unit (10) for an optical object detection device, with a light source (14) for generating a transmission light beam (12), with a controllable beam deflection device (24) as a scanning unit for the transmission light beam (12) and with a transparent optical component (30 ), which covers at least the controllable beam deflection device (24). It is provided that the transmission unit (10) further comprises at least one optical beam expansion component (28, 34) for expanding the transmission light beam (12) perpendicular to a scan direction of the controllable beam deflection device The invention further relates to a corresponding optical object detection device for a motor vehicle with such a transmission unit (10) and a corresponding motor vehicle with such an optical object detection device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sendeeinheit für eine optische Objekterfassungseinrichtung, mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Sendelichtstrahls, mit einer steuerbaren Strahlablenkvorrichtung als Scaneinheit für den Sendelichtstrahl und mit einem transparenten optischen Bauelement, welches zumindest die steuerbare Strahlablenkvorrichtung abdeckt.The present invention relates to a transmission unit for an optical object detection device, with a light source for generating a transmission light beam, with a controllable beam deflection device as a scanning unit for the transmission light beam and with a transparent optical component which covers at least the controllable beam deflection device.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine optische Objekterfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Sendeeinheit zum Aussenden eines Sendelichtstrahls, mit einer Empfangseinheit zum Empfangen eines Empfangslichtstrahls, und mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung zum Detektieren eines fahrzeugexternen Objektes in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs abhängig von dem Empfangslichtstrahl.The invention further relates to an optical object detection device for a motor vehicle, with a transmission unit for emitting a transmission light beam, with a reception unit for receiving a reception light beam, and with an electronic evaluation device for detecting an object external to the vehicle in an environment of the motor vehicle depending on the reception light beam.

Eine optische Objekterfassungseinrichtung sowie eine Sendeeinheit für eine derartige optische Objekterfassungseinrichtung ist aus der Druckschrift DE 10 2012 025 281 A1 bekannt. Die dort beschriebene Sendeeinheit umfasst eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Sendelichtstrahls, einen MEMS-Spiegel (MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) als Scaneinheit für den Sendelichtstrahl und ein als Linse ausgebildetes transparentes optisches Bauelement, welches eine Kappenform aufweist und zumindest den MEMS-Spiegel abdeckt. Die beschriebene optische Objekterfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst die besagte Sendeeinheit, eine Empfangseinheit zum Empfangen eines Empfangslichtstrahls und eine elektronische Auswerteeinrichtung zum Detektieren eines fahrzeugexternen Objektes in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs abhängig von dem Empfangslichtstrahl.An optical object detection device and a transmission unit for such an optical object detection device is from the document DE 10 2012 025 281 A1 known. The transmission unit described therein comprises a light source for generating a transmission light beam, a MEMS mirror (MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) as a scanning unit for the transmission light beam and a transparent optical component designed as a lens, which has a cap shape and at least the MEMS mirror covers. The optical object detection device described for a motor vehicle comprises said transmitting unit, a receiving unit for receiving a received light beam and an electronic evaluation device for detecting an object external to the vehicle in an environment of the motor vehicle depending on the received light beam.

In der Regel ergeben sich bei der Sendeeinheit ohne Korrekturmaßnahmen ein oder mehrere Fehler in der resultierenden Scangeometrie des durch die steuerbare Strahlablenkvorrichtung gescannten Sendelichtstrahls. Da die steuerbare Strahlablenkvorrichtung in der Regel eine Spiegeleinrichtung, wie zum Beispiel ein MEMS-Spiegel, ist, ist für gewöhnlich einer dieser Fehler ein Verkippfehler. Der Verkippfehler führt im Zusammenhang mit einer derartigen steuerbaren Strahlablenkvorrichtung zu einem unter dem Namen „Smiley-Effekt“ oder „Bananen-Effekt“ bekannten unerwünschten Phänomen, bei dem die Scanlinie bogenförmig geformt ist.As a rule, one or more errors result in the resulting scanning geometry of the transmitted light beam scanned by the controllable beam deflection device in the transmitting unit without corrective measures. Since the controllable beam deflection device is typically a mirror device, such as a MEMS mirror, one of these errors is usually a tilting error. In connection with such a controllable beam deflection device, the tilting error leads to an undesirable phenomenon known as the “smiley effect” or “banana effect”, in which the scan line is curved.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Sendeeinheit und eine optische Objekterfassungseinrichtung mit derartiger Sendeeinheit anzugeben, bei denen der zuvor beschriebene Verkippfehler in der resultierenden Scangeometrie zumindest teilweise kompensiert ist.The invention is therefore based on the object of specifying a transmission unit and an optical object detection device with such a transmission unit, in which the tilting error described above is at least partially compensated for in the resulting scan geometry.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, the object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Bei der Sendeeinheit für eine optische Objekterfassungseinrichtung mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Sendelichtstrahls, einer steuerbaren Strahlablenkvorrichtung als Scaneinheit für einen Sendelichtstrahl und einem transparenten optischen Bauelement, welches zumindest die steuerbare Strahlablenkvorrichtung abdeckt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sendeeinheit weiterhin zumindest ein optisches Strahlaufweitungs-Bauteil zum Aufweiten des Sendelichtstrahls senkrecht zu einer Scan-Richtung der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung bzw. Scaneinheit aufweist. Im einfachsten Fall, der auch der Regelfall ist, gibt es genau eine Scan-Richtung. Die Breite/Höhe des sich ergebenden Gesichtsfeldes (FOV: Field of View) senkrecht zur Scan-Richtung ergibt sich dann über die ursprüngliche Strahlweite und die Strahlaufweitung.In the case of the transmission unit for an optical object detection device with a light source for generating a transmission light beam, a controllable beam deflection device as a scanning unit for a transmission light beam and a transparent optical component which covers at least the controllable beam deflection device, it is provided according to the invention that the transmission unit also has at least one optical beam expansion component for expanding the transmitted light beam perpendicular to a scanning direction of the controllable beam deflection device or scanning unit. In the simplest case, which is also the rule, there is exactly one scan direction. The width / height of the resulting field of view (FOV: Field of View) perpendicular to the scan direction then results from the original beam width and the beam expansion.

Ist die Strahlaufweitung in den Endbereichen der Scanlinie größer oder kleiner als im Mittelbereich, so wird der „Smiley-Effekt“ aufgrund des Verkippfehlers in Aufweit-Richtung auf einer Seite zumindest teilweise kompensiert.If the beam expansion in the end areas of the scan line is larger or smaller than in the central area, the “smiley effect” is at least partially compensated for on one side due to the tilting error in the direction of expansion.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich ein Strahlengang des Sendelichtstrahls ergibt, bei dem der Sendelichtstrahl ein optisches Strahlaufweitungs-Bauteil vor der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung und ein optisches Strahlaufweitungs-Bauteil nach der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung passiert. Es ergibt sich insbesondere ein Strahlengang des Sendelichtstrahls, der von der Lichtquelle über eines der ein optischen Strahlaufweitungs-Bauteile, die diesem Strahlaufweitungs-Bauteil nachgeschaltete steuerbare Strahlablenkvorrichtung und das der Strahlablenkvorrichtung nachgeschaltete andere der optischen Strahlaufweitungs-Bauteile verläuft.According to a preferred embodiment of the invention, there is a beam path of the transmitted light beam in which the transmitted light beam passes an optical beam expansion component in front of the controllable beam deflection device and an optical beam expansion component after the controllable beam deflection device. In particular, there is a beam path of the transmitted light beam, which runs from the light source via one of the optical beam expansion components, the controllable beam deflection device downstream of this beam expansion component and the other of the optical beam expansion components downstream of the beam deflection device.

Im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass das eine optische Strahlaufweitungs-Bauteil als Spiegelelement und das andere optische Strahlaufweitungs-Bauteil als Strahlaufweitungs-Linsenelement ausgebildet ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Strahlaufweitungs-Linsenelement auf der der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung zugewandten Innenseite des transparenten optischen Bauelements angeordnet ist. Bezüglich der Ausgestaltung mit dem Strahlaufweitungs-Linsenelement ist weiterhin mit Vorteil vorgesehen, dass das Strahlaufweitungs-Linsenelement am transparenten optischen Bauelement angeordnet ist.In connection with this embodiment, it is further preferably provided that one optical beam expansion component is designed as a mirror element and the other optical beam expansion component is designed as a beam expansion lens element. It is preferably provided that the Beam expansion lens element is arranged on the inside of the transparent optical component facing the controllable beam deflection device. With regard to the configuration with the beam expansion lens element, it is also advantageously provided that the beam expansion lens element is arranged on the transparent optical component.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit ein im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung angeordnetes optisches Kollimator-Modul aufweist. Prinzipiell kann das optische Kollimatormodul natürlich eine einzige Kollimatoreinheit, nämlich eine Kollimatorlinse, aufweisen. Das Kollimatormodul weist jedoch bevorzugt zwei oder mehr Kollimatoreinheiten auf.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the transmission unit has an optical collimator module arranged in the beam path between the light source and the controllable beam deflection device. In principle, the optical collimator module can of course have a single collimator unit, namely a collimator lens. However, the collimator module preferably has two or more collimator units.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass eine Kollimatoreinheit des Kollimator-Moduls eines der optischen Strahlaufweitungs-Bauteile, insbesondere das als Spiegelelement ausgebildete optische Strahlaufweitungs-Bauteil, aufweist.It is advantageously provided that a collimator unit of the collimator module has one of the optical beam expansion components, in particular the optical beam expansion component designed as a mirror element.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die steuerbare Strahlablenkvorrichtung einen steuerbaren Mikrospiegel aufweist, der insbesondere als MEMS-Spiegel ausgebildet ist. Derartige MEMS-Spiegel (MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) werden auch als mikroelektromechanische Spiegel bezeichnet. Die Strahlablenkvorrichtung mit MEMS-Spiegel weist in einigen Fällen einen Glasdom auf, welcher zumindest den steuerbaren Mikrospiegel abdeckt. Dieser Glasdom der Strahlablenkvorrichtung ist nicht zu verwechseln mit dem transparenten optischen Bauelement, welches zumindest die steuerbare Strahlablenkvorrichtung (inklusive des Glasdoms) abdeckt.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the controllable beam deflection device has a controllable micromirror which is designed in particular as a MEMS mirror. Such MEMS mirrors (MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) are also referred to as microelectromechanical mirrors. In some cases, the beam deflection device with MEMS mirror has a glass dome, which at least covers the controllable micromirror. This glass dome of the beam deflection device should not be confused with the transparent optical component, which at least covers the controllable beam deflection device (including the glass dome).

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das transparente optische Bauelement ein Schutzglas, welches zumindest die Lichtquelle, das zumindest eine optische Strahlaufweitungs-Bauteil und die steuerbare Strahlablenkvorrichtung nach außen abdeckt. Insbesondere deckt dieses Schutzglas auch die anderen Komponenten, also zumindest die des optischen Kollimator-Moduls nach außen ab.According to a further preferred embodiment of the invention, the transparent optical component is a protective glass which covers at least the light source, the at least one optical beam expansion component and the controllable beam deflection device to the outside. In particular, this protective glass also covers the other components, that is to say at least those of the optical collimator module, from the outside.

Bei der erfindungsgemäßen optische Objekterfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Sendeeinheit zum Aussenden eines Sendelichtstrahls, einer Empfangseinheit zum Empfangen eines Empfangslichtstrahls und einer elektronischen Auswerteeinrichtung zum Detektieren eines fahrzeugexternen Objektes in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs abhängig von dem Empfangslichtstrahl ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit als vorstehend genannte Sendeeinheit ausgebildet ist.In the optical object detection device according to the invention for a motor vehicle, with a transmission unit for emitting a transmission light beam, a reception unit for receiving a reception light beam and an electronic evaluation device for detecting an object external to the vehicle in an environment of the motor vehicle depending on the reception light beam, it is provided that the transmission unit is as mentioned above Transmitter unit is formed.

Die Erfindung betrifft schließlich noch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen optischen Objekterfassungseinrichtung.Finally, the invention relates to a motor vehicle with such an optical object detection device.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawings on the basis of preferred embodiments.

Es zeigen:

  • 1 eine Sendeeinheit für eine optische Objekterfassungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in eine Teilschnittdarstellung von der Seite,
  • 2 die Sendeeinheit der 1 in einer Teilschnittdarstellung von unten und
  • 3 das Verhältnis von ungeweitetem Sendelichtstrahl zu geweitetem Sendelichtstrahl und einem von dem geweiteten Sendelichtstrahl abgedeckten Gesichtsfeld.
Show it:
  • 1 a transmission unit for an optical object detection device according to a preferred embodiment of the invention in a partial sectional view from the side,
  • 2 the transmitter unit of the 1 in a partial sectional view from below and
  • 3 the ratio of the unexpanded transmitted light beam to the expanded transmitted light beam and a field of view covered by the expanded transmitted light beam.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sendeeinheit 10 zum Aussenden eines Sendelichtstrahls 12. Eine derartige Sendeeinheit 10 wird für eine (hier nicht gezeigte) optische Objekterfassungseinrichtung genutzt. Die Sendeeinheit 10 weist eine Lichtquelle 14 auf, die als die explizit dargestellte Laser-Einrichtung ausgebildet ist. The 1 shows a schematic representation of a transmission unit 10 for emitting a transmission light beam 12 , Such a transmission unit 10 is used for an optical object detection device (not shown here). The sending unit 10 has a light source 14 on, which is designed as the explicitly shown laser device.

Ausgehend von der Lichtquelle 14 ergibt sich nun ein Strahlengang 16 des Sendelichtstrahls 12, der sich durch Interaktion mit den im Folgenden genannten optischen Bauelementen der Sendeeinheit 10 ergibt. Diese optischen Bauelemente sind: ein optisches Kollimator-Modul 18 zur Kollimation des Lichts der Lichtquelle 14, welches im Beispiel aus zwei Kollimator-Einheiten 20, 22 aufgebaut ist, eine steuerbare Strahlablenkvorrichtung 24 als Scaneinheit für den Sendelichtstrahl 12, ein als Strahlaufweitungs-Linsenelement 26 ausgestaltetes optisches Strahlaufweitungs-Bauelement 28 und ein transparentes optisches Bauelement 30 von gewölbter Form. Dieses transparente optische Bauelement 30 ist eine Schutzhaube zum Abdecken der Lichtquelle 14 wie auch der anderen optischen Komponenten 18, 24, 28 der Sendeeinheit 10. Über dieses transparente optische Bauelement 30 tritt der Sendelichtstrahl anschließend aus der Sendeeinheit 10 aus.Starting from the light source 14 there is now a beam path 16 of the transmitted light beam 12 , which is the result of interaction with the optical components of the transmitting unit mentioned below 10 results. These optical components are: an optical collimator module 18 for collimation of the light from the light source 14 , which in the example consists of two collimator units 20 . 22 is constructed, a controllable beam deflection device 24 as a scanning unit for the transmitted light beam 12 , one as a beam expansion lens element 26 configured optical beam expansion component 28 and a transparent optical component 30 of domed shape. This transparent optical component 30 is a protective cover to cover the light source 14 as well as the other optical components 18 . 24 . 28 the sending unit 10 , About this transparent optical component 30 the transmission light beam then emerges from the transmission unit 10 out.

In der schematischen Darstellung der 1 ist nur ein für die dargestellte Scanposition relevanter Teilbereiche des transparenten optischen Bauelements 30 gezeigt. Das optische Bauelement 30 der Sendeeinheit 10 bzw. der Objekterfassungseinrichtung hat selbstverständlich eine Ausdehnung, die weit über den dargestellten Teilbereich hinausgeht.In the schematic representation of the 1 is only a part of the transparent optical component that is relevant for the scan position shown 30 shown. The optical component 30 the sending unit 10 or the object detection device of course has an extent that extends far beyond the partial area shown.

Die Lichtquelle 14 und die Kollimator-Einheiten 20, 22 des optischen Kollimator-Moduls 18 liegen auf einer gemeinsamen optischen Achse in einem ersten Abschnitt 32 des Strahlengangs 16. Die erste der Kollimator-Einheiten 20 ist eine als FAC-Zylinderlinse bezeichnete Zylindelinse (FAC: Fast-Axis-Collimating) und die zweite der Kollimator-Einheiten 22 ist ein als SAC-Spiegel bezeichneter Zylinderspiegel (SAC: Slow-Axis-Collimating). Diese als Zylinderspiegel ausgebildete zweite Kollimator-Einheit 22 ist ebenfalls ein optisches Strahlaufweitungs-Bauteil 34. Ein zweiter Abschnitt 36 des Strahlengangs 16, der sich zwischen der zweiten Kollimator-Einheit 22 und der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung 24 ergibt, ist gegenüber dem ersten Abschnitt 32 entsprechend verkippt.The light source 14 and the collimator units 20 . 22 of the optical collimator module 18 lie on a common optical axis in a first section 32 of the beam path 16 , The first of the collimator units 20 is a cylinder lens called FAC (Fast Axis Collimating) and the second of the collimator units 22 is a cylinder mirror called SAC mirror (SAC: slow-axis collimating). This second collimator unit designed as a cylinder mirror 22 is also an optical beam expansion device 34 , A second section 36 of the beam path 16 located between the second collimator unit 22 and the controllable beam deflection device 24 is compared to the first section 32 tilted accordingly.

Im hier gezeigten Beispiel wird mittels der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung 24 horizontal gescannt. Die Strahlaufweitung erfolgt senkrecht zu dieser Scan-Richtung, also in vertikaler Richtung. Zentrale Komponente der hier gezeigten steuerbaren Strahlablenkvorrichtung 24 ist ein steuerbarer Mikrospiegel 38. Die Oberflächennormale n des steuerbaren Mikrospiegels 38 im Ruhezustand ist gegenüber der Achse des ersten Abschnitts 32 in der hier gezeigten unverschwenkten Position (mit αh = 0°) um den Winkel θ (im Beispiel nach oben) verkippt. Der steuerbare Mikrospiegel 38 ist um die Achse 40 in beide Richtungen verschwenkbar (Doppelpfeil 42). Im gezeigten Beispiel ist das entsprechende Schwenken also ein (im Wesentlichen) horizontales Schwenken.In the example shown here, the controllable beam deflection device is used 24 scanned horizontally. The beam is expanded perpendicular to this scan direction, that is, in the vertical direction. Central component of the controllable beam deflection device shown here 24 is a controllable micromirror 38 , The surface normal n of the controllable micromirror 38 is at rest opposite the axis of the first section 32 in the non-pivoted position shown here (with α h = 0 °) by the angle θ (up in the example). The controllable micromirror 38 is about the axis 40 can be swiveled in both directions (double arrow 42 ). In the example shown, the corresponding pivoting is therefore (essentially) horizontal pivoting.

Der steuerbare Mikrospiegel 38 ist im Beispiel als ein sogenannter MEMS-Spiegel ausgebildet. Derartige MEMS-Spiegel (MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) werden auch als mikroelektromechanische Spiegel bezeichnet. Der MEMS-Spiegel ist ein schwingfähiges System welches über ein reflektierendes Spiegelelement verfügt. Dieses Spiegelelement kann über elektrische Ansteuergrößen periodisch verschwenkt werden. Zur Verlängerung der Lebensdauer und zur Gütesteigerung wird das Spiegelelement des MEMS-Spiegels mittels eines Glasdomes 43 eingehaust. Diese Einhausung wiederum verursacht zusätzliche optische Aberrationen, insbesondere in den Randbereichen des Scanfeldes.The controllable micromirror 38 is designed in the example as a so-called MEMS mirror. Such MEMS mirrors (MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) are also referred to as microelectromechanical mirrors. The MEMS mirror is an oscillatable system which has a reflecting mirror element. This mirror element can be periodically pivoted using electrical control variables. To extend the service life and increase the quality, the mirror element of the MEMS mirror is made using a glass dome 43 enclosed. This housing in turn causes additional optical aberrations, especially in the edge areas of the scan field.

Ein (gegenüber der Achse des zweiten Abschnitts 36 um den Winkel 2θ verkippter) dritter Abschnitt 44 des Strahlengangs 16 ergibt sich zwischen der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung 24 und dem transparenten optischen Bauelement 30. Hinter dem transparenten optischen Bauelement 30 tritt der Sendelichtstrahl aus der optischen Objekterfassungseinrichtung bzw. deren Sendeeinheit 10 aus.On (opposite the axis of the second section 36 around the angle 2θ tilted) third section 44 of the beam path 16 arises between the controllable beam deflection device 24 and the transparent optical component 30 , Behind the transparent optical component 30 the transmission light beam emerges from the optical object detection device or its transmission unit 10 out.

Die 2 zeigt nun die Sendeeinheit 10 der 1 in einer Teilschnittdarstellung mit Blickrichtung „von unten“. Neben den einzelnen Komponenten (Lichtquelle 14, Kollimatoreinheiten 20, 22, steuerbare Strahlablenkvorrichtung 24, optisches Strahlaufweitungs-Bauteil 28 und transparentes optisches Bauelement 30) ist nun auch der Scan- oder Schwenkwinkel bzw. Scanbereich (Doppelpfeil 48) sichtbar. Im Beispiel wird horizontal gescannt. Der entsprechende horizontale Scanwinkelbereich des Scanwinkels αh umfasst 150°. Der Strahlengang ist in dieser Darstellung über Pfeilspritzen bzw. Dreiecke angedeutet.The 2 now shows the transmitter unit 10 the 1 in a partial sectional view looking from below. In addition to the individual components (light source 14 , Collimator units 20 . 22 , controllable beam deflection device 24 , optical beam expansion component 28 and transparent optical component 30 ) is now also the scan or swivel angle or scan area (double arrow 48 ) visible. In the example, scanning is horizontal. The corresponding horizontal scan angle range of the scan angle α h comprises 150 °. The beam path is indicated in this illustration by arrow syringes or triangles.

Grundsätzlich ist es erwünscht, dass der Sendelichtstrahl 12 ein im Wesentlichen rechteckiges Gesichtsfeld 50 einer (nicht gezeigten) Empfangseinheit der Objekterfassungseinrichtung (wie in 3 gezeigt) überfährt. Abweichend von diesem gewünschten Gesichtsfeld (FOV: Field of View) ergeben sich bei einer derartigen Sendeeinheit 10 jedoch ohne Korrektur- oder Kompensationsmaßnahmen in der Regel ein oder mehrere Fehler (= Abweichungen von dieser gewünschten Form des Gesichtsfeldes 50) in der resultierenden Scangeometrie des durch die steuerbare Strahlablenkvorrichtung 24 gescannten Sendelichtstrahls 12.Basically, it is desirable that the transmitted light beam 12 an essentially rectangular field of view 50 a receiving unit (not shown) of the object detection device (as in 3 shown) runs over. Deviating from this desired field of view (FOV: Field of View) results in such a transmission unit 10 however, usually without correction or compensation measures, one or more errors (= deviations from this desired form of the visual field 50 ) in the resulting scan geometry of the controllable beam deflection device 24 scanned transmission light beam 12 ,

Bevor nun der Hauptfehler in der resultierenden Scangeometrie anhand der 3 diskutiert wird, soll der Grund für diesen Hauptfehler kurz benannt werden. Der Grund für diesen Fehler in der Scangeometrie liegt in dem Verkippen des steuerbaren Mikrospiegels 38 der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung 24 gegenüber der Achse des zweiten Strahlengang-Abschnitts 36. Entsprechend kann man diesen Fehler als Verkippfehler oder Tilt-Fehler bezeichnen. Der Verkippfehler führt im Zusammenhang mit einer Scaneinheit wie dem steuerbaren Mikrospiegel 38 zu einem unter dem Namen „Smiley-Effekt“ bekannten unerwünschten Phänomen, bei dem die Scanlinie bzw. Scanfläche 52, 54 bogenförmig verformt ist.Before the main error in the resulting scan geometry using the 3 is discussed, the reason for this main error should be briefly named. The reason for this error in the scan geometry lies in the tilting of the controllable micromirror 38 the controllable beam deflection device 24 with respect to the axis of the second beam path section 36 , Accordingly, this error can be referred to as a tilt error or tilt error. The tilting error results in connection with a scanning unit such as the controllable micromirror 38 to an undesirable phenomenon known as the "smiley effect", in which the scan line or scan surface 52 . 54 is deformed into an arc.

Der verwendete Sendelichtstrahl 12 hat einen linienförmigen Strahlquerschnitt, wie in 3 angedeutet. Die Länge bzw. Weite dieser Linienform ist in den 1 und 3 dargestellt und wird mittels der optischen Strahlaufweitungs-Bauteile 28, 34 von etwa 6.5° auf αv = 26° gestreckt, was der 3 zu entnehmen ist. Es ergibt sich somit bei einer Scanrichtung senkrecht zu dieser Aufweitung (also im Beispiel bei einem vertikalen Scan) eine (in 3 gezeigte) aufgeweitete Scanfläche 54, die das gewünschte Gesichtsfeld (FOV) 50 vollständig abdeckt. The transmitted light beam 12 has a linear beam cross section, as in 3 indicated. The length or width of this line shape is in the 1 and 3 shown and is by means of the optical beam expansion components 28 . 34 stretched from about 6.5 ° to α v = 26 °, which is the 3 can be seen. With a scanning direction perpendicular to this widening (thus in the example with a vertical scan), this results in a (in 3 shown) expanded scan area 54 that have the desired field of view (FOV) 50 completely covers.

Zur teilweisen Kompensation des Verkippfehlers weist die Sendeeinheit 10 nun die optischen Strahlaufweitungs-Bauteile 28, 34 auf, die derart angeordnet sind, dass der Sendelichtstrahl 12 eines dieser optischen Strahlaufweitungs-Bauteile 34 vor der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung 24 und das andere der optische Strahlaufweitungs-Bauteile 28 nach der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung 24 passiert.The transmitter unit points to the partial compensation of the tilting error 10 now the optical beam expansion components 28 . 34 on, which are arranged such that the transmitted light beam 12 one of these optical beam expansion devices 34 in front of the controllable beam deflection device 24 and the other of the optical beam expansion devices 28 after the controllable beam deflection device 24 happens.

Dabei ist die Strahlaufweitung in den Endbereichen der Scanfläche (z.B. bei αh = ± 75°) höher als im Mittelbereich (z.B. bei αh = 0°), sodass der „Smiley-Effekt“ aufgrund des Verkipp-Fehlers in Aufweit-Richtung auf einer Seite (der Unterseite in 3) kompensiert wird.The beam expansion in the end areas of the scan area (eg at α h = ± 75 °) is higher than in the central area (eg at α h = 0 °), so that the "smiley effect" due to the tilting error in the direction of expansion one side (the bottom in 3 ) is compensated.

Im Folgenden sollen zentrale Aspekte der Erfindung sowie Aspekte möglicher Ausführungsformen noch einmal mit anderen Worten beschrieben werden:

  • Als Grundannahme wird davon ausgegangen, dass eine zufriedenstellende Korrektur des Smiley-Effektes nicht einfach möglich ist. Daher wird ein alternativer Ansatz vorgeschlagen, welcher eine Strahlaufweitung des vertikalen Strahlenbündels unter Beibehaltung eines horizontalen Divergenzwinkels von 0.1° vorsieht.
In the following, central aspects of the invention and aspects of possible embodiments are to be described again in other words:
  • As a basic assumption, it is assumed that a satisfactory correction of the smiley effect is not easily possible. An alternative approach is therefore proposed, which provides for a beam expansion of the vertical beam bundle while maintaining a horizontal divergence angle of 0.1 °.

Die Strahlaufweitung in vertikaler Richtung erfolgt hierbei zum einen durch einen strahlumlenkenden Spiegel 34 vor dem strahlsteuerenden MEMS-Spiegel -im Beispiel ein als SAC-Spiegel (SAC: Slow-Axis-Collimating) bezeichneter Zylinderspiegel der zweiten Kollimator-Einheiten 22 - , sowie nachfolgend durch ein optisches Element 28, welches zusammen mit dem als Schutzglas dienenden transparenten optischen Bauelements 30 eine feste mechanische Einheit bilden kann. Das optische Element 28 ist als Strahlaufweitungs-Linsenelement 26 ausgestaltet, welches z.B. in Form einer diskontinuierlichen konkaven Zylinderlinse mit prismatischer Endfläche ausgestaltet ist oder als ein diffraktives Optisches Element (DOE), welche den Sendelichtstrahl 12 verkippt, sodass der Strahlschwerpunkt nach Durchgang parallel zum Strahlschwerpunkt des ursprünglichen Strahls 12 verläuft. Zusätzlich kann der Strahl durch das optische Element 28 in der vertikalen Achse aufgeweitet werden, sodass das Gesichtsfeld 50 des Empfängers voll abgedeckt wird, wobei bevorzugt eine Strahldivergenz von 0.1° in horizontaler Scanrichtung erhalten bleibt.The beam expansion in the vertical direction takes place on the one hand by a beam deflecting mirror 34 in front of the beam-controlling MEMS mirror - in the example a cylinder mirror of the second collimator units called SAC mirror (SAC: slow-axis collimating) 22 -, and subsequently by an optical element 28 , which together with the transparent optical component serving as protective glass 30 can form a solid mechanical unit. The optical element 28 is as a beam expansion lens element 26 configured, which is designed, for example, in the form of a discontinuous concave cylindrical lens with a prismatic end face or as a diffractive optical element (DOE), which emits the transmitted light beam 12 tilted so that the beam center after passing parallel to the beam center of the original beam 12 runs. In addition, the beam can pass through the optical element 28 be widened in the vertical axis so that the visual field 50 of the receiver is fully covered, preferably with a beam divergence of 0.1 ° in the horizontal scanning direction.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Sendeeinheittransmission unit 1010 SendelichtstrahlTransmitted light beam 1212 Lichtquellelight source 1414 Strahlengangbeam path 1616 optisches Kollimator-Moduloptical collimator module 1818 erste Kollimator-Einheitfirst collimator unit 2020 zweite Kollimator-Einheitsecond collimator unit 2222 steuerbare Strahlablenkvorrichtungcontrollable beam deflection device 2424 Strahlaufweitungs-LinsenelementRay flare lens element 2626 optisches Strahlaufweitungs-Bauteiloptical beam expansion component 2828 transparentes optisches Bauelementtransparent optical component 3030 erster Abschnitt (Strahlengang)first section (beam path) 3232 optisches Strahlaufweitungs-Bauteiloptical beam expansion component 3434 zweiter Abschnitt (Strahlengang)second section (beam path) 3636 steuerbarer Mikrospiegelcontrollable micromirror 3838 Achse (verschwenken)Axis (swivel) 4040 Doppelpfeildouble arrow 4242 Deckglas cover glass 4343 dritter Abschnitt (Strahlengang)third section (beam path) 4444 Innenseiteinside 4646 Scan-BereichScanning Area 4848 Gesichtsfeld (FOV)Visual field (FOV) 5050 Unaufgeweitete Scanfläche (mit Verkipp-Fehler)Unexpanded scan area (with tilting error) 5252 Scanfläche (mit Verkipp-Fehler)Scan area (with tilting error) 5454 Oberflächennormale (Mikrospiegel)Surface normal (micromirror) nn Kippwinkeltilt angle θθ

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102012025281 A1 [0003]DE 102012025281 A1 [0003]

Claims (10)

Sendeeinheit (10) für eine optische Objekterfassungseinrichtung, mit - einer Lichtquelle (14) zum Erzeugen eines Sendelichtstrahls (12), - einer steuerbaren Strahlablenkvorrichtung (24) als Scaneinheit für den Sendelichtstrahl (12) und - einem transparenten optischen Bauelement (30), welches zumindest die steuerbare Strahlablenkvorrichtung (24) abdeckt, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Strahlaufweitungs-Bauteil (28, 34) zum Aufweiten des Sendelichtstrahls (12) senkrecht zu einer Scan-Richtung der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung (24).Transmission unit (10) for an optical object detection device, with - a light source (14) for generating a transmission light beam (12), - a controllable beam deflection device (24) as a scanning unit for the transmission light beam (12) and - a transparent optical component (30), which covers at least the controllable beam deflection device (24), characterized by at least one optical beam expansion component (28, 34) for expanding the transmitted light beam (12) perpendicular to a scanning direction of the controllable beam deflection device (24). Sendeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Strahlengang (16) des Sendelichtstrahls (12) ergibt, bei dem der Sendelichtstrahl (12) ein optisches Strahlaufweitungs-Bauteil (34) vor der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung (24) und ein optisches Strahlaufweitungs-Bauteil (28) nach der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung (24) passiert.Sending unit after Claim 1 , characterized in that there is a beam path (16) of the transmitted light beam (12) in which the transmitted light beam (12) follows an optical beam expansion component (34) in front of the controllable beam deflection device (24) and an optical beam expansion component (28) the controllable beam deflection device (24) happens. Sendeeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine optische Strahlaufweitungs-Bauteil (34) als Spiegelelement und das andere optische Strahlaufweitungs-Bauteil (28) als Strahlaufweitungs-Linsenelement (26) ausgebildet ist.Sending unit after Claim 2 , characterized in that the one optical beam expansion component (34) is designed as a mirror element and the other optical beam expansion component (28) is designed as a beam expansion lens element (26). Sendeeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlaufweitungs-Linsenelement (26) auf der der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung (24) zugewandten Innenseite (46) des transparenten optischen Bauelements (30) angeordnet ist.Sending unit after Claim 3 , characterized in that the beam expansion lens element (26) is arranged on the inside (46) of the transparent optical component (30) facing the controllable beam deflection device (24). Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (14) und der steuerbaren Strahlablenkvorrichtung (24) angeordnetes optisches Kollimator-Modul (18).Sending unit according to one of the Claims 1 to 4 , characterized by an optical collimator module (18) arranged in the beam path between the light source (14) and the controllable beam deflection device (24). Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollimatoreinheit (22) des Kollimator-Moduls (18) eines der optischen Strahlaufweitungs-Bauteile (34), insbesondere das als Spiegelelement ausgebildete optische Strahlaufweitungs-Bauteil (34), aufweist.Sending unit according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that a collimator unit (22) of the collimator module (18) has one of the optical beam expansion components (34), in particular the optical beam expansion component (34) designed as a mirror element. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Strahlablenkvorrichtung (24) einen steuerbaren Mikrospiegel (38) aufweist, der insbesondere als MEMS-Spiegel ausgebildet ist.Sending unit according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the controllable beam deflection device (24) has a controllable micromirror (38) which is in particular designed as a MEMS mirror. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente optische Bauelement (30) ein Schutzglas ist, welches die Lichtquelle (14), das zumindest eine optische Strahlaufweitungs-Bauteil (28, 34) und die steuerbare Strahlablenkvorrichtung (24) nach außen abdeckt.Sending unit according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the transparent optical component (30) is a protective glass which covers the light source (14), the at least one optical beam expansion component (28, 34) and the controllable beam deflection device (24) to the outside. Optische Objekterfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Sendeeinheit (10) zum Aussenden eines Sendelichtstrahls (12), mit einer Empfangseinheit zum Empfangen eines Empfangslichtstrahls, und mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung zum Detektieren eines fahrzeugexternen Objektes in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs abhängig von dem Empfangslichtstrahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.Optical object detection device for a motor vehicle, with a transmission unit (10) for emitting a transmission light beam (12), with a reception unit for receiving a reception light beam, and with an electronic evaluation device for detecting an object external to the vehicle in an environment of the motor vehicle depending on the reception light beam, characterized that the transmitter unit (10) according to one of the Claims 1 to 8th is trained. Kraftfahrzeug mit einer optischen Objekterfassungseinrichtung nach Anspruch 9.Motor vehicle with an optical object detection device according to Claim 9 ,
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