DE102018130494A1

DE102018130494A1 - Empfangseinrichtung für eine optoelektronische Sensorvorrichtung und optoelektronische Sensorvorrichtung mit einer solchen Empfangseinrichtung

Info

Publication number: DE102018130494A1
Application number: DE102018130494.3A
Authority: DE
Inventors: Ho-Hoai-Duc Nguyen
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung (11) für eine optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug, welche Empfangseinrichtung (11) wenigstens zwei Empfangseinheiten zum Empfangen von Lichtstrahlen und eine Optik (12) zum Abbilden eines Sichtfeldes auf die wenigstens zwei Empfangseinheiten aufweist, wobei die Optik (12) wenigstens zwei Teiloptiken (12.1, 12.2, 12.3) umfasst, wobei jede der wenigstens zwei Teiloptiken (12.1, 12.2, 12.3) einer der wenigstens zwei Empfangseinheiten zugeordnet und im Strahlengang vor der jeweiligen Empfangseinheit angeordnet ist und einen Teilbereich (FoV, FoV, FoV) des Sichtfeldes auf die ihr zugeordnete Empfangseinheit abbildet, wobei eine erste Teiloptik (12.1) der wenigstens zwei Teiloptiken (12.1, 12.2, 12.3) ausgestaltet ist, einen ersten Teilbereich (FoV) des Sichtfeldes in einer ersten Auflösung auf eine ihr zugeordnete erste Empfangseinheit der wenigstens zwei Empfangseinheiten abzubilden, während eine zweite Teiloptik (12.2) der wenigstens zwei Teiloptiken (12.1, 12.2, 12.3) ausgestaltet ist, einen zweiten Teilbereich (FoV) des Sichtfeldes in einer zweiten Auflösung auf eine ihr zugeordnete zweite Empfangseinheit der wenigstens zwei Empfangseinheiten abzubilden, wobei die erste Auflösung höher als die zweite Auflösung ist. Bei der optoelektronischen Sensorvorrichtung handelt es sich insbesondere um einen LiDAR-Sensor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung für eine optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug und eine optoelektronische Sensorvorrichtung, insbesondere einen LiDAR-Sensor, mit einer solchen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrunterstützungssystem und ein Fahrzeug mit einer solchen optoelektronischen Sensorvorrichtung.
In Fahrzeugen werden häufig optoelektronische Sensoren, insbesondere sogenannte LiDAR-Sensoren (LiDAR- Light detection and ranging), beispielsweise als Laserscanner, oder Radar-Sensoren zur Erfassung von sich in einer Fahrzeugumgebung befindenden Objekten eingesetzt. Mit Hilfe derartiger optoelektronischer Sensoren können Abstandsdaten in Bezug auf bewegliche Objekte wie beispielsweise entgegenkommende oder vorausfahrende Fahrzeuge oder auch in Bezug auf unbewegliche Objekte wie beispielsweise fahrbahnbegrenzende Leitplanken ermittelt werden. Die Ermittlung eines Abstandes zwischen dem Fahrzeug und dem betreffenden Objekt erfolgt dabei in der Regel auf der Grundlage der Laufzeit eines von dem optoelektronischen Sensor ausgesendeten Lichtpulses, welcher an dem Objekt reflektiert wird, wobei der reflektierte Lichtpuls wiederum von dem optoelektronischen Sensor empfangen wird. D.h. die Ermittlung des Abstandes zwischen Fahrzeug und Objekt erfolgt nach dem sogenannten Time-of-Flight-Prinzip. Darüber hinaus kann teilweise auch eine Ermittlung einer Geschwindigkeit des Objekts erfolgen.
Abstands- und Geschwindigkeitsdaten der mittels des optoelektronischen Sensors erfassten Objekte können dann zur Auswertung und Einleitung von Maßnahmen einem im Fahrzeug vorgesehenen Fahrunterstützungssystem zur Verfügung gestellt werden. Bei Kollisionsgefahr mit einem anderen Verkehrsteilnehmer, zum Beispiel einem Fußgänger oder einem anderen Fahrzeug, kann das Fahrunterstützungssystem zum Beispiel das Fahrverhalten derart steuern, dass eine Kollision möglichst vermieden oder zumindest eine Schadensbegrenzung herbeigeführt werden kann. Ferner kann das Fahrunterstützungssystem insbesondere im Betriebsmodus des autonomen Fahrens das Fahrzeug derart steuern, dass es beispielsweise einem vorausfahrenden Fahrzeug folgt. Hierzu kann das Fahrunterstützungssystem insbesondere in die Lenkung, das Bremssystem und/oder das Antriebssystem des Fahrzeugs eingreifen. Als Fahrerassistenzsystem kann das Fahrunterstützungssystem einen Führer des Fahrzeugs beim Fahren unterstützen, beispielsweise indem eine Warnung erzeugt wird. Prinzipiell sin aber auch Fahrerassistenzsysteme bekannt, bei denen beispielsweise ein Bremsvorgang erfolgt im Falle eines vorhersehbaren Zusammenstoßes mit einem Objekt.
Zum Empfang von an einem Objekt reflektierten Lichtstrahlen weist ein bekannter LiDAR-Sensor eine Empfangseinrichtung 1 auf, wie sie in 1 dargestellt ist. Die Empfangseinrichtung 1 weist drei baugleiche Empfangseinheiten (nicht dargestellt) auf, die nebeneinander angeordnet sind und dazu dienen, an im Sichtfeld des LiDAR-Sensors befindlichen Objekten reflektierte Lichtstrahlen zu empfangen. Die Empfangseinrichtung weist ferner eine Optik 2 auf, die dazu dient, das Sichtfeld des LiDAR-Sensors auf die drei Empfangseinheiten abzubilden. Hierzu umfasst die Optik 2 drei Teiloptiken 2.1, 2.2, 2.3, wobei jede der Teiloptiken 2.1, 2.2, 2.3 eine der drei Empfangseinheiten zugeordnet und im Strahlengang vor der jeweiligen Empfangseinheit angeordnet ist. Dadurch wird durch jede der drei Teiloptiken 2.1, 2.2, 2.3 ein Teilbereich FoV₁ , FoV₂ , FoV₃ des Sichtfeldes (im englischen „Field of View“ - FoV) auf die ihr zugeordnete Empfangseinheit abgebildet. Dabei sind die drei Teiloptiken 2.1, 2.2, 2.3 im im Fahrzeug verbauten Zustand des LiDAR-Sensors in einer horizontalen Ebene entlang eines Kreisbogensegments nebeneinander angeordnet, wobei die Teiloptik 2.1 mittig zwischen den Teiloptiken 2.2 und 2.3 angeordnet ist.
Die Optik 2 ist modular aufgebaut und die Teiloptiken 2.1, 2.2, 2.3 umfassen jeweils eine (Empfangs-)Linse. Bei einem Sichtfeld des LiDAR-Sensors von 150° sind die Teiloptiken 2.1, 2.2, 2.3 der bekannten Empfangseinrichtung 1 beispielsweise so ausgebildet, dass sie jeweils einen Teilbereich FoV₁ , FoV₂ , FoV₃ des Sichtfeldes von etwa 52° abdecken, wobei eine Überlappung der Teilbereiche benachbarter Teiloptiken von 2° berücksichtigt ist. Sämtliche Teiloptiken 2.1, 2.2 und 2.3 der bekannten Empfangseinrichtung 1 bilden ihren jeweiligen Teilbereich FoV₁ , FoV₂ , FoV₃ des Sichtfeldes in einer Auflösung von 0,2° ab. Entsprechend weisen die drei Teiloptiken 2.1, 2.2, 2.3 auch identische physische Dimensionen auf und haben in der Draufsicht beispielsweise eine Fläche von 40mm x 45 mm.
Mit der bekannten Empfangseinrichtung 1 für einen LiDAR-Sensor lässt sich für das gesamte Sichtfeld von 150° eine Erfassungsreichweite von etwa 75 m erzielen. Durch den Winkelbereich von 52° der Teilbereiche FoV₁ , FoV₂ , FoV₃ , der nicht nur von der mittigen Teiloptik 2.1, sondern auch von den seitlichen Teiloptiken 2.2 und 2.3 abgebildet wird, ergeben sich für die seitlichen Teiloptiken 2.2 und 2.3 relativ große Dimensionen, was wiederum die Dimensionen und somit den Bauraumbedarf des LiDAR-Sensors insgesamt vergrößert.
Insbesondere für autonomes Fahren wären für die Erfassung der Fahrzeugumgebung jedoch optoelektronische Sensoren, insbesondere LiDAR-Sensoren, mit einem breiten Sichtfeld von bis zu 150°, einer Winkelauflösung besser als 0,1° und/oder einer höheren Erfassungsreichweite/Detektionsreichweite wünschenswert. Allerdings machen solche Ausgestaltungen der optoelektronischen Sensoren mit einem großen Sichtfeld und einer verbesserten Winkelauflösung typischerweise eine komplexe optische Ausgestaltung erforderlich, welche jedoch in der Regel zu einer begrenzten Reichweite führt. Ferner wären eine kompakte Ausgestaltung bzw. ein geringer Bauraumbedarf sowie niedrige Kosten wünschenswert. Für die Fahrzeuganwendung, insbesondere für das autonome Fahren, ist dabei bei den optoelektronischen Sensoren besonders im mittleren/mittigen Bereich des Sichtfeldes eine hohe Leistung von größter Wichtigkeit, während an den Seiten des Sichtfeldes die Leistung weniger hoch sein kann. Es wird dabei davon ausgegangen, dass sich das Sichtfeld in horizontaler Richtung erstreckt. Eine hohe Leistung wird dabei durch eine große Reichweite und eine hohe Auflösung definiert.
Die europäische Patentschrift EP 2 184 616 B1 schlägt hierzu ein Verfahren vor, mit welchem ein Sichtfeld eines Lidar-Sensors je nach Anforderung mit unterschiedlicher Auflösung abgetastet werden kann. In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 045 302 A1 ist wiederum offenbart, dass auch innerhalb eines Messzyklus eines Lidar-Sensors unterschiedliche Bereiche von dessen Sichtfeld mit unterschiedlichen Auflösungen abgetastet werden können. Diese bekannten Verfahren benötigen jedoch eine relativ hohe Rechenleistung, die durch entsprechende Rechenkapazität in einem Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden muss.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Empfangseinrichtung für eine optoelektronische Sensorvorrichtung, insbesondere einen LiDAR-Sensor, bereitzustellen, welche insbesondere im mittigen Bereich des Sichtfeldes eine hohe Leistung, insbesondere eine große Reichweite und eine hohe Auflösung aufweist, und sich durch eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung mit geringem Bauraumbedarf und geringem Bedarf an Rechenleistung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine Empfangseinrichtung für eine optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung für eine optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug weist wenigstens zwei Empfangseinheiten zum Empfangen von Lichtstrahlen und eine Optik zum Abbilden eines Sichtfeldes auf die wenigstens zwei Empfangseinheiten auf. Die Optik umfasst wenigstens zwei Teiloptiken. Jede der wenigstens zwei Teiloptiken ist einer der wenigstens zwei Empfangseinheiten zugeordnet und im Strahlengang vor der jeweiligen Empfangseinheit angeordnet und bildet einen Teilbereich des Sichtfeldes auf die ihr zugeordnete Empfangseinheit ab. Dabei ist eine erste Teiloptik der wenigstens zwei Teiloptiken ausgestaltet, einen ersten Teilbereich des Sichtfeldes in einer ersten Auflösung auf eine ihr zugeordnete erste Empfangseinheit der wenigstens zwei Empfangseinheiten abzubilden, während eine zweite Teiloptik der wenigstens zwei Teiloptiken ausgestaltet ist, einen zweiten Teilbereich des Sichtfeldes in einer zweiten Auflösung auf eine ihr zugeordnete zweite Empfangseinheit der wenigstens zwei Empfangseinheiten abzubilden, wobei die erste Auflösung höher als die zweite Auflösung ist. Dabei sind die erste Teiloptik und die zweite Teiloptik vorzugsweise derart ausgestaltet, dass der von der ersten Teiloptik abgebildete erste Teilbereich des Sichtfeldes kleiner ist als der von der zweiten Teiloptik abgebildete zweite Teilbereich des Sichtfeldes. Unter dem Sichtfeld wird das Sichtfeld der Empfangseinrichtung bzw. der optoelektronischen Sensorvorrichtung verstanden, im englischen „field of view“, FoV.
Dadurch können für optoelektronische Sensoren mit einer solchen Empfangseinheit einerseits ein breites Sichtfeld und andererseits eine hohe Winkelauflösung bei einer gleichzeitig hohen Erfassungsreichweite/Detektionsreichweite erreicht werden. Dies wird möglich durch die Kombination der wenigstens zwei Teiloptiken mit den zugeordneten Empfangseinheiten mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften ausgehend von den unterschiedlich ausgestalteten Teiloptiken. Durch die Kombination dieser unterschiedlichen Eigenschaften kann die optoelektronische Sensorvorrichtung mit gewünschten Eigenschaften designt werden.
Bei der optoelektronischen Sensorvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen LiDAR-Sensor. Die Empfangseinheiten sind bevorzugt gleichartig ausgebildet und können beispielsweise durch lichtempfindliche elektronische Bauelemente wie CCD-Sensoren (CCD - Charge-coupled device) gebildet sein, wobei mehrere Empfangseinheiten als ein CCD-Chip realisiert sein können. Die Optik ist vorzugsweise modular ausgebildet. Bevorzugt sind die erste Teiloptik und die zweite Teiloptik jeweils durch eine Linse gebildet, sodass die Optik der erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung als modulares Linsensystem ausgebildet ist. Alternativ können die Teiloptiken als ein integrales Bauteil ausgebildet sein.
Gemäß bevorzugter Ausgestaltung umfasst die Optik drei Teiloptiken, wobei eine dritte Teiloptik einer dritten Empfangseinheit zugeordnet und im Strahlengang vor der dritten Empfangseinheit angeordnet ist und ausgestaltet ist, einen dritten Teilbereich des Sichtfeldes in einer dritten Auflösung auf die ihr zugeordnete dritte Empfangseinheit abzubilden, wobei die dritte Auflösung gleich der zweiten Auflösung ist. Die dritte Teiloptik ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass der von der dritten Teiloptik abgebildete dritte Teilbereich des Sichtfeldes gleich groß wie der von der zweiten Teiloptik abgebildete zweite Teilbereich des Sichtfeldes ist. Die dritte Teiloptik ist vorzugsweise ebenfalls als Linse des die Optik der erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung bildenden modularen Linsensystems ausgebildet. Das (gesamte) Sichtfeld der Empfangseinrichtung bzw. der optoelektronischen Sensorvorrichtung wird somit gemäß bevorzugter Ausgestaltung mindestens auf drei Teiloptiken aufgeteilt.
Gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltung sind die erste Teiloptik, die zweite Teiloptik und die dritte Teiloptik der Optik der erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung nebeneinander angeordnet, wobei die erste Teiloptik mittig zwischen der zweiten Teiloptik und der dritten Teiloptik vorgesehen ist. Die erste Teiloptik, die zweite Teiloptik und die dritte Teiloptik sind dabei vorzugsweise auf einem Kreisbogensegment derart nebeneinander angeordnet, dass sie das gesamte gewünschte Sichtfeld abdecken. Im insbesondere in einem Fahrzeug verbauten Zustand der Empfangseinrichtung bzw. des optoelektronischen Sensors sind die erste Teiloptik, die zweite Teiloptik und die dritte Teiloptik bevorzugt in einer horizontalen Ebene angeordnet. Durch Ihre geringere Auflösung können die zweite und dritte Teiloptik geringere Abmessungen aufweisen, wodurch eine insgesamt kompakte Empfangseinrichtung mit kleinen Abmessungen bereitgestellt werden kann. Auch kann dadurch, dass die erste Teiloptik bei mittiger Anordnung eine höhere Auflösung als die zweite Teiloptik und die dritte Teiloptik hat, die seitlich von der ersten Teiloptik angeordnet sind, während der von der ersten Teiloptik abgebildete mittige erste Teilbereich des Sichtfeldes kleiner ist als der seitliche zweite Teilbereich und der seitliche dritte Teilbereich, die von der zweiten Teiloptik und der dritten Teiloptik abgebildet werden, vorteilhafterweise für den mittigen ersten Teilbereich eine höhere Erfassungsreichweite/Detektionsreichweite erzielt werden als für die seitlichen zweiten und dritten Teilbereiche und als bei der in 1 dargestellten bekannten Empfangseinrichtung. Dies gilt insbesondere bei Baugleichheit bzw. gleicher Ausführung der den einzelnen Teiloptiken jeweils zugeordneten Empfangseinheiten, beispielsweise indem die Empfangseinheiten als baugleiche Bereiche eines CCD-Chips ausgeführt sind. Die höhere Erfassungsreichweite im mittigen Teilbereich ist insbesondere bei Fahrzeuganwendungen wie dem autonomen Fahren für eine genaue Erfassung von vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten beispielsweise bei einer Zielverfolgung oder Kollisionsvermeidung von hoher Wichtigkeit.
Wird beispielsweise bei gleich bleibendem Sichtfeld der von der ersten Teiloptik abgebildete erste Teilbereich halb so groß gewählt wie sowohl der zweite Teilbereich als auch der dritte Teilbereich, wobei die durch die erste Teiloptik bereitgestellte erste Auflösung doppelt so groß gewählt wird wie die zweite und die dritte Auflösung der zweiten Teiloptik und der dritten Teiloptik, so ergibt sich dabei für den ersten Teilbereich eine doppelt so hohe Erfassungsreichweite. Ferner ergeben sich im verbauten Zustand in Draufsicht/horizontaler Ebene vorteilhafterweise geringere Dimensionen bei der zweiten und der dritten Teiloptik und somit bei der gesamten Optik, was zu einer Empfangseinrichtung und somit zu einem optoelektronischen Sensor von kompakter Bauweise und geringem Bauraumbedarf führt. Dabei kann die Erfindung auf sämtliche denkbaren Sichtfelder bei beliebiger Anzahl von Optikteilen und Empfangseinheiten angewendet werden, da die Teiloptiken prinzipiell jeweils beliebig ausgeführt und in Kombination angeordnet werden können.
Vorzugsweise beträgt die durch die erste Teiloptik realisierte Auflösung 0,1°, wobei die zweite Auflösung und die dritte Auflösung, die durch die zweite Teiloptik und die dritte Teiloptik realisiert werden, vorzugsweise jeweils 0,2° betragen. Um Anwendungen im Fahrzeugbereich, insbesondere beim autonomen Fahren, gerecht zu werden, beträgt bei einem gesamten Sichtfeld von 150° der von der mittigen ersten Teiloptik abgebildete erste Teilbereich des Sichtfeldes vorzugsweise 27°, und der von der zweiten Teiloptik abgebildete seitliche zweite Teilbereich des Sichtfeldes und der von der dritten Teiloptik abgebildete seitliche dritte Teilbereich des Sichtfeldes betragen jeweils 65°. Dabei überlappen sich der erste, der zweite und der dritte Teilbereich vorzugsweise jeweils um 2°. Mit diesen Parametern lässt sich im mittleren ersten Teilbereich eine Erfassungsreichweite von etwa 150 m, d.h. etwa die doppelte Erfassungsreichweite wie beim in 1 gezeigten Stand der Technik, erzielen.
Dabei ändern sich die Dimensionen der Empfangseinheiten gegenüber der in 1 dargestellten bekannten Empfangseinrichtung 1 nicht, sodass die Kosten für die Empfangseinrichtung nicht ansteigen. Bei den seitlichen Teilbereichen, d.h. dem zweiten Teilbereich und dem dritten Teilbereich des Sichtfeldes, können Erfassungsreichweite und/oder Auflösung ohne weiteres reduziert sein, da die seitlichen Teilbereiche für Fahrzeuganwendungen, insbesondere für ein autonomes Fahren, weniger relevant sind als der mittige erste Teilbereich des Sichtfeldes. Als Faustregel ist bei gleichen Empfangseinheiten für eine Auflösung von bis zu minimal 0,1° die Erfassungsreichweite eines Teilbereichs umgekehrt proportional zum jeweiligen Teilbereich des Sichtfeldes in Grad und proportional zur Auflösung für den jeweiligen Teilbereich.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Empfangseinrichtung gemäß der Erfindung. Vorzugsweise ist die optoelektronischen Sensorvorrichtung als LiDAR-Sensor ausgebildet ist.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrunterstützungssystem für ein Fahrzeug mit einer optoelektronischen Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung. Das Fahrunterstützungssystem ist insbesondere ausgestaltet, durch entsprechenden Eingriff in die Lenkung, das Bremssystem und/oder das Antriebssystem des Fahrzeugs eine Kollision mit in der Fahrzeugumgebung befindlichen und von der optoelektronischen Sensorvorrichtung erfassten Objekten zu verhindern und/oder einem von der optoelektronischen Sensorvorrichtung erfassten vorausfahrenden Fahrzeug zu folgen. Insbesondere ist das Fahrunterstützungssystem ausgebildet, autonomes Fahren durchzuführen oder zumindest zu unterstützen. Selbstverständlich kann die optoelektronische Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung auch separat zu einem Fahrunterstützungssystem in einem Fahrzeug vorgesehen sein, wobei die optoelektronische Sensorvorrichtung kommunikativ mit dem Fahrunterstützungssystem verbunden ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einer optoelektronischen Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung oder mit einem Fahrunterstützungssystem gemäß der Erfindung. Das Fahrzeug ist insbesondere zum autonomen Fahren ausgebildet.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer bekannten Empfangseinrichtung für eine optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug aus dem Stand der Technik; und
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung für eine optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform.

1 ist bereits in der Beschreibungseinleitung beschrieben. Es wird auf die dortigen Beschreibungsteile betreffend 1 verwiesen.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Empfangseinrichtung 11 für eine optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform.
Die Empfangseinrichtung 11 weist drei hier nicht explizit dargestellte Empfangseinheiten auf, die vorzugsweise baugleich ausgeführt sind und beispielsweise als ein CCD-Chip realisiert sein können. Die Empfangseinheiten dienen dazu, an in einer Fahrzeugumgebung befindlichen Objekten reflektierte Lichtstrahlen zu empfangen. Die Lichtstrahlen werden von der optoelektronische Sensorvorrichtung abgestrahlt. Die Lichtstrahlen sind in diesem Ausführungsbeispiel Laserstrahlen, und die optoelektronische Sensorvorrichtung ist als LiDAR-Sensor ausgeführt.
Ferner weist die Empfangseinrichtung 11 eine Optik 12 auf, die drei Teiloptiken 12.1, 12.2 und 12.3 umfasst. Die Teiloptiken 12.1, 12.2 und 12.3 sind jeweils einer Empfangseinheit der Empfangseinrichtung 11 zugeordnet und im Strahlengang vor der jeweiligen Empfangseinheit angeordnet. Die Teiloptiken 12.1, 12.2 und 12.3 bilden jeweils einen Teilbereich eines Sichtfeldes der optoelektronischen Sensorvorrichtung auf die ihnen jeweils zugeordnete Empfangseinheit ab. Die Optik 12 ist modular aufgebaut, wobei die Teiloptiken 12.1, 12.2 und 12.3 in diesem Ausführungsbeispiel als einzelne Linsen realisiert sind. D.h. die Optik 12 wird durch ein modulares Linsensystem gebildet.
Die Teiloptiken 12.1, 12.2 und 12.3 sind im in einem Fahrzeug verbauten Zustand der Empfangseinrichtung 11 bzw. der optoelektronischen Sensorvorrichtung in einer horizontalen Ebene nebeneinander entlang eines Kreisbogensegments angeordnet, wie in 2 dargestellt ist, sodass sie hier ein beispielsweise ein Sichtfeld von 150°, abdecken. Dabei ist die erste Teiloptik 12.1 mittig, d.h. zwischen der zweiten Teiloptik 12.2 und der dritten Teiloptik 12.3, angeordnet. Die zweite Teiloptik 12.2 und die dritte Teiloptik 12.3 bilden seitliche Teiloptiken.
Die Auflösung, mit welcher die mittige erste Teiloptik 12.1 den von ihr erfassten ersten Teilbereich FoV₁ des Sichtfeldes auf die ihr zugeordnete Empfangseinheit abbildet (erste Auflösung), ist höher als die Auflösungen, mit welchen die seitlich angeordneten Teiloptiken 12.2 und 12.3 ihre jeweiligen Teilbereiche FoV₂ und FoV₃ auf die ihnen zugeordneten Empfangseinheiten abbilden (zweite Auflösung und dritte Auflösung). Dabei sind die Auflösungen der seitlichen Teiloptiken 12.2 und 12.3 identisch zueinander.
Für eine möglichst genaue Erfassung des mittigen ersten Teilbereichs FoV₁ des Sichtfeldes beträgt die erste Auflösung, mit welcher die erste Teiloptik 12.1 ihren Teilbereich FoV₁ abbildet, in diesem Ausführungsbeispiel etwa 0,1°. Da die seitlichen Teilbereiche FoV₂ und FoV₃ beispielsweise für ein autonomes Fahren weniger relevant sind, betragen die zweite und die dritte Auflösung jeweils etwa 0,2°.
Ferner sind die Teiloptiken 12.1, 12.2 und 12.3 bevorzugt derart ausgestaltet, dass der von der mittigen ersten Teiloptik 12.1 abgebildete erste Teilbereich FoV₁ des Sichtfeldes kleiner als die von den seitlichen Teiloptiken 12.2 und 12.3 abgebildeten seitlichen Teilbereiche FoV₂ und FoV₃ ist. Auf diese Weise wird für den mittleren ersten Teilbereich FoV₁ eine höhere (Erfassungs-)Reichweite erzielt im Vergleich zu den seitlichen Teilbereichen 12.2 und 12.3.
Für ein autonomes Fahren haben sich für ein gesamtes Sichtfeld von 150° ein mittiger Teilbereich FoV₁ von 27° und seitliche Teilbereiche FoV₂ und FoV₃ von jeweils 65° als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei sich die einzelnen Teilbereiche FoV₁ , FoV₂ und FoV₃ an ihren Rändern vorzugsweise jeweils um etwa 2° überlappen, um sicherzustellen, dass im abgebildeten Sichtfeld keine Lücken entstehen. Durch diese Wahl der Teilbereiche FoV₁ , FoV₂ und FoV₃ lässt sich insbesondere zusammen mit den wie oben ausgeführt gewählten Auflösungen für den mittigen Teilbereich FoV₁ vorteilhafterweise eine Verdoppelung der Erfassungsreichweite erzielen. Mit den obigen Zahlenangaben ergibt sich für den mittigen Teilbereich FoV₁ eine Erfassungsreichweite von etwa 150 m.
Wie aus 2 im Vergleich mit 1 ersichtlich ist, ergibt sich durch die Vergrößerung der seitlichen Teilbereiche FoV₂ und FoV₃ der seitlichen Teiloptiken 12.2 und 12.3 im Vergleich zum Stand der Technik eine dimensionsmäßige Verkleinerung der seitlichen Teiloptiken 12.2 und 12.3, da diese nun kürzer sind, was bei ihrer Schrägstellung, die sich auf der Anordnung entlang eines Kreisbogensegments ergibt, zu einer geringen seitlichen Ausdehnung und somit zu einem geringen Bauraumbedarf führt.
Bezugszeichenliste

1: Bekannte Empfangseinrichtung
2: Bekannte Optik
2.1, 2.2, 2.3: Optikteile einer bekannten Optik
11: Empfangseinrichtung
12: Optik
12.1, 12.2, 12.3: Optikteile

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2184616 B1 [0009]
DE 102005045302 A1 [0009]

Claims

Empfangseinrichtung für eine optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug, welche Empfangseinrichtung (11) wenigstens zwei Empfangseinheiten zum Empfangen von Lichtstrahlen und eine Optik (12) zum Abbilden eines Sichtfeldes auf die wenigstens zwei Empfangseinheiten aufweist, wobei die Optik (12) wenigstens zwei Teiloptiken (12.1, 12.2, 12.3) umfasst, wobei jede der wenigstens zwei Teiloptiken (12.1, 12.2, 12.3) einer der wenigstens zwei Empfangseinheiten zugeordnet und im Strahlengang vor der jeweiligen Empfangseinheit angeordnet ist und einen Teilbereich (FoV_1, FoV₂, FoV₃) des Sichtfeldes auf die ihr zugeordnete Empfangseinheit abbildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Teiloptik (12.1) der wenigstens zwei Teiloptiken (12.1, 12.2, 12.3) ausgestaltet ist, einen ersten Teilbereich (FoV₁) des Sichtfeldes in einer ersten Auflösung auf eine ihr zugeordnete erste Empfangseinheit der wenigstens zwei Empfangseinheiten abzubilden, während eine zweite Teiloptik (12.2) der wenigstens zwei Teiloptiken (12.1, 12.2, 12.3) ausgestaltet ist, einen zweiten Teilbereich (FoV₂) des Sichtfeldes in einer zweiten Auflösung auf eine ihr zugeordnete zweite Empfangseinheit der wenigstens zwei Empfangseinheiten abzubilden, wobei die erste Auflösung höher als die zweite Auflösung ist.
Empfangseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teiloptik (12.1) und die zweite Teiloptik (12.2) derart ausgestaltet sind, dass der von der ersten Teiloptik (12.1) abgebildete erste Teilbereich (FoV1) des Sichtfeldes kleiner ist als der von der zweiten Teiloptik (12.2) abgebildete zweite Teilbereich (FoV2) des Sichtfeldes.
Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (12) drei Teiloptiken (12.1, 12.2, 12.3) umfasst, wobei eine dritte Teiloptik (12.3) einer dritten Empfangseinheit zugeordnet und im Strahlengang vor der dritten Empfangseinheit angeordnet ist und ausgestaltet ist, einen dritten Teilbereich (FoV₃) des Sichtfeldes in einer dritten Auflösung auf die ihr zugeordnete dritte Empfangseinheit abzubilden, wobei die dritte Auflösung gleich der zweiten Auflösung ist.
Empfangseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auflösung 0,1° beträgt und die zweite Auflösung und die dritte Auflösung jeweils 0,2° betragen.
Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Teiloptik (12.3) derart ausgestaltet ist, dass der von der dritten Teiloptik (12.3) abgebildete dritte Teilbereich (FoV₃) des Sichtfeldes gleich groß wie der von der zweiten Teiloptik (12.2) abgebildete zweite Teilbereich (FoV₂) des Sichtfeldes ist.
Empfangseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (FoV₁) des Sichtfeldes 27° beträgt und der zweite Teilbereich (FoV₂) des Sichtfeldes und der dritte Teilbereich (FoV₃) des Sichtfeldes jeweils 65° betragen.
Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teiloptik (12.1), die zweite Teiloptik (12.2) und die dritte Teiloptik (12.3) nebeneinander angeordnet sind, wobei die erste Teiloptik (12.1) mittig zwischen der zweiten Teiloptik (12.2) und der dritten Teiloptik (12.3) vorgesehen ist.
Empfangseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teiloptik (12.1), die zweite Teiloptik (12.2) und die dritte Teiloptik (12.3) im verbauten Zustand in einer horizontalen Ebene angeordnet sind.
Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teiloptik (12.1), die zweite Teiloptik (12.2) und die dritte Teiloptik (12.3) jeweils durch eine Linse gebildet sind.
Optoelektronische Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Empfangseinrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Optoelektronische Sensorvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Sensorvorrichtung als LiDAR-Sensor ausgebildet ist.
Fahrunterstützungssystem für ein Fahrzeug mit einer optoelektronischen Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11.
Fahrzeug mit einer optoelektronischen Sensorvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 oder einem Fahrunterstützungssystem nach Anspruch 12.