DE102019101966A1

DE102019101966A1 - Positionserfassungseinrichtung für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung einer optischen Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten, Lichtsignalumlenkeinrichtung, Messvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Positionserfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE102019101966A1
Application number: DE102019101966.4A
Authority: DE
Inventors: Ho-Hoai-Duc Nguyen; Thomas Schuler
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-07-30
Also published as: WO2020156892A1; CN113597564A; US20220099806A1; CN113597564B; EP3918365A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungseinrichtung (60) für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) einer optischen Messvorrichtung (12) zur Erfassung von Objekten (18) in einem Überwachungsbereich (16), eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40), eine optische Messvorrichtung (12) und ein Verfahren zum Betreiben einer Positionserfassungseinrichtung (60). Die Positionserfassungseinrichtung (60) ist dazu ausgelegt, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen. Der wenigstens eine Umlenkbereich (42a, 42b) dient zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals (20, 22) und ist bezüglich wenigstens einer Achse (46) in wenigstens einer Drehrichtung (48) wenigstens teilumfänglich drehbar. Die Positionserfassungseinrichtung (60) weist wenigstens einen Positionsbereich (62) auf, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich (62) Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) mit vollziehen kann. Der wenigstens eine Positionsbereich (62) ist dazu ausgelegt, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen. Der wenigstens eine Positionsbereich (62) weist wenigstens eine diffraktive Struktur (63) auf, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Einfall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) zu Positions-Lichtsignalen (68) geformt werden können.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungseinrichtung für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung einer optischen Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, welche dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung wenigstens eines Umlenkbereichs der Lichtsignalumlenkeinrichtung korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals dient und bezüglich wenigstens einer Achse in wenigstens einer Drehrichtung wenigstens teilumfänglich drehbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Lichtsignalumlenkeinrichtung für eine optische Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, wobei die Lichtsignalumlenkeinrichtung aufweist

- wenigstens einen Umlenkbereich, der zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals dient und der bezüglich einer Achse in wenigstens einer Drehrichtung wenigstens teilumfänglich drehbar ist, und
- wenigstens eine Positionserfassungseinrichtung, mit der wenigstens ein zu einer Auslenkung wenigstens eines Umlenkbereichs korrespondierendes Positionssignal bereitgestellt werden kann.

- wenigstens einer Sendeeinrichtung zur Sendung von Lichtsignalen in den Überwachungsbereich,
- wenigstens einer Empfangseinrichtung, mit der an etwa im Überwachungsbereich vorhandenen Objekten reflektierte Lichtsignale empfangen werden können,
- wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung mit wenigstens einem Umlenkbereich zur Umlenkung von Lichtsignalen,
- wenigstens einer Positionserfassungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung wenigstens eines Umlenkbereichs der Lichtsignalumlenkeinrichtung korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen,
- mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, mit der die wenigstens eine Sendeeinrichtung, die wenigstens eine Empfangseinrichtung und die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung gesteuert werden können und mit der empfangene Lichtsignale und Positionssignale ausgewertet werden können.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Positionserfassungseinrichtung für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung einer optischen Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, bei dem wenigstens ein zu einer Auslenkung wenigstens eines Umlenkbereichs der Lichtsignalumlenkeinrichtung korrespondierendes Positionssignal bereitgestellt wird, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich bezüglich wenigstens einer Achse in wenigstens einer Drehrichtung wenigstens teilumfänglich gedreht wird und mit dem wenigstens einen Umlenkbereich wenigstens ein Lichtsignal umgelenkt wird.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2015 219 447 A1 ist eine Mikrospiegelanordnung zum Ablenken eines Lichtstrahls von einer Laserquelle bekannt, mit einem auslenkbaren Mikrospiegel und einem Positionsdetektor, der dazu ausgelegt ist, ein zu einer Auslenkung des Mikrospiegels korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionserfassungseinrichtung, eine Lichtsignalumlenkeinrichtung, eine optische Messvorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine Auslenkung wenigstens eines Umlenkbereichs der Lichtsignalumlenkeinrichtung einfacher und/oder genauer erfasst und/oder eingestellt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der Positionserfassungseinrichtung dadurch gelöst, dass

- die Positionserfassungseinrichtung wenigstens einen Positionsbereich aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich der Lichtsignalumlenkeinrichtung mechanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs mit vollziehen kann,
- der wenigstens eine Positionsbereich dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen und
- der wenigstens eine Positionsbereich wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale abhängig von deren Einfall auf den wenigstens einen Positionsbereich zu Positions-Lichtsignalen geformt werden können.

Erfindungsgemäß wird wenigstens eine diffraktive Struktur verwendet, um die Lichtsignale, welche auf den wenigstens einen Positionsbereich treffen, zu Positions-Lichtsignale zu formen. Aus den Positions-Lichtsignalen kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs ermittelt werden. So kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs besser, insbesondere genauer und schneller, erfasst werden. Mit der erfindungsgemäßen Positionserfassungseinrichtung kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs mit hoher Präzision erfasst werden. Ferner kann die Auslenkung unabhängig von einer Schwingfrequenz oder Drehgeschwindigkeit des wenigstens einen Umlenkbereichs ermittelt werden. Eine Rückmeldung über die Auslenkung kann in Echtzeit erfolgen. Entsprechend kann eine Regelung der optischen Messvorrichtung verbessert werden.
Diffraktive Strukturen können einfach realisiert und gehandhabt werden. Ein Justageaufwand kann im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Positionsdetektor verringert werden. Die Anforderungen in Bezug auf die Qualität der Lichtsignale können außerdem gesenkt werden. Ferner können diffraktive Strukturen individuell angepasst werden, um die gewünschte Formung der Lichtsignale zu erreichen.
Diffraktive Strukturen sind bekanntermaßen Strukturen, an denen Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, geformt werden können. Dies geschieht als Beugung an optischen Gittern. Dabei können die diffraktiven Strukturen individuell ausgestaltet werden. Sie können so realisiert werden, dass ein einfallender Lichtstrahlen abhängig von dem Einfallswinkel und/oder einer Einfallstelle auf die diffraktive Struktur entsprechend geformt wird. Diffraktive Strukturen können in Transmission und/oder Reflexion betrieben werden.
Mit der Erfindung kann eine Lichtsignalumlenkeinrichtung für eine optische Messvorrichtung mit einer langlebigen und wartungsfreien Positionserfassungseinrichtung realisiert werden. Ferner kann die Positionserfassungseinrichtung einfach und kompakt ausgestaltet sein. So kann eine hohe Flexibilität erreicht werden, ohne ein komplexes optisches Design erforderlich ist.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Umlenkbereich mit wenigstens einer Antriebseinrichtung drehend oder schwingend angetrieben werden. Eine Schwingung des wenigstens einen Umlenkbereichs um die Achse im Sinne der Erfindung ist eine teilumfängliche Drehung, bei der die Drehrichtung bei erreichen entsprechender Umkehrpunkte umgekehrt wird. Der wenigstens eine Positionsbereich ist mit dem wenigstens einen Umlenkbereich mechanisch so gekoppelt, dass der wenigstens eine Positionsbereich Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs mit vollziehen kann.
Mit Drehung des wenigstens einen Umlenkbereichs wird ein Einfall der für die Positionserfassung verwendeten Lichtsignale auf den wenigstens einen Positionsbereich verändert. Der Einfall wird durch den Einfallswinkel und die Einfallstelle, in der das Lichtsignal auf den wenigstens einen Positionsbereich trifft, charakterisiert. Zur Veränderung des Einfalls kann entweder der Einfallswinkel oder die Einfallstelle oder beides verändert werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein auf den wenigstens einen Positionsbereich treffendes Lichtsignal als Lichtpuls realisiert sein. Ein Anfang und ein Ende eines Lichtpulses kann bestimmt, insbesondere gemessen, werden.
Vorteilhafterweise kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung als Mikrospiegelanordnung ausgestaltet sein, welche wenigstens einen um eine Achse drehbaren oder schwenkbaren Mikrospiegel aufweist. Die Spiegelfläche des Mikrospiegels bildet dabei einen Umlenkbereich, der zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals dient. Alternativ kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung wenigstens eine diffraktive Struktur als Umlenkbereich aufweisen. Die wenigstens eine diffraktive Struktur kann auf einem Substrat angeordnet sein, welches seinerseits um die Achse drehbaren oder schwenkbar ist. Auf diese Weise ist die wenigstens eine diffraktive Struktur des Umlenkbereichs drehbar oder schwenkbar. Wenigstens ein Positionsbereich kann entsprechend auf dem wenigstens einen Mikrospiegel oder dem wenigstens einen Substrat angeordnet sein. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Positionsbereich gemeinsam mit dem jeweiligen Umlenkbereich, nämlich einer Spiegelfläche oder einer weiteren diffraktiven Struktur, gedreht oder geschwenkt werden.
Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfahren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Messvorrichtungen können als Time-of-Flight-(TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (LiDAR), Laser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Lichtsignals mit der Sendeeinrichtung und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals mit einer entsprechenden Empfangseinrichtung der Messvorrichtung gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem erkannten Objekt ermittelt.
Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit Lichtsignalen ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die Strahlrichtungen der entsprechenden Lichtsignale über den Überwachungsbereich sozusagen geschwenkt werden. Hierbei kommt wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung zum Einsatz.
Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Senderlichtquelle wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Lasersignale als Lichtsignale gesendet werden. Mit dem Laser können Lichtsignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Entsprechend kann wenigstens eine Empfangseinrichtung einen für die Frequenz des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Detektor, insbesondere eine (Lawinen)fotodiode, ein Dioden-Array, ein CCD-Array oder dergleichen, aufweisen. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit insbesondere gepulsten Lasersignalen abgetastet werden.
Die Erfindung kann vorteilhafterweise bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung kann auch bei einer stationären Messvorrichtung eingesetzt werden.
Mit der Messvorrichtung können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Freiräume, insbesondere Parklücken, oder dergleichen, erfasst werden.
Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung Teil eines Fahrerassistenzsystems und/oder einer Fahrwerksteuerung eines Fahrzeugs sein oder mit diesen verbunden sein. Die mit der optischen Messvorrichtung ermittelten Informationen können zur Steuerung von Funktionskomponenten des Fahrzeugs herangezogen werden. Mit den Funktionskomponenten können insbesondere Fahrfunktionen, insbesondere eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder ein Motor, und/oder Signalisierungseinrichtungen des Fahrzeugs gesteuert werden. So kann bei Erkennung eines Objekts mit der optischen Messvorrichtung das Fahrzeug mit den entsprechenden Funktionskomponenten gelenkt und/oder in seiner Geschwindigkeit geändert, insbesondere gestoppt, werden und/oder wenigstens ein Signal ausgegeben werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine diffraktive Struktur als diffraktives optisches Element ausgestaltet sein. Diffraktive optische Elemente (DoE) können individuell gefertigt und an die entsprechenden Anforderungen angepasst werden. Mit diffraktiven optischen Elementen kann eine gezielte und individuell vorgebbare Formung der Lichtsignale erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Positionsbereich für die Lichtsignale durchlässig wirken und/oder wenigstens ein Positionsbereich kann für die Lichtsignale reflektierend wirken.
Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung entweder Positionsbereiche aufweisen, welche für die Lichtsignale durchlässig wirken oder Positionsbereiche aufweisen, welche für die Lichtsignale reflektierend wirken.
Alternativ kann die Positionserfassungseinrichtung sowohl wenigstens einen lichtdurchlässigen Positionsbereich als auch wenigstens einen reflektierenden Positionsbereich aufweisen.
Für Lichtsignale durchlässige Positionsbereich haben den Vorteil, dass eine Lichtquelle zur Erzeugung der auf den wenigstens einen Positionsbereich treffenden Lichtsignale auf der einem Positionsdetektor, welcher dem Empfang der Positions-Lichtsignale dient, gegenüberliegenden Seite des wenigstens einen Positionsbereichs angeordnet sein kann. Auf diese Weise gibt es keine Zonen, welche durch die Lichtquelle verdeckt werden.
Reflektierende Positionsbereiche haben den Vorteil, dass sie in den rückwärtigen Raum, in dem sich die wenigstens eine Lichtquelle befinden kann, strahlen können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Positionsbereich in, an und/oder auf wenigstens einem Substrat realisiert sein. Mit dem Substrat kann eine mechanische Stabilität erhöht werden. Ferner kann das Substrat als mechanische Halterung dienen. So kann das Substrat insbesondere auf wenigstens einer entsprechenden Achse montiert sein, um die es gedreht werden kann.
Vorteilhafterweise kann das Substrat für Lichtsignale durchlässig sein. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Positionsbereich auch auf einer Lichtaustrittsseite des Substrats angeordnet sein.
Vorteilhafterweise kann das Substrat aus Glas, Kunststoff oder dergleichen sein, auf das die jeweilige diffraktive Struktur durch Beschichtung oder Abtrag, insbesondere Ätzen oder dergleichen, realisiert werden kann.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Substrat als Dünnschicht realisiert sein.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Positionsbereich auf der Lichteintrittsseite eines Substrats angeordnet sein und/oder wenigstens ein Positionsbereich kann auf der Lichtaustrittsseite eines Substrats angeordnet sein.
Mit Positionsbereichen auf der Lichteintrittsseite kann die entsprechende Formung der Lichtsignale vor dem Eintritt in das Substrat erfolgen.
Mit Positionsbereichen auf der Lichtaustrittsseite können die Lichtsignale bei Verlassen des Substrats geformt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens eine Lichtquelle aufweisen oder nutzen, mit welcher Lichtsignale erzeugt werden können, die wenigstens teilweise auf wenigstens einen Positionsbereich gesendet werden können. Auf diese Weise können die Lichtsignale gezielt auf den wenigstens einen Positionsbereich gesendet werden.
Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung als Lichtquelle eine Senderlichtquelle einer Sendeeinrichtung der optischen Messvorrichtung nutzen. Auf diese Weise kann eine ohnehin vorhandene Senderlichtquelle gewendet werden.
Vorteilhafterweise kann insbesondere mittels wenigstens eines optischen Systems ein Lichtstrahl der Senderlichtquelle aufgeteilt oder aufgefächert werden. Auf diese Weise kann ein Teil des Lichtstrahls in den Überwachungsbereich gesendet werden, während ein anderer Teil des Lichtstrahls auf wenigstens einen Positionsbereich gesendet wird. Die Aufteilung oder das Auffächern des Lichtstrahls des Lichtstrahls von der Senderlichtquelle kann mithilfe wenigstens eines optischen Systems, insbesondere wenigstens einer optischen Linse, erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise die Positionserfassungseinrichtung eine eigene Lichtquelle aufweisen. Auf diese Weise kann die Positionserfassungseinrichtung unabhängig von der Sendeeinrichtung betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Lichtquelle wenigstens einen Laser aufweisen. Mit einem Laser können gezielt Lichtpulse ausgesendet werden. Die wenigstens eine Lichtquelle kann aus wenigstens einem Laser bestehen. Alternativ kann wenigstens ein Laser Teil der wenigstens einen Lichtquelle sein.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Lichtquelle wenigstens einen Oberflächenemitter (VCSEL), einen Kantenemitter, einen Faserlaser, einen Diodenlaser oder einen andersartigen Laser, insbesondere Halbleiterlaser, aufweisen. Derartige Lichtquellen können einfach und kompakt realisiert werden.
Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens ein optisches System aufweisen oder nutzen, welches zwischen wenigstens einer Lichtquelle und wenigstens einem Positionsbereich angeordnet ist. Mit dem optischen System können die Lichtsignale entsprechend geformt, insbesondere fokussiert und/oder aufgeweitet, werden.
Die Positionserfassungseinrichtung kann vorteilhafterweise wenigstens ein optisches System der Sendeeinrichtung und/oder einer Empfangseinrichtung der optischen Messvorrichtung nutzen. So kann auf separate optische Systeme verzichtet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens ein eigenes optischen System verwenden. Auf diese Weise kann die Positionserfassungseinrichtung unabhängig von der Sendeeinrichtung und/oder der Empfangseinrichtung betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein optisches System wenigstens eine optische Linse aufweisen. Mit einer optischen Linse können Lichtsignale geformt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens einen Empfänger aufweisen oder nutzen, mit welchem Positions-Lichtsignale empfangen und in elektrische Signale umgewandelt werden können.
Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens ein Empfänger einer Empfangseinrichtung der optischen Messvorrichtung nutzen. Auf diese Weise kann ein ohnehin vorhandener Empfänger gewendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise die Positionserfassungseinrichtung einen eigenen Empfänger aufweisen. Auf diese Weise kann die Positionserfassungseinrichtung unabhängig von der Empfangseinrichtung betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Empfänger, der von der Positionserfassungseinrichtung verwendet wird, wenigstens einen Detektor, insbesondere eine (Lawinen)fotodiode, ein Dioden-Array, ein CCD-Array oder dergleichen, aufweisen. Mit einem Array können die Positions-Lichtsignale ortsaufgelöst empfangen und verarbeitet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Positionsbereich so ausgestaltet sein, dass mit diesem Lichtsignale mit einem Code versehen werden können, welcher mit dem Einfall der Lichtsignale korrespondiert. Auf diese Weise können codierte Positions-Lichtsignale erzeugt werden, welche auf der Empfängerseite dekodiert werden können. Die codierten Positions-Lichtsignale kann dabei mit der Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs korrespondieren.
Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens eine Codetabelle zum Codieren der Lichtsignale und/oder zum decodieren der Positions-Lichtsignale aufweisen. Auf diese Weise kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs schneller und effizienter ermittelt werden.
Vorteilhafterweise können die Lichtsignale mit der wenigstens einen diffraktiven Struktur binär codiert werden. Binärcodes können einfach und zuverlässig erzeugt, übermittelt und decodiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine diffraktive Struktur wenigstens eines Positionsbereich so ausgestaltet sein, dass Lichtsignale abhängig von deren Einfallswinkel auf die wenigstens eine diffraktive Struktur zu Positions-Lichtsignale geformt werden können. Auf diese Weise kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs direkt aus dem Einfallswinkel ermittelt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Positionsbereich mehrere diffraktive Strukturen aufweisen, welche in unterschiedlichen Abständen zu der wenigstens einen Achse nebeneinander angeordnet sind und unterschiedliche Lichtsignal formende Eigenschaften aufweisen, und/oder wenigstens ein Positionsbereich kann wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche in unterschiedlichen Abständen zu der wenigstens einen Achse unterschiedliche Lichtsignale formende Eigenschaften aufweist. Auf diese Weise kann an unterschiedlichen Einfallstellen eine unterschiedliche Formung der Lichtsignale erfolgen. So kann die Auslenkung wenigstens eines Umlenkbereichs aus der Veränderung der Einfallstelle der Lichtsignale auf den wenigstens ein Positionsbereich beim Drehen des Umlenkbereichs ermittelt werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Positionsbereich eine Mehrzahl von diffraktiven Strukturen aufweisen, welche nebeneinander angeordnet sein können. So können entsprechend viele unterschiedliche individuelle Formungen der Lichtsignale entlang der Ausdehnung des wenigstens einen Positionsbereichs realisiert werden.
Vorteilhafterweise kann eine Lichtsignal formende Eigenschaft wenigstens eines Positionsbereichs über dessen Ausdehnung in wenigstens einer Ausdehnungsrichtung variieren. Auf diese Weise kann insbesondere kontinuierlich eine Variation der Formung der Lichtsignale abhängig von der Einfallstelle realisiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtsignal auf wenigstens eine der Achsen gerichtet sein und/oder wenigstens ein Lichtsignal kann neben wenigstens eine der Achsen gerichtet sein.
Wenigstens ein Lichtsignal kann auf die wenigstens eine Achse gerichtet sein. Auf diese Weise kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs direkt aus dem Einfallswinkel der Lichtsignale auf die entsprechende diffraktive Struktur des wenigstens einen Positionsbereich ermittelt werden. Außerdem kann die Größe der diffraktiven Struktur auf die Umgebung um die Achse begrenzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Lichtsignale neben wenigstens eine Achse gerichtet sein. Auf diese Weise kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs aus dem Einfallswinkel und/oder der Einfallstelle der Lichtsignale auf den wenigstens einen Positionsbereich ermittelt werden.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der Lichtsignalumlenkeinrichtung dadurch gelöst, dass

Erfindungsgemäß werden die Lichtsignale mit der wenigstens einen diffraktiven Struktur zu Positions-Lichtsignale geformt. So kann eine Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs einfacher und genauer erfasst werden.
Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der optischen Messvorrichtung dadurch gelöst, dass

Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Positionserfassungseinrichtung als erfindungsgemäße Positionserfassungseinrichtung ausgestaltet sein.
Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass

- die Positionserfassungseinrichtung wenigstens einen Positionsbereich aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich der Lichtsignalumlenkeinrichtung mechanisch gekoppelt ist und mit dem wenigstens einen Umlenkbereich mitgedreht wird,
- mit dem wenigstens einen Positionsbereich ein zu einer Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs korrespondierendes Positionssignal bereitgestellt wird und
- Lichtsignale abhängig von deren Einfall auf den wenigstens einen Positionsbereich mit wenigstens einer diffraktiven Struktur des wenigstens einen Positionsbereichs zu Positions-Lichtsignalen geformt werden.

Erfindungsgemäß wird wenigstens eine diffraktive Struktur verwendet, um die auf den wenigstens einen Positionsbereich treffenden Lichtsignale zu Positions-Lichtsignale umzuformen.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Positionserfassungseinrichtung, der erfindungsgemäßen Lichtsignalumlenkeinrichtung, der erfindungsgemäßen Messvorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch

1 eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einer optischen Messvorrichtung, welche mit einem Fahrerassistenzsystem verbunden ist;
2 eine optische Messvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Fahrerassistenzsystem, welche in dem Fahrzeug aus der 1 verwendet werden können;
3 eine Lichtsignalumlenkeinrichtung einer Sendeeinrichtung der Messvorrichtung aus der 2 in einer Ansicht in Richtung einer Achse, mit der die Lichtsignalumlenkeinrichtung gedreht werden kann;
4 eine Positionserfassungseinrichtung der optischen Messvorrichtung aus den 1 bis 3;
5 eine Codiertabelle der Positionserfassungseinrichtung aus der 4;
6 eine Positionserfassungseinrichtung einer optischen Messvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der 1 ist ein Fahrzeug 10, beispielsweise ein Personenkraftwagen, in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 verfügt über eine optische Messvorrichtung 12, beispielsweise einen Laserscanner. Die optische Messvorrichtung 12 ist beispielsweise in einer vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. Ferner verfügt das Fahrzeug 10 über ein Fahrerassistenzsystem 14, mit dem das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden kann. Die optische Messvorrichtung 12 ist funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 14 verbunden, so dass Informationen, welche mit der Messvorrichtung 12 erlangt werden können, an das Fahrerassistenzsystem 14 übermittelt werden können. Mit der Messvorrichtung 12 kann ein Überwachungsbereich 16, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 10, auf Objekte 18 überwacht werden.
Die Messvorrichtung 12 arbeitet nach einem Lichtlaufzeitverfahren. Hierzu werden Lichtsignale 20, beispielsweise in Form von Laserpulsen, in den Überwachungsbereich 16 gesendet. An einem etwaigen Objekt 18 reflektierte Lichtsignale 22 werden von der Messvorrichtung 12 empfangen. Aus einer Laufzeit zwischen dem Aussenden der Lichtsignale 20 und dem Empfang der reflektierten Lichtsignale 22 wird eine Entfernung des Objekts 18 zu der Messvorrichtung 12 ermittelt. Die Strahlrichtung der Lichtsignale 20 wird während der Messungen über den Überwachungsbereich 16 geschwenkt. Auf diese Weise wird der Überwachungsbereich 16 abgetastet. Aus der Strahlrichtung der Lichtsignale 20, welche an dem Objekt 18 reflektiert werden, wird eine Richtung des Objekts 18 relativ zu der Messvorrichtung 12 ermittelt.
Die Messvorrichtung 12 umfasst eine Sendeeinrichtung 24, eine Empfangseinrichtung 26 und eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 28.
Die Sendeeinrichtung 24, welche beispielhaft in der 2 gezeigt ist, umfasst eine Sendelichtquelle 30, ein optisches System in Form einer Sendelinse 32 und eine Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34.
Die Empfangseinrichtung 26 umfasst einen optischen Empfänger 36, eine Empfängerlinse 38 und eine Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40.
Die Senderlichtquelle 30 weist beispielsweise einen Laser auf. Mit der Sendlichtquelle 30 können gepulste Lasersignale als Lichtsignale 20 erzeugt werden.
Mit der Senderlinse 32 können die Lichtsignale 20 in einer Richtung quer zu ihrer Strahlrichtung aufgeweitet werden. Dies in der 2 durch ein gestricheltes Trapez angedeutet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Lichtsignale 20 mit der Senderlinse 32 in Richtung einer Achse 46, beispielhaft in vertikaler Richtung, aufgeweitet.
Die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 befindet sich im Strahlengang der Senderlichtquelle 30 hinter der Senderlinse 32. Mithilfe der Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 kann die Strahlrichtung der Lichtsignale 20 in einer Ebene geschwenkt werden. Beispielsweise verläuft die Schwenkebene senkrecht zu der Richtung, in der die Lichtsignale 20 mit der Senderlinse 32 aufgeweitet werden, beispielhaft also horizontal. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich 16 mit nacheinander folgenden Lichtsignalen 20 in horizontaler Richtung abgetastet werden.
Mit der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 14 werden aus dem Überwachungsbereich 16 reflektierte Lichtsignale 22 auf die Empfängerlinse 38 umgelenkt. Mit der Empfängerlinse 38 werden die reflektierten Lichtsignale 22 auf den Empfänger 36 abgebildet.
Der Empfänger 36 ist beispielsweise als CCD-Chip, Array, Fotodiode oder andersartiger Detektor zum Empfang der reflektierten Lichtsignale 22 in Form von Laserpulsen ausgestaltet. Mit dem Empfänger 36 werden die empfangenen Lichtsignale 22 in elektronische Signale umgewandelt. Die elektronischen Signale werden der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt.
Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 werden die Sendeeinrichtung 24 und die Empfangseinrichtung 26 gesteuert. Ferner werden mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 die aus den empfangenen Lichtsignale 22 gewonnenen elektronischen Signale ausgewertet. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 wird die Lichtlaufzeit und daraus die Entfernung des Objekts 18, an dem die Lichtsignale 22 reflektiert wurden, ermittelt. Außerdem wird mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 die Richtung des Objekts 18 ermittelt.
Die Sender-Lichtumlenkeinrichtung 24 umfasst beispielhaft einen Sender-Umlenkbereich 42a in Form einer diffraktiven Struktur. Die diffraktive Struktur ist beispielsweise als sogenanntes diffraktives optisches Element realisiert. Der Sender-Umlenkbereich 42a ist beispielhaft auf einem rechteckigen, flachen Substrat 44 realisiert. Das Substrat 44 ist beispielsweise eine Glasplatte oder Kunststoffplatte, auch als Dünnfilm, welche für die Lichtsignale 20 durchlässig ist. Der Sender-Umlenkbereich 42a ist auf der Seite des Substrats 44 angeordnet, die der Sendelinse 32 abgewandt ist. Der Sender-Umlenkbereich 42a erstreckt sich als Streifen nahezu über die gesamte Breite des Substrats 44 quer zur Achse 46.
Das Substrat 44 ist auf der Achse 46 befestigt. Die Achse 46 ihrerseits wird mit einem Motor 50 angetrieben, sodass das Substrat 44 und mit diesem der Umlenkbereich 42a um die Achse 46 hin und her geschwenkt wird. Die Schwenkrichtung des Substrats 44 und damit des Umlenkbereichs 42a ist in der 2 durch einen Doppelpfeil 48 angedeutet.
Der Motor 50 ist beispielsweise ein Schwingspulenmotor. Der Motor 50 ist steuerbar mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verbunden. Statt eines Schwingspulenmotors kann auch eine andersartiger Antriebseinrichtung als Motor 50 vorgesehen sein.
Der Sender-Umlenkbereich 42a befindet sich, wie auch in der 3 gezeigt ist, im Strahlengang der Lichtsignale 20 der Sendeeinrichtung 24. Die 3 zeigt die Senderlinse 32 und die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 von oben in Richtung der Achse 46 betrachtet. Die Lichtsignale 20 werden abhängig von ihrem Einfall auf den Umlenkbereich 42a gebeugt. Der Einfall ist definiert durch einen Einfallswinkel 52 und eine Einfallstelle 53. Der Einfallswinkel 52 ist der Winkel zwischen einer Einfallstrahlrichtung 54 der Lichtsignale 20 und der Eintrittsfläche des Sender-Umlenkbereichs 42a.
Die diffraktive Struktur des Sender-Umlenkbereichs 42a ist beispielsweise so ausgestaltet, dass ein Beugungswinkel 56 auf der Austrittsseite relativ zur Austrittsfläche des Umlenkbereichs 42a unabhängig von dem Einfallswinkel 52 konstant ist. Ein Ablenkungswinkel 58 zwischen der Einfallstrahlrichtung 54 und der Austrittsstrahlrichtung 57 der umgelenkten Lichtsignale 20 setzt sich zusammen aus dem Einfallswinkel 52 und dem konstanten Beugungswinkel 56. Um den Ablenkungswinkel 58 zu verändern, wird der Sender-Umlenkbereich 42 um die Achse 46 geschwenkt, was lediglich zur Veränderung des Einfallswinkel 52 führt. Durch das Schwenken des Sender-Umlenkbereichs 42a wird so die Austrittsstrahlrichtung 57 der Lichtsignale 20 im Überwachungsbereich 16 geschwenkt. Mithilfe des schwenkbaren Sender-Umlenkbereichs 42a kann ein Sichtbereich 64, welcher den Überwachungsbereich 16 definiert, abgetastet werden. Die Sichtbereichsgrenzen 49 des Sichtbereichs 64 sind in der 3 mit gestrichenen Linien angedeutet.
Die Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 umfasst, wie in der 2 gezeigt, einen Empfänger-Umlenkbereich 42b. Der Empfänger-Umlenkbereich 42b ist eine diffraktive Struktur, beispielsweise ein diffraktives optisches Element.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Empfänger-Umlenkbereich 42b auf demselben Substrat 44 realisiert, auf dem auch der Sender-Umlenkbereich 42a realisiert ist. Der Empfänger-Umlenkbereich 42b ist auf der Seite des Substrats 44 angeordnet, welche der Empfängerlinse 38 zugewandt ist. Der Empfänger-Umlenkbereich 42b erstreckt sich nahezu über die gesamte Breite des Substrats 44 quer zur Achse 46. Die Ausdehnung des Empfänger-Umlenkbereichs 42b in Richtung der Achse 46 ist größer als die entsprechende Ausdehnung des Sender-Umlenkbereichs 42a.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sende-Lichtumlenkeinrichtung 34 und die Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 mithilfe des gemeinsamen Substrats 44 mechanisch gekoppelt. So können der Sender-Umlenkbereich 42a und der Empfänger-Umlenkbereich 42b gemeinsam mit der Achse 46 geschwenkt werden. Hierfür ist nur ein einziger Motor 50 erforderlich.
Der Empfänger-Umlenkbereich 42b ist so ausgestaltet, dass mit diesem reflektierte Lichtsignale 22, welche aus dem Überwachungsbereich 16 kommen, in jeder Schwenkposition des Empfänger-Umlenkbereichs 42b, respektive des Substrats 44, auf die Empfängerlinse 38 gelenkt werden. Mit der Empfängerlinse 38 werden die umgelenkten reflektierten Lichtsignale 22 auf dem Empfänger 36 fokussiert.
Die Messvorrichtung 12 weist darüber hinaus eine Positionserfassungseinrichtung 60 auf. Mit der Positionserfassungseinrichtung 60 kann eine Auslenkung des Substrats 44 und damit der Sender-Lichtumlenkeinrichtung 34, respektive des Sender-Umlenkbereichs 42a, und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtungen 40, respektive des Empfänger-Umlenkbereichs 42b, ermittelt werden.
Die Positionserfassungseinrichtung 60 umfasst einen Positionsbereich 62 in Form einer diffraktiven Struktur 63, beispielsweise einem diffraktiven optischen Element, und einen optischen Positionsdetektor 66.
Der Positionsbereich 62 ist auf der Seite des Substrats 44 angeordnet, welche der Senderlichtquelle 30 zugewandt ist. Der Positionsbereich 62 befindet sich in Richtung der Achse 46 betrachtet beispielhaft zwischen dem Sender-Umlenkbereich 42a und dem Empfänger-Umlenkbereich 42b. Der Positionsbereich 62 erstreckt sich, wie auch in der 4 gezeigt ist, als Streifen beispielhaft senkrecht zur Achse 46 nahezu über die gesamte Breite des Substrats 44. Der Positionsbereich 62 ist nah genug an dem Sender-Umlenkbereich 42 angeordnet, dass ein Teil des mit der Senderlinse 32 aufgefächerten Lichtsignals 20, wie in der 2 gezeigt, auf dem Positionsbereich 62 fällt.
Die diffraktive Struktur 63 des Positionsbereich 62 ist so ausgestaltet, dass Lichtsignale 20, welche auf dem Positionsbereich 62 treffen, abhängig von dem Einfallswinkel 52 der Lichtsignale 20 auf dem Positionsbereich 62 codiert werden. Die Codierung charakterisiert dabei den jeweiligen Einfallswinkel 52. bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Einfallswinkel 52 einem Schwenkwinkel 72 des Substrats 44 und damit der Sender-Umlenkbereiche 42a und der Empfänger-Umlenkbereich 42b, welcher deren Auslenkung charakterisiert.
Die Codierung erfolgt beispielsweise entsprechend einer in der 5 gezeigten Codiertabelle 74 in einem Binärcode 76. Dabei entspricht beispielhaft ein Schwenkwinkel 72 von 0,05° dem Binärcode 76 „1000110“. Ein Schwenkwinkel 72 von 0,1° entspricht dem Binärcode 76 „0100101“. Ein Schwenkwinkel 72 von 0,15° entspricht dem Binärcode 76 „0010011“. Ein Schwenkwinkel 72 von 0,2° entspricht dem Binärcode 76 „0001111“ .
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Lichtsignale 20 codiert und als Positions-Lichtsignale 68 reflektiert und zu dem Positionsdetektor 66 gesendet.
Der Positionsdetektor 66 ist beispielhaft neben der Senderlichtquelle 30 auf gleicher Höhe angeordnet. Der Positionsdetektor 66 kann beispielsweise als Einzeldetektor, Zeilendetektor oder Flächendetektor ausgestaltet sein. Hierfür kann beispielsweise ein CCD-Chip, eine Fotodiode oder dergleichen verwendet werden.
Die codierten Lichtsignale 68 werden mit dem Positionsdetektor 66 in elektrische Positionssignale umgewandelt und an die Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 übermittelt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 werden die elektrischen Positionssignale anhand der Codiertabelle 74 decodiert. Aus den decodierten elektrischen Positionssignale wird der Schwenkwinkel 72 des Positionsbereichs 62 und damit des Substrats 44, des Sender-Umlenkbereichs 42a und des Empfänger-Umlenkbereichs 42b ermittelt. So wird mithilfe der Positionserfassungseinrichtung 60 eine momentane Auslenkung der Sender-Lichtumlenkeinrichtung 34 und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 ermittelt.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Positionsbereich 62 statt zur Reflexion der Lichtsignale zur Transmission ausgestaltet sein. In diesem Fall befindet sich der Positionsdetektor 66 auf der der Senderlichtquelle 30 gegenüberliegenden Seite des Positionsbereich 62.
Beim Betrieb der Messvorrichtung 12 werden mit der Sendelichtquelle 30 gepulste Lichtsignale 20 durch die Sendelinse 32 auf den Sendeumlenkbereich 42a und den Positionsbereich 62 gesendet. Dabei sind die Lichtsignale 20 auf die Achse 46 gerichtet.
Mit dem Sender-Umlenkbereich 42a werden die Lichtsignale 20 abhängig vom Einfallswinkel 52, also abhängig von der Auslenkung des Substrats 44, in den Überwachungsbereich 16 gesendet.
In der 3 ist der Sender-Umlenkbereich 42 in zwei Auslenkungen gezeigt. Die an dem Objekt 18 reflektierten Lichtsignale 22 werden mit dem Empfänger-Umlenkbereich 42 auf die Empfängerlinse 38 gelenkt. Mit der Empfängerlinse 38 werden die reflektierten Lichtsignale 22 auf den Empfänger 36 fokussiert. Mit dem Empfänger 36 werden die reflektierten Lichtsignale 22 in elektrische Signale umgewandelt und an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 wird die Laufzeit der Lichtsignale 20 und der entsprechenden reflektierten Lichtsignale 22 ermittelt und daraus eine Entfernung des erfassten Objekts 18 zu der Messvorrichtung 12 bestimmt.
Ferner wird mit dem Positionsbereich 62 der auf diesen treffende Anteil der Lichtsignale 20 codiert und als Positions-Lichtsignale 68 zu dem Positionsdetektor 66 gesendet. In der 4 ist der Positionsbereich 62 in den zwei Auslenkungen gezeigt, welche der 3 entsprechen. Aus den Positions-Lichtsignalen 68 wird der Schwenkwinkel 72 bestimmt. Aus dem Schwenkwinkel 72, also der Auslenkung der Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40, wird die Richtung des erfassten Objekts 18 relativ zum Messvorrichtung 12 ermittelt.
Während der Messung wird mit dem Motor 50 die Achse 46 gedreht und damit das Substrat 44 hin und her geschwenkt. Auf diese Weise erfahren nacheinander ausgesendete gepulste Lichtsignale 20 unterschiedliche Ablenkungen in den Überwachungsbereich 16. So wird der Überwachungsbereich 16 mit den gepulsten Lichtsignale 20 abgescannt.
In der 6 ist eine Positionserfassungseinrichtung 60 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen der Positionserfassungseinrichtung 60 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 bis 5 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Positionsbereich 62 der Positionserfassungseinrichtung 60 gemäß den zweiten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von diffraktiven Strukturen 53 in Form von diffraktiven optischen Elementen auf. Die diffraktiven Strukturen 53 sind nebeneinander in unterschiedlichen Abständen zur Achse 46 angeordnet. Die diffraktiven Strukturen 53 haben unterschiedliche Lichtsignal formgebende Eigenschaften. Auf diese Weise wird beim Auftreffen eines Lichtsignals 20 auf eine der diffraktiven Strukturen 53 dieses entsprechend individuell codiert.
Ferner sind beim zweiten Ausführungsbeispiel die Lichtsignale 20 neben die Achse 46 gerichtet. Beim Drehen des Substrats 44 um die Achse 46 treffen die Lichtsignale 20 in unterschiedlichen Einfallstellen 53 auf den Positionsbereich 62 und somit auf unterschiedliche diffraktive Strukturen 53. In der in der 6 gezeigten Auslenkung mit einem Schwenkwinkel 72 von 0°, in der das Substrat 44 gestrichelt dargestellt ist, treffen die Lichtsignale 20 beispielsweise auf die vierte diffraktive Struktur 53 von links. In der Auslenkung mit einem größeren Schwenkwinkel 72 treffen die Lichtsignale 20 beispielsweise auf die dritte diffraktive Struktur 53 von links. Die Lichtsignale 20 werden abhängig von der Einfallstelle 53 auf dem Positionsbereich 62 mit den entsprechenden diffraktiven Strukturen 53 codiert und zu dem Empfänger 66 gesendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015219447 A1 [0004]

Claims

Positionserfassungseinrichtung (60) für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) einer optischen Messvorrichtung (12) zur Erfassung von Objekten (18) in einem Überwachungsbereich (16), welche dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich (42a, 42b) zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals (20, 22) dient und bezüglich wenigstens einer Achse (46) in wenigstens einer Drehrichtung (48) wenigstens teilumfänglich drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Positionsbereich (62) aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich (62) Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) mit vollziehen kann, - der wenigstens eine Positionsbereich (62) dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen und - der wenigstens eine Positionsbereich (62) wenigstens eine diffraktive Struktur (63) aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Einfall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) zu Positions-Lichtsignalen (68) geformt werden können.
Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine diffraktive Struktur (63) als diffraktives optisches Element ausgestaltet ist.
Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionsbereich (62) für die Lichtsignale (20) durchlässig wirkt und/oder wenigstens ein Positionsbereich für die Lichtsignale reflektierend wirkt.
Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionsbereich (62) in, an und/oder auf wenigstens einem Substrat (44) realisiert ist.
Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens eine Lichtquelle (30) aufweist oder nutzt, mit welcher Lichtsignale (20) erzeugt werden können, die wenigstens teilweise auf wenigstens einen Positionsbereich (62) gesendet werden können.
Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Empfänger (36) aufweist oder nutzt, mit welchem Positions-Lichtsignale (68) empfangen und in elektrische Signale umgewandelt werden können.
Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionsbereich (62) so ausgestaltet ist, dass mit diesem Lichtsignale (20) mit einem Code (76) versehen werden können, welcher mit dem Einfall (52, 53) der Lichtsignale (20) korrespondiert.
Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine diffraktive Struktur (63) wenigstens eines Positionsbereich (62) so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Einfallswinkel (52) auf die wenigstens eine diffraktive Struktur (63) zu Positions-Lichtsignale (68) geformt werden können.
Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionsbereich (62) mehrere diffraktive Strukturen (63) aufweist, welche in unterschiedlichen Abständen zu der wenigstens einen Achse (46) nebeneinander angeordnet sind und unterschiedliche Lichtsignal formende Eigenschaften aufweisen, und/oder wenigstens ein Positionsbereich wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche in unterschiedlichen Abständen zu der wenigstens einen Achse unterschiedliche Lichtsignale formende Eigenschaften aufweist.
Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lichtsignal (20) auf wenigstens eine der Achsen (46) gerichtet ist und/oder wenigstens ein Lichtsignal (20) neben wenigstens eine der Achsen (46) gerichtet ist.
Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) für eine optische Messvorrichtung (12) zur Erfassung von Objekten (18) in einem Überwachungsbereich (16), wobei die Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) aufweist - wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b), der zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals (20, 22) dient und der bezüglich einer Achse (46) in wenigstens einer Drehrichtung (48) wenigstens teilumfänglich drehbar ist, und - wenigstens eine Positionserfassungseinrichtung (60), mit der wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitgestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass - die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Positionsbereich (62) aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich (62) Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) mit vollziehen kann, - der wenigstens eine Positionsbereich (62) dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen und - der wenigstens eine Positionsbereich (62) wenigstens eine diffraktive Struktur (63) aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Einfall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) zu Positions-Lichtsignalen (68) geformt werden können.
Optische Messvorrichtung (12) zur Erfassung von Objekten (18) in einem Überwachungsbereich (16), mit - wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) zur Sendung von Lichtsignalen (20) in den Überwachungsbereich (16), - wenigstens einer Empfangseinrichtung (26), mit der an etwa im Überwachungsbereich (16) vorhandenen Objekten (18) reflektierte Lichtsignale (22) empfangen werden können, - wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) mit wenigstens einem Umlenkbereich (42a, 42b) zur Umlenkung von Lichtsignalen (20, 22), - wenigstens einer Positionserfassungseinrichtung (60), welche dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen, - mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (28), mit der die wenigstens eine Sendeeinrichtung (24), die wenigstens eine Empfangseinrichtung (26) und die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) gesteuert werden können und mit der empfangene Lichtsignale (22) und Positionssignale (68) ausgewertet werden können, dadurch gekennzeichnet, dass - die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Positionsbereich (62) aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich (62) Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) mit vollziehen kann, - der wenigstens eine Positionsbereich (62) dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen und - der wenigstens eine Positionsbereich (62) wenigstens eine diffraktive Struktur (63) aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Einfall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) zu Positions-Lichtsignalen (68) geformt werden können.
Verfahren zum Betreiben einer Positionserfassungseinrichtung (60) für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) einer optischen Messvorrichtung (12) zur Erfassung von Objekten (18) in einem Überwachungsbereich (16), bei dem wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitgestellt wird, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich (42a, 42b) bezüglich wenigstens einer Achse (46) in wenigstens einer Drehrichtung (48) wenigstens teilumfänglich gedreht wird und mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) wenigstens ein Lichtsignal (20, 22) umgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Positionsbereich (62) aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch gekoppelt ist und mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) mitgedreht wird, - mit dem wenigstens einen Positionsbereich (62) ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitgestellt wird und - Lichtsignale (20) abhängig von deren Einfall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) mit wenigstens einer diffraktiven Struktur (63) des wenigstens einen Positionsbereichs (62) zu Positions-Lichtsignalen (68) geformt werden.