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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Messsystems zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich,
- - bei dem mit wenigstens einer Sendeeinrichtung Lichtsignale erzeugt werden,
- - die Lichtsignale mittels wenigstens einem Umlenkbereich einer Lichtsignalumlenkeinrichtung in den Überwachungsbereich gelenkt werden, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich periodisch so bewegt wird, dass ein zeitlicher Verlauf der Position des wenigstens einen Umlenkbereichs innerhalb wenigstens eines Symmetrie-Zeitintervalls einer Bewegungsperiode des wenigstens einen Umlenkbereichs symmetrisch ist,
- - wobei fortwährend wenigstens eine Ist-Positionsgröße bereitgestellt wird, welche die jeweils momentane Ist-Position des wenigstens einen Umlenkbereichs charakterisiert,
- - und wobei auf wenigstens eine Ist-Positionsgröße hin wenigstens ein Lichtsignal erzeugt wird.
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Ferner betrifft die Erfindung ein optisches Messsystem zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich,
- - mit wenigstens einer Sendeeinrichtung, mit der Lichtsignale erzeugt werden können,
- - mit wenigstens einer Lichtsignalumlenkeinrichtung, welche wenigstens einen Umlenkbereich aufweist, mit dem die Lichtsignale in den Überwachungsbereich gelenkt werden können, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich periodisch so bewegbar ist, dass ein zeitlicher Verlauf der Position des Umlenkbereichs innerhalb wenigstens eines Symmetrie-Zeitintervalls einer Bewegungsperiode des wenigstens einen Umlenkbereichs symmetrisch ist,
- - mit wenigstens einer Positionserfassungseinrichtung, mit der fortwährend wenigstens eine Ist-Positionsgröße bereitgestellt werden kann, welche die jeweiligen Ist-Position des wenigstens einen Umlenkbereichs charakterisiert,
- - mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, mit der die wenigstens eine Sendeeinrichtung und die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung gesteuert werden können und auf wenigstens eine Ist-Positionsgröße hin die Erzeugung wenigstens eines Lichtsignals veranlasst werden kann.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2016 122 194 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Sensors eines Kraftfahrzeugs bekannt. Bei dem Verfahren werden während eines Messzyklus zum Erfassen eines Objekts mit einer Sendeeinrichtung Lichtpulse ausgesendet und die von dem Objekt reflektierten Lichtpulse mit einer Empfangseinrichtung empfangen. Zum Aussenden der Lichtpulse wird eine Sendeeinrichtung der Sendeeinrichtung zu bestimmten Sendezeitpunkten angesteuert. Die Lichtpulse werden mit einer Ablenkeinheit der Sendeeinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs abgelenkt. Die Ablenkeinheit weist ein Spiegelelement auf, welches zum Ablenken der Lichtpulse periodisch ausgelenkt wird. Ein Auslenkwinkel des Spiegelelements wird bestimmt und die Sendeeinrichtung wird in Abhängigkeit von dem bestimmten Auslenkwinkel angesteuert. Innerhalb des Winkelbereichs wird eine Mehrzahl von Winkelpositionen für das Aussenden der Lichtpulse bestimmt, zu jeder der Winkelpositionen wird ein Sendeauslenkwinkel bestimmt und der jeweilige Lichtpuls wird ausgesendet, falls der Auslenkwinkel des Spiegelelements einem der bestimmten Sendeauslenkwinkel entspricht. Anhand des aktuellen Auslenkwinkels des Spiegelelements wird ein dem aktuellen Auslenkwinkel nächstliegender Sendeauslenkwinkel bestimmt und der Lichtpuls beim Erreichen des nächstliegenden Sendeauslenkwinkels ausgesendet. Anhand des aktuellen Auslenkwinkels und des nächstliegenden Sendeauslenkwinkels wird eine Wartezeit bestimmt, nach deren Ablauf das Spiegelelement den nächstliegenden Sendeauslenkwinkel erreichen wird und der Lichtpuls nach dem Ablauf der Wartezeit ausgesendet wird.
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Bei vom Markt her bekannten Laserscannern, mit welchen Lasersignale als Lichtpulse ausgesendet werden, ist es erforderlich, einen Laser vor der Abgabe des Lichtpulses zu laden. Dabei können etwa vorhandene elektrische Kapazitäten geladen werden, um die entsprechend erforderliche Energie zur Erzeugung eines Lichtpulses bereitzustellen. Hierfür ist es erforderlich, dass in einer Vorlaufzeit vor der Abgabe des Lichtpulses ein entsprechendes Signal zum Beginn des Ladevorgangs erzeugt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Messsystem der eingangs genannten Art zu gestalten, mit denen eine Vorlaufzeit vor dem Erzeugen eines Lichtsignals genauer berücksichtigt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass
- - wenigstens eine Start-Positionsgröße vorgegeben wird, welche eine Position des wenigstens einen Überwachungsbereichs charakterisiert, in der ein Lichtsignal erzeugt werden soll,
- - sobald in einer zeitlich vorderen Symmetriehälfte des wenigstens einen Symmetrie-Zeitintervalls die wenigstens eine Ist-Positionsgröße mit der wenigstens einen Start-Positionsgröße übereinstimmt, eine Vorlaufzeit-Messung gestartet wird,
- - sobald eine vorgegebene oder vorgebbare Vorlaufzeit erreicht wird, die Ist-Positionsgröße, welche beim Erreichen der Vorlaufzeit bereitgestellt wird, als Vorlauf-Positionsgröße gespeichert wird,
- - sobald in der entsprechenden zeitlich hinteren Symmetriehälfte des wenigstens einen Symmetrie-Zeitintervalls die wenigstens eine Ist-Positionsgröße mit der gespeicherten Vorlauf-Positionsgröße übereinstimmt, wenigstens ein Vorlauf-Startsignal an die wenigstens eine Sendeeinrichtung übermittelt wird, woraufhin ein Ladevorgang der wenigstens einen Sendeeinrichtung gestartet wird.
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Erfindungsgemäß wird eine zeitliche Symmetrie des periodischen Bewegungsverlaufs des Umlenkbereichs genutzt, um in einer vorderen Hälfte des entsprechenden Symmetrie-Zeitintervalls mithilfe der Vorlaufzeit eine entsprechende Vorlauf-Positionsgröße zu bestimmen. Bei Erreichen der Vorlauf-Positionsgröße in der hinteren Hälfte des Symmetrie-Zeitintervalls soll der Ladevorgang für die Sendeeinrichtung gestartet werden. Die zeitliche Symmetrie des Bewegungsablaufs des Umlenkbereichs ist durch die Periodizität der Bewegung vorgegeben und ist bekannt.
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Die Vorlauf-Positionsgröße charakterisiert die entsprechende Auslenkungsposition des Umlenkbereichs, bei der in der hinteren Hälfte des Symmetrie-Zeitintervalls ein Ladevorgang für die Sendeeinrichtung gestartet werden soll. Die Start-Positionsgröße charakterisiert die Auslenkungsposition des Umlenkbereichs, bei der in der hinteren Hälfte des Symmetrie-Zeitintervalls ein Lichtsignal erzeugt und auf den Umlenkbereich gesendet werden soll.
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Bei der Bestimmung der Vorlauf-Positionsgröße aus der Vorlaufzeit ausgehend von der Start-Positionsgröße in der vorderen Hälfte des Symmetrie-Zeitintervalls wird bei Erreichen der Start-Positionsgröße kein Lichtsignal ausgegeben.
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Bei der Bewegung des Umlenkbereichs in der vorderen Hälfte des Symmetrie-Zeitintervalls wird die Position, welche durch die Start-Positionsgröße charakterisiert wird, zeitlich vor der Position, welche durch die Vorlauf-Positionsgröße charakterisiert wird, erreicht. Da die Start-Positionsgröße bekannt ist, kann so in der vorderen Hälfte des Symmetrie-Zeitintervalls unter Berücksichtigung der Vorlaufzeit die Vorlauf-Positionsgröße bestimmt werden. Bei der Bewegung des Umlenkbereichs in der hinteren Hälfte des Symmetrie-Zeitintervalls wird stattdessen die Position, welche durch die Vorlauf-Positionsgröße charakterisiert wird, zeitlich vor der Position, welche durch die Start-Positionsgröße charakterisiert wird, erreicht. Bei Erreichen der Vorlauf-Positionsgröße in der hinteren Hälfte der Symmetrie-Zeitintervalls wird der Ladevorgang für die Sendeeinrichtung gestartet, sodass diese bei Erreichen der Start-Positionsgröße ein Lichtsignal erzeugen kann. So kann mit einer hohen zeitlichen Genauigkeit der Ladevorgang gestartet werden, damit die Sendeeinrichtung das Lichtsignal möglichst genau bei Erreichen der gewünschten Position des Umlenkbereichs erzeugen kann.
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Fortwährend wird wenigstens eine Ist-Positionsgröße bereitgestellt, welche die jeweils momentane Ist-Position des wenigstens einen Umlenkbereichs charakterisiert. Dabei kann die Ist-Positionsgröße kontinuierlich abhängig von der Ist-Position des wenigstens einen Umlenkbereichs verändert werden und entsprechend bereitstehen. Auf diese Weise kann die Ist-Position des wenigstens einen Umlenkbereichs jederzeit und lückenlos bestimmt werden. Alternativ können fortwährend separate Positionsmessungen zur Bestimmung der momentanen Ist-Position und Erzeugung der entsprechenden Ist-Positionsgröße durchgeführt werden. Die jeweils aktuelle Ist-Positionsgröße wird zum Vergleich mit der Start-Positionsgröße und der Vorlauf-Positionsgröße oder zur Ermittlung der Vorlauf-Positionsgröße bereitgestellt.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung kann vorteilhafterweise eine Mikroschwingspiegelanordnung sein. Dabei bildet die Spiegelfläche des Mikroschwingspiegels ein Umlenkbereich für die Lichtsignale. Der Mikroschwingspiegel kann mit geeigneten Antriebsmitteln, insbesondere Kammantrieben, angetrieben werden. Dabei kann der Umlenkbereich, nämlich die Spiegelfläche, zu harmonischen Schwingungen um eine Achse angeregt werden. Eine momentane Winkelauslenkung der Umlenkbereiche, nämlich der Spiegelfläche, kann mit einer Positionserfassungseinrichtung erfasst und als elektrische Ist-Positionsgröße ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung statt Spiegelflächen auch andersartige Umlenkbereiche, insbesondere diffraktive optische Strukturen oder dergleichen, aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann das optische Messsystem nach einem Lichtlaufzeitverfahren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Messsysteme 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, insbesondere eines Lichtpulses, mit der wenigstens einer Sendeeinrichtung und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals mit wenigstens einer Empfangseinrichtung gemessen und daraus eine Entfernung zwischen dem Messsystem und dem erfassten Objekt ermittelt.
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Vorteilhafterweise kann das optische Messsystem als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit Lichtsignalen, insbesondere Lichtpulsen, ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die entsprechenden Lichtsignale bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung über den Überwachungsbereich sozusagen geschwenkt werden. Hierzu wird wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung eingesetzt.
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Vorteilhafterweise kann das Messsystem als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle einer Sendeeinrichtung wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Lichtstrahlen 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 Empfänger, 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 Laserstrahlen abgetastet werden.
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Vorteilhafterweise kann die Erfindung 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 ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch im stationären Betrieb eingesetzt werden.
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Das optische Messsystem kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und oder einer Gestenerkennung oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann ein wenigstens teilweise autonomer Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht werden.
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Mit dem optischen Messsystem können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Freiräume, insbesondere Parklücken, oder dergleichen, erfasst werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann,
- - sobald in der zeitlich hinteren Symmetriehälfte des wenigstens einen Symmetrie-Zeitintervalls die wenigstens eine Ist-Positionsgröße mit der Vorlauf-Positionsgröße übereinstimmt, eine Vorlaufzeitmessung gestartet und bei Erreichen der vorgegebenen oder vorgebbaren Vorlaufzeit ein Licht-Startsignal ausgegeben werden, auf das hin ein Lichtsignal erzeugt werden kann
und/oder
- - sobald in der zeitlich hinteren Symmetriehälfte des wenigstens einen Symmetrie-Zeitintervalls die Ist-Positionsgröße mit der Start-Positionsgröße übereinstimmt, ein Licht-Startsignal ausgegeben werden, auf das hin ein Lichtsignal erzeugt werden kann.
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Mithilfe der Vorlaufzeitmessung kann das Licht-Startsignal indirekt bei Erreichen der Vorlauf-Positionsgröße nach Ablauf der Vorlaufzeit, erzeugt werden. Alternativ kann das Licht-Startsignal direkt bei Erreichen der Start-Positionsgröße erzeugt werden.
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Alternativ kann sowohl mithilfe der Vorlaufmessung indirekt ein Licht-Startsignal als auch aus der Start-Positionsgröße direkt ein Licht-Startsignal ermittelt werden. Auf diese Weise kann eine Redundanz ermöglicht werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der wenigstens eine Umlenkbereich zu harmonischen Schwingungen angeregt werden. Auf diese Weise kann ein sinusförmiger Verlauf der Auslenkung realisiert werden. Bei einem sinusförmigen Verlauf können unterschiedliche zeitliche Symmetrien genutzt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Vorlaufzeit in einem Speicher vorgegeben werden und/oder die Vorlaufzeit kann mittels einem Rechenprozess ermittelt werden. Durch Vorgabe in einem Speicher kann die Vorlaufzeit schnell ermittelt werden. Mit einem Rechenprozess kann die Vorlaufzeit individuell bestimmt werden. Auf diese Weise können etwaige Toleranzen ausgeglichen werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann als Vorlaufzeit eine Ladezeit vorgegeben werden, welche für einen Ladevorgang eines elektrischen Ladungsspeichers erforderlich ist, mit der die Sendeeinrichtung mit Energie versorgt wird. Auf diese Weise kann der Ladevorgang mithilfe der Vorlauf-Positionsgröße rechtzeitig gestartet werden, sodass zum Zeitpunkt der Erzeugung des Lichtsignals die erforderliche Energie mit Hilfe des elektrischen Ladungsspeichers bereitgestellt werden kann. Der elektrische Ladungsspeicher kann einen elektrischen Kondensator aufweisen oder daraus bestehen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verfahren fortwährend für unterschiedliche Start-Positionsgrößen durchgeführt werden. Auf diese Weise können fortwährend entsprechend der Vorgabe der Start-Positionsgrößen Messzyklen mit dem Messsystem durchgeführt werden. Der Überwachungsbereich kann so fortwährend überwacht werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die wenigstens eine Start-Positionsgröße mit einer Tabelle vorgegeben werden, welche in des Messsystems realisiert ist. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Start-Positionsgröße schneller ermittelt werden als bei einer individuellen.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Start-Positionsgröße direkt aus der Tabelle entnommen werden. Auf diese Weise ist kein weiterer Umrechnungsprozess erforderlich. Alternativ können in der Tabelle entsprechende Werte gespeichert sein, welche mithilfe eines entsprechenden Umrechnungsprozesses in entsprechende Start-Positionsgrößen umgewandelt werden können. Auf diese Weise kann der Speicherplatz in der Tabelle entsprechend kleiner gehalten werden.
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Die Tabelle kann aufs softwaremäßigem Wege insbesondere in einem Speicherbausteine realisiert sein. Die Tabelle kann auch als Liste ausgestaltet sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein Symmetrie-Zeitintervall verwendet werden, bei dem die vordere Symmetriehälfte und die hintere Symmetriehälfte bezüglich einer Nullposition der Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs auf derselben Seite sind,
und/oder
es kann ein Symmetrie-Zeitintervall verwendet werden, bei dem die vordere Symmetriehälfte und die hintere Symmetriehälfte bezüglich einer Nullposition der Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs auf gegenüberliegenden Seiten sind.
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Falls sich die vordere Symmetriehälfte und die hintere Symmetriehälfte bezüglich der Nullposition der Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs auf derselben Seite befinden, weisen die Positionsgrößen das gleiche Vorzeichen auf, so das kein Vorzeichenwechsel erforderlich ist.
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Falls sich die vordere Symmetriehälfte und die hintere Symmetriehälfte bezüglich der Nullposition der Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs auf gegenüberliegenden Seiten befinden, können die unterschiedlichen Vorzeichen der Positionsgrößen durch entsprechende Vorzeichenwechsel berücksichtigt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die wenigstens eine Ist-Positionsgröße, die wenigstens eine Start-Positionsgröße und die wenigstens eine Vorlauf-Positionsgröße als elektrische Spannungen realisiert werden. Elektrische Spannungen können einfach mit elektrischen Bauteilen realisiert und/oder verarbeitet werden. Auf diese Weise kann eine Positionserfassungseinrichtung, mit welcher die Position des wenigstens einen Umlenkbereichs erfasst werden kann, und eine Steuer-Auswerteinrichtung mit elektronischen Mitteln realisiert werden. Ferner kann das Verfahren wenigstens teilweise mithilfe entsprechender Prozessoren auf hardware- und softwaremäßigem Wege realisiert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mit der wenigstens einen Ist-Positionsgröße, der wenigstens einen Start-Positionsgröße und der wenigstens einen Vorlauf-Positionsgröße Auslenkwinkel des wenigstens einen Umlenkbereichs gegenüber einer Nullposition charakterisiert werden. Über die Auslenkwinkel kann eine Umlenkwirkung auf die Lichtsignale quantifiziert werden. Aus einem Auslenkwinkel kann eine Richtung eines etwa erfassten Objekts bestimmt werden.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Messsystem dadurch gelöst, dass das Messsystem Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Messsystem 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.
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Figurenliste
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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 Personenkraftwagens mit einem Fahrerassistenzsystem und einem optischen Messsystem zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Personenkraftwagen;
- 2 eine Funktionsdarstellung des Personenkraftwagens aus der 1 mit dem Fahrerassistenzsystem und dem Messsystem;
- 3 einen zeitlichen Verlauf einer Ist-Positionsgröße, welche einen zeitlichen Verlauf der Position eines Umlenkbereichs einer Lichtsignalumlenkeinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 charakterisiert, einer Vorlauf-Positionsgröße, welche die Position des Umlenkbereichs charakterisiert, bei der ein Ladevorgang einer Sendeeinrichtung mit einem Laser gestartet werden soll, und einer Start-Positionsgröße, welche die Position des Umlenkbereichs charakterisiert, bei der mit dem Laser ein Lichtsignal erzeugt werden soll, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4 einen zeitlichen Verlauf einer Ist-Positionsgröße, welche einen zeitlichen Verlauf der Position eines Umlenkbereichs einer Lichtsignalumlenkeinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 charakterisiert, einer Vorlauf-Positionsgröße, welche die Position des Umlenkbereichs charakterisiert, bei der ein Ladevorgang einer Sendeeinrichtung mit einem Laser gestartet werden soll, und einer Start-Positionsgröße, welche die Position des Umlenkbereichs charakterisiert, bei der mit dem Laser ein Lichtsignal erzeugt werden soll, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in einer Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 verfügt über ein optisches Messsystem 12, welches beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet ist. Mit dem optischen Messsystem 12 kann ein Überwachungsbereich 14, welcher in der 2 angedeutet ist, in Fahrtrichtung 16 vor dem Fahrzeug 10 auf Objekte 18 hin überwacht werden. Mit dem optischen Messsystem 12 kann der Überwachungsbereich 14 abgetastet, also abgescannt, werden. In der 2 ist eine Funktionsdarstellung des Fahrzeugs 10 mit dem Messsystem 12 gezeigt.
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Das optische Messsystem 12 kann statt in der vorderen Stoßstange auch an einer anderen Stelle des Fahrzeugs 10 angeordnet und in eine andere Richtung gerichtet sein. Es können auch mehrere optische Messsysteme 12 an dem Fahrzeug 10 vorgesehen sein.
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Bei den Objekten 18 kann es sich um stehende oder bewegte Objekte, beispielsweise um andere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Freiräume, Parklücken oder dergleichen, handeln.
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Ferner verfügt das Fahrzeug 10 über ein Fahrerassistenzsystem 20, mit welchem Fahrfunktionen, beispielsweise Lenkfunktionen, Bremsfunktionen und/oder Motorfunktionen des Fahrzeugs 10 wenigstens teilweise gesteuert oder ein Fahrer unterstützt werden können. Ferner können mit dem Fahrerassistenzsystem 20 Informationen an den Fahrer herausgegeben werden. Mithilfe des Fahrerassistenzsystems 20 kann das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden.
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Das Messsystem 12 ist signaltechnisch mit dem Fahrerassistenzsystem 20 verbunden. Auf diese Weise können mit dem Messsystem 12 erlangte Informationen, beispielsweise über Objekte 18 im Überwachungsbereich 16, an das Fahrerassistenzsystem 20 übermittelt werden.
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Das optische Messsystem 12 ist beispielhaft als Laserscanner ausgestaltet. Mit dem optischen Messsystem 12 werden Lichtsignale 30 beispielsweise in Form von Laserpulsen in den Überwachungsbereich 14 gesendet. Dabei wird die Richtung der Lichtsignale 30 in den Überwachungsbereich 14 variiert, sodass der Überwachungsbereich 14 insgesamt abgetastet werden kann. Mit dem Messsystem 12 können Entfernungen, Richtungen und Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 18 relativ zum Fahrzeug 10 ermittelt werden.
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Das Messsystem 12 umfasst eine Sendeeinrichtung 22, eine Lichtsignalumlenkeinrichtung 24, eine Empfangseinrichtung 26 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 28.
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Die Sendeeinrichtung 22 weist als Lichtquelle einen Laser, beispielsweise einen Diodenlaser, auf, mit welchem die Lichtsignale 30 erzeugt und ausgesendet werden können. Ferner weist die Sendeeinrichtung 22 ein Ladesystem beispielsweise mit einem elektrischen Ladungsspeicher in Form eines Kondensators auf, welcher vor Abgabe eines Lichtsignals 30 geladen wird und dessen Energie zur Versorgung des Lasers eingesetzt wird. Auf diese Weise können Lichtsignale 30 in Form von kurzen Lichtpulsen mit hoher Energiedichte erzeugt werden.
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Außerdem umfasst die Sendeeinrichtung 22 ein optisches System beispielsweise mit einer Linse, mit der die Lichtsignale 30 geformt, beispielsweise in einer Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung fokussiert und in einer anderen Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung aufgeweitet werden können. Die Sendeeinrichtung 22 ist mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 steuerungstechnisch verbunden.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 ist beispielhaft als sogenannte Mikroschwingspiegelanordnung ausgestaltet. Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 weist einen Umlenkbereich 34 in Form eines Mikrospiegels auf. Der Umlenkbereich 34 ist um eine Schwingungsachse, welche in der 2 beispielhaft senkrecht zur Zeichenebene verläuft und dort als Punkt angedeutet ist, schwingend beispielsweise mithilfe einer Antriebseinheit, beispielsweise einem Kammantrieb, angetrieben. Die Schwingungsrichtung ist beispielhaft mit einem Doppelpfeil angedeutet. Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 ist so ausgestaltet, dass der Umlenkbereich 34 harmonische Schwingungen um eine Nullposition durchführt. Der zeitliche Verlauf der Auslenkung des Umlenkbereichs 34 ist sinusförmig, wie in der 3 anhand einer zugehörigen Ist-Positionsgröße 36 dargestellt ist.
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Der Umlenkbereich 34 befindet sich im Strahlweg der Lichtsignale 30 hinter der Sendeeinrichtung 22. Die Lichtsignale 30 werden auf den Umlenkbereich 34 gesendet und mit diesem entsprechend seiner Auslenkung in den Überwachungsbereich 14 gelenkt. Durch die Schwingung des Umlenkbereichs 34 wird der Überwachungsbereich 14 mit den Lichtsignalen 30 abgetastet.
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Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Umlenkbereich 34 zusätzlich um eine zweite Schwingungsachse schwingend angetrieben werden. Die zweite Schwingungsachse kann senkrecht zur ersten Schwingungsachse verlaufen. Auf diese Weise kann der Umlenkbereich 34 in zwei Dimensionen schwingen. So kann der Überwachungsbereich 14 in zwei Dimensionen abgetastet werden.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 verfügt ferner über eine Positionserfassungseinrichtung 32, mit welcher die momentane Position des Umlenkbereichs 34 erfasst werden kann. Die Position des Umlenkbereichs 34 charakterisiert dessen Umlenkwirkung auf die Lichtsignale 30.
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Mit der Positionserfassungseinrichtung 32 wird fortwährend die Ist-Positionsgröße 36 in Form einer elektrischen Spannung erzeugt, welche die Position des Umlenkbereichs 34 charakterisiert. Der zeitliche Verlauf der Ist-Positionsgröße 36 ist, wie bereits erwähnt, in der 3 als Sinuskurve angedeutet. Dabei kann die Ist-Positionsgröße 36 kontinuierlich bereitgestellt werden, was beispielhaft in der 3 mit der durchgängigen Sinuskurve angedeutet ist. Alternativ können mit zeitlich eng nacheinander folgenden Messungen jeweils eine aktuelle Ist-Positionsgröße 36 erzeugt werden. Da der Zeitabstand der Messungen im Vergleich zu einer Periodendauer T der Schwingung des Umlenkbereichs 34 sehr gering ist, kann auch hier ein nahezu kontinuierlicher Sinusverlauf der Ist-Positionsgrößen 36 angenommen werden.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24, respektive die Antriebseinheit und die Positionserfassungseinrichtung 32, ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verbunden. So kann mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 gesteuert oder geregelt werden. Außerdem kann die Ist-Positionsgröße 36 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt und mit dieser verarbeitet werden.
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Die Lichtsignale 30 können an einem etwa im Überwachungsbereich 14 vorhandenen Objekt 18 reflektiert und als reflektierte Lichtsignale 38 mit der Empfangseinrichtung 26 empfangen werden.
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Die Empfangseinrichtung 26 verfügt über einen Empfänger, mit dem reflektierte Lichtsignale 38 in Signale, beispielsweise elektrische Signale umgewandelt werden, die mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verwertbar sind. Der Empfänger kann beispielsweise wenigstens eine Fotodiode, wenigstens ein Dioden-Array und/oder wenigstens ein CCD-Array oder dergleichen aufweisen oder daraus bestehen. Optional kann die Empfangseinrichtung 36 ein optisches System, beispielsweise mit einer optischen Linse, aufweisen mit welchem die reflektierten Lichtsignale 26 auf den Empfänger fokussiert werden können.
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Die Empfangseinrichtung 26 ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verbunden. Auf diese Weise kann die Empfangseinrichtung 26 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 gesteuert werden. So kann mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 beispielsweise eine Empfängersequenz gestartet werden. Außerdem können die Signale, die mit der Empfangsreinrichtung 26 aus den empfangenen reflektierten Lichtsignalen 26 umgewandelt werden, an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt werden.
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In der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 ist eine Tabelle mit Positionen des Umlenkbereichs 34 hinterlegt, in denen jeweils ein Lichtsignal 30 erzeugt und eine Messung mit dem Messsystem 12 durchgeführt werden soll. Jeder der Positionen ist eine entsprechende Start-Positionsgröße PS in Form einer elektrischen Spannung zugeordnet.
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Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 kann das Messsystem 12 gesteuert werden. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 ist auf hardware- und softwaretechnischem Wege realisiert. Die Elemente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 können als Einheit, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse realisiert sein. Alternativ können Elemente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 teilweise getrennt voneinander realisiert sein.
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Im Folgenden wird das Verfahren zum Betreiben des Messsystems 12 näher erläutert.
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Beim Betrieb des Messsystems 12 wird der Umlenkbereich 34 der Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 harmonisch schwingend angetrieben. Mit der Positionserfassungseinrichtung 32 wird die Ist-Positionsgröße 36 fortwährend ermittelt. Abhängig von der Ist-Positionsgröße 36 wird eine Messung des Messsystems 12 gestartet.
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Eine Messung besteht aus dem Starten des Ladesystems der Sendeeinrichtung 22, der Erzeugung eines Lichtsignals 30 mit dem Laser der Sendeeinrichtung 22, dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals 36 und der Bestimmung der Lichtlaufzeit zwischen dem Aussenden des Lichtsignals 30 und dem Empfang des entsprechend reflektierten Lichtsignals 36. Zum Abtasten des Überwachungsbereichs 14 wird die Tabelle mit dem Positionen des Umlenkbereichs 34 abgearbeitet, sodass der Reihe nach bei den entsprechenden Positionen des Umlenkbereichs 34 jeweils eine Messung durchgeführt wird.
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Zur Vorbereitung der Messung wird aus der Tabelle, in der die Positionen des Umlenkbereichs 34 hinterlegt sind, bei denen das Lichtsignalen 30 erzeugt werden soll, die entsprechende Start-Positionsgröße PS entnommen, welche an der Reihe ist.
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Um das Ladesystem der Sendeeinrichtung 22 rechtzeitig laden zu können, wird zunächst eine zu dieser Start-Positionsgröße PS gehörende Vorlauf-Positionsgröße PV in Form einer elektrischen Spannung ermittelt. Die Vorlauf-Positionsgröße PV charakterisiert die Position des Umlenkbereichs 34 in einem zeitlichen Abstand, nämlich einer Vorlaufzeit tvor, vor der Position des Umlenkbereichs 34, in der das Lichtsignalen 30 erzeugt werden soll, also vor der Start-Positionsgröße PS. Die Vorlaufzeit tvor ist die Zeit, die das Ladesystem der Sendeeinrichtung 22 zum Laden benötigt, bevor ein Lichtsignale 30 erzeugt werden kann. Die Vorlaufzeit tvor ist in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 gespeichert.
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Zur Ermittlung der Vorlauf-Positionsgröße PV wird die Symmetrieeigenschaft des sinusförmigen Verlaufs der Ist-Positionsgröße 36 des Umlenkbereichs 34 genutzt. Bei dem in den 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel wird beispielhaft ein zeitliches Symmetrieintervall SI zwischen zwei Durchgängen der Schwingung, respektive der Ist-Positionsgröße 36, durch eine Nullposition NP des Umlenkbereichs 34 verwendet. Beispielhaft wird das Verfahren anhand des in der 3 linken Symmetrieintervalls SI erläutert. Zusätzlich oder alternativ kann auch das rechte Symmetrieintervall SI verwendet werden.
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Das Symmetrieintervall SI ist zeitlich symmetrisch bezüglich einer Symmetriezeit tz . Die Symmetriezeit tz ist die Zeit, welche sich zeitlich in der Mitte zwischen den beiden Durchgängen der Schwingung durch die Nullposition NP befindet. Die Symmetriezeit tz teilt das Symmetrieintervall SI in eine zeitlich vordere Symmetriehälfte SH1 und eine zeitlich hintere Symmetriehälfte SH2.
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Zur Ermittlung der Vorlauf-Positionsgröße PV für die vorgegebene Start-Positionsgröße PS wird eine Vorlaufzeit-Messung gestartet, sobald in der vorderen Symmetriehälfte SH1 des Symmetrie-Zeitintervalls SI die Ist-Positionsgröße 36 mit der Start-Positionsgröße PS übereinstimmt, die an der Reihe ist.
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Sobald die Vorlaufzeit tvor erreicht wird, wird die Ist-Positionsgröße 36, welche beim Erreichen der Vorlaufzeit bereitgestellt wird, als Vorlauf-Positionsgröße PV gespeichert.
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Sobald in der entsprechenden zeitlich hinteren Symmetriehälfte SH2 des Symmetrie-Zeitintervalls SI die Ist-Positionsgröße 36 mit der gespeicherten Vorlauf-Positionsgröße PV übereinstimmt, wird ein Vorlauf-Startsignal Startvor, welches in der 2 mit einem Pfeil angedeutet ist, an die Sendeeinrichtung 22 übermittelt, woraufhin das Ladesystem der Sendeeinrichtung 22 gestartet wird.
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Sobald in der zeitlich hinteren Symmetriehälfte SH2 des Symmetrie-Zeitintervalls SI die Ist-Positionsgröße 36 mit der Start-Positionsgröße PS übereinstimmt, wird ein Licht-Startsignal Startlicht, welches in der 2 mit einem Pfeil angedeutet ist, an die Sendeeinrichtung 22 ausgegeben, auf das hin ein Lichtsignal 30 erzeugt wird. Alternativ kann, sobald in der zeitlich hinteren Symmetriehälfte SH 2 des Symmetrie-Zeitintervalls SI die Ist-Positionsgröße 36 mit der Vorlauf-Positionsgröße PV übereinstimmt, eine Vorlaufzeit-Messung gestartet und bei Erreichen der Vorlaufzeit tvor das Licht-Startsignal Startlicht an die Sendeeinrichtung 22 übermittelt werden, auf das hin das Licht Signal 30 erzeugt wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann mithilfe des Vorlauf-Startsignals Startvor oder des Licht-Startsignal Startlicht oder eines oder mehrerer anderer Startsignale, welche analog zu dem beschriebenen Verfahren ermittelt werden können, eine Laufzeitmessung und/oder eine Empfangssequenz für die Empfangseinrichtung 26 gestartet werden.
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Aus der momentanen Position des Umlenkbereichs 34, respektive der Ist-Positionsgröße 36, wird eine Richtung des erfassten Objekts 18 relativ zu dem Messsystem 12 ermittelt. Aus der Laufzeit zwischen dem Senden des Lichtsignals 30 und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals 38 wird eine Entfernung des Objekts 18 zu dem Messsystem 12 ermittelt. Ferner wird aus dem empfangenen reflektierten Lichtsignal 38 eine Geschwindigkeit des erfassten Objekts 18 relativ zu dem Messsystem 12 ermittelt.
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Das Verfahren zur Durchführung der Messung wird zyklisch durchgeführt. Dabei kann die Erzeugung des Vorlauf-Startsignals Startvor und des Licht-Startsignals Startlicht für eine folgende Messung bereits während einer laufenden Messung vorbereitet werden. Auf diese Weise kann insgesamt die Geschwindigkeit, in der der Überwachungsbereich 14 abgetastet wird, erhöht werden.
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In der 4 ist der zeitliche Verlauf der Positionsgrößen bei dem Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Symmetriezeit tz in einen Durchgang des Umlenkbereichs 34 durch seine Nullposition gelegt ist. Bei dem in 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel weist beispielhaft die Ist-Positionsgröße 36 in der Nullposition den Wert null auf. Auf einer Seite der Auslenkung des Umlenkbereichs 34 gegenüber der Nullposition, beispielhaft in der 4 oben, weist die Ist-Positionsgröße 36 positive Werte auf. Auf der der Nullposition gegenüberliegenden Seite weist die Ist-Positionsgröße 36 negative Werte auf. Das Symmetrieintervall SI erstreckt sich bei dem zweiten Ausführungsbeispiel von der positiven Amplitude der Position zur negativen Amplitude. Dabei erstreckt sich die vordere Symmetriehälfte SH1 von der positiven Amplitude bis zum Durchgang des Umlenkbereichs 34 durch die Nullposition. Die hintere Symmetriehälfte SH2 erstreckt sich von dem Durchgang des Umlenkbereichs 34 durch die Nullposition bis zur negativen Amplitude.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird beim zweiten Ausführungsbeispiel das Lichtsignal 30 bei der negativen Start-Positionsgröße -PS erzeugt, wobei die negative Start-Positionsgröße -PS analog zum ersten Ausführungsbeispiel aus der entsprechenden Tabelle entnommen wird. Entsprechend wird der Ladevorgang bei Erreichen der negativen Vorlauf-Positionsgröße -PV gestartet. Um die negative Vorlauf-Positionsgröße -PV analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel in der ersten Symmetriehälfte SH1 zu ermitteln, wird das Vorzeichen der negativen Start-Positionsgröße -PS umgedreht, sodass die Vorlaufzeit-Messung bei Erreichen der entsprechend positiven Start-Positionsgröße PS in der ersten Symmetriehälfte SH1 gestartet wird. Das Vorzeichen der daraus ermittelten positiven Vorlauf-Positionsgröße PV wird umgekehrt, sodass in der zweiten Symmetriehälfte SH2 der Ladevorgang bei Erreichen der entsprechend negativen Vorlauf-Positionsgröße -PV gestartet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016122194 A1 [0003]