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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich,
- - mit wenigstens einer Lichtsignal-Einrichtung, welche
- - wenigstens eine Sendeeinrichtung, mit der Lichtsignale erzeugt werden können,
- - wenigstens eine Empfangseinrichtung, mit der Lichtsignale empfangen werden können,
- - und wenigstens einen Lichtsignal-Übergabekörper, der wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereich zur Übergabe von Lichtsignalen zwischen dem Messsystem und dem Überwachungsbereich aufweist, umfasst,
- - und mit wenigstens einer Antriebseinrichtung, mit der der wenigstens eine Lichtsignal-Übergabekörper so angetrieben werden kann, dass wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich zur Einstellung auf die Richtung der Lichtsignale bewegt werden kann.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines optisches Messsystems zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich,
- - bei dem Lichtsignale mit wenigstens einem Lichtsignal-Übergabebereich wenigstens eines Lichtsignal-Übergabekörpers wenigstens einer Lichtsignal-Einrichtung des Messsystems zwischen dem Messsystem und dem Überwachungsbereich übergeben werden,
- - wobei der wenigstens eine Lichtsignal-Übergabekörper mit wenigstens einer Antriebseinrichtung so angetrieben wird, dass der wenigstens eine Lichtsignal-Übergabebereich zur Einstellung auf die Richtung der Lichtsignale bewegt wird.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2014/095105 A1 ist eine optische Objekterfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Sendeeinheit zum Aussenden eines Sendelichtstrahls, mit einer Empfangseinheit zum Empfangen eines Empfangslichtstrahls und mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung zum Detektieren eines fahrzeugexternen Objekts in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs abhängig von dem Empfangsstrahl. Die Sendeeinheit weist einen Sender zum Erzeugen des Sendelichtstrahls, einen steuerbaren Mikroschwingspiegel auf, mit welchem der Sendelichtstrahl zumindest in einer Schwenkrichtung verschwenkbar ist, und eine im Sendestrahlengang hinter dem Mikroschwingspiegel angeordnete Sendelinse auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, mit denen Lichtsignale besser, insbesondere einfacher, zuverlässiger und/oder sicherer, zwischen dem Messsystem und dem Überwachungsbereich übergeben werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Messsystem dadurch gelöst, dass wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich entlang wenigstens eines wenigstens teilweise gekrümmten Verschiebewegs verschiebbar ist.
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Erfindungsgemäß weist ein Verschiebeweg, entlang dem wenigstens ein Lichtsignal-Übergabekörper und damit wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich verschoben wird, wenigstens eine Krümmung auf. Durch entsprechendes verschieben des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabekörpers entlang der Krümmung des Verschiebewegs wird die Richtung des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs verändert. Auf diese Weise wird der wenigstens eine Lichtsignal-Übergabebereich auf die Richtung der Lichtsignale eingestellt. Falls der Lichtsignal-Übergabekörper zur Sendung von Lichtsignalen ausgestaltet ist, wird durch Bewegen des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabekörpers entlang der Krümmung des Verschiebewegs die Senderichtung der Lichtsignale verändert. Falls der Lichtsignal-Übergabekörper zum Empfang der Lichtsignale ausgestaltet ist, wird durch Bewegen des wenigstens einen Lichtsignal Übergabekörpers entlang der Krümmung des Verschiebewegs die Empfangsrichtung für Lichtsignale verändert.
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Aufgrund des einfachen Aufbaus kann ein Justageaufwand für das Messsystem verringert werden.
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Durch die entsprechenden Krümmungen des wenigstens einen Verschiebewegs kann ein entsprechender Überwachungsbereich des Messsystems flexibel und gezielt abgetastet werden. Der Überwachungsbereich ist durch den Sichtbereich des Messsystems definiert. Der Sichtbereich des Messsystems kann durch ein entsprechendes Design des Verschiebewegs individuell angepasst werden.
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Der Sichtbereich kann durch die Bewegungsreichweite des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs entlang des Verschiebungsweges definiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Sichtbereich durch die Strahldivergenz von Sender-Lichtsignalen vorgegeben werden. Eine Auflösung des Messsystems kann durch die Strahldivergenz von Sender-Lichtsignalen vorgegeben werden zusätzlich oder alternativ kann die Auflösung des Messsystems durch eine Auflösung bei der Verschiebung, insbesondere einer Schrittweite, vorgegeben werden.
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Ferner kann durch die Krümmung des wenigstens einen Verschiebewegs erreicht werden, dass Anforderungen an die Beweglichkeit und/oder die Bewegungsart des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabekörpers insgesamt verringert werden können. So kann eine Standzeit der Lichtsignalumlenkeinrichtung im Vergleich zu Lichtsignalumlenkeinrichtungen mit rotierenden oder schwingenden Spiegeln vergrößert werden.
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Mit einem Lichtsignal-Übergabebereich können Lichtsignale zwischen der Messsystem und dem Überwachungssystem übergeben werden. Dabei können mit einem Lichtsignal-Übergabebereich Lichtsignale von dem Messsystem, respektive einer Sendeeinrichtung oder einem entsprechenden optischen System, an den Überwachungsbereich übergeben werden. Alternativ oder zusätzlich können mit einem Lichtsignal-Übergabebereich Lichtsignale aus dem Überwachungsbereich an das Messsystem, respektive einen Empfangseinrichtung oder eine sprechendes optisches System, übergeben werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtsignal als Lichtpuls realisiert sein. Ein Anfang und ein Ende eines Lichtpulses kann bestimmt, insbesondere gemessen, werden. Auf diese Weise können insbesondere Lichtlaufzeiten gemessen werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtsignal auch weitere Informationen enthalten. So kann ein Lichtsignal insbesondere codiert sein. Auf diese Weise kann es einfacher identifiziert werden und/oder entsprechende Informationen mit sich tragen.
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Vorteilhafterweise kann die Sendeeinrichtung wenigstens eine Lichtquelle aufweisen. Vorteilhafterweise können von der Sendeeinrichtung gepulste Lichtsignale ausgesendet werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Lichtquelle wenigstens einen Laser aufweisen. Bei dem Laser kann es sich vorteilhafterweise um einen Halbleiterlaser, insbesondere einen Oberflächenemitter (VCSEL), einen Kantenemitter, einen Faserlaser oder dergleichen handeln. Mit dem Laser können Lichtsignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Ferner können mit einem Laser gepulste Lichtsignale ausgegeben werden. Die Pulslänge kann dabei genau vorgegeben werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Sendeeinrichtung wenigstens ein optisches System, insbesondere eine optische Linse oder dergleichen, aufweisen. Mit dem optischen System können die erzeugten Lichtsignale geformt, insbesondere eine Strahldivergenz eingestellt werden. In diesem Fall bildet der Ausgang des optischen Systems den entsprechenden Lichtsignal-Übergabekörper mit dem Lichtsignal-Übergabebereich der Sendeeinrichtung.
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Die wenigstens eine Empfangseinrichtung kann wenigstens einen Empfänger, insbesondere eine (Lawinen-)Fotodiode, ein Dioden-Array, ein CCD-Array oder dergleichen aufweisen. Mit derartigen Empfängern können Lichtsignale in insbesondere elektrische Signale umgewandelt werden. Elektrische Signale können mit einer elektronischen Steuer- und Auswerteeinrichtung des Messsystems verarbeitet werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Empfänger wenigstens ein optisches System, insbesondere eine optische Linse oder ein Fischaugenobjektiv oder dergleichen, aufweisen. Auf diese Weise können Lichtsignale, die von wenigstens einem Umlenkbereich reflektiert werden, besser auf den Empfänger gerichtet werden. In diesem Fall bildet der Eingang des optischen Systems den entsprechenden Lichtsignal-Übergabekörper mit dem Lichtsignal-Übergabebereich der Empfangseinrichtung.
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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 mit einer Sendeeinrichtung und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals mit einer entsprechenden Empfangseinrichtung des Messsystems gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Messsystem und dem erfassten Objekt ermittelt.
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Vorteilhafterweise kann das optische Messsystem als scannendes System, insbesondere als Laserscanner, ausgestaltet sein. Dabei kann ein Überwachungsbereich mit Lichtsignalen abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die Lichtsignale über den Überwachungsbereich gewissermaßen geschwenkt werden. Hierbei kommt die Verschiebung des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs mit der wenigstens einen Antriebseinrichtung zum Einsatz.
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Das optische Messsystem kann vorteilhafterweise bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann das Messsystem bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Das Messsystem kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder teilautonom betrieben werden können. Das Messsystem kann auch in stationärem Betrieb eingesetzt 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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Vorteilhafterweise kann das optische Messsystem Teil eines Fahrerassistenzsystems und/oder einer Fahrwerksteuerung eines Fahrzeugs sein oder mit diesen verbunden sein. Die mit dem optischen Messsystem ermittelten Informationen können zur Steuerung von Funktionskomponenten des Fahrzeugs herangezogen werden. Mit den Funktionskomponenten können insbesondere Fahrfunktionen, im Besonderen eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder ein Motor, und/oder Signalisierungseinrichtungen des Fahrzeugs gesteuert werden. So kann das Fahrzeug bei Erfassung eines Objekts mit dem optischen Messsystem mit den entsprechenden Funktionskomponenten gelenkt und/oder in seiner Geschwindigkeit geändert, insbesondere gestoppt, werden und/oder wenigstens ein Signal ausgegeben werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtsignal-Übergabekörper an einem Ausgang einer Sendeeinrichtung realisiert sein und/oder wenigstens ein Lichtsignal-Übergabekörper kann an einem Eingang einer Empfangseinrichtung realisiert sein und/oder wenigstens ein Lichtsignal-Übergabekörper kann an einem Lichtleiter realisiert sein.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtsignal-Übergabekörper an einem Ausgang einer Sendeeinrichtung realisiert sein. Dabei kann der Ausgang der Sendeeinrichtung direkt an einer Lichtquelle der Sendeeinrichtung oder indirekt an einem optischen System hinter der Lichtquelle realisiert sein. Zumindest der Teil der wenigstens einen Sendeeinrichtung, insbesondere die Lichtquelle und/oder das optische System, welcher den jeweiligen Lichtsignal-Übergabebereich aufweist, kann vorteilhafterweise mit der wenigstens einen Antriebseinrichtung entlang des Verschiebewegs verschoben werden. Dabei kann sich die Abstrahlrichtung der Lichtsignale am Lichtsignal-Übergabebereich an die Krümmung des Verschiebewegs anpassen, sodass insgesamt die Abstrahlrichtung beim Verschieben geschwenkt wird. Auf eine zusätzliche Lichtsignalumlenkeinrichtung, insbesondere einen Spiegel, kann dabei verzichtet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens ein Lichtsignal-Übergabekörper an einem Eingang einer Empfangseinrichtung realisiert sein. Dabei kann der Eingang der Empfangseinrichtung direkt an einem Empfänger der Empfangseinrichtung oder indirekt an einem optischen System vor dem Empfänger realisiert sein. Zumindest der Teil der wenigstens Empfangseinrichtung, insbesondere der Empfänger und/oder das optische System, welcher den jeweiligen Lichtsignal-Übergabebereich aufweist, kann vorteilhafterweise mit der wenigstens einen Antriebseinrichtung entlang des Verschiebewegs verschoben werden. Dabei kann sich die Empfangsrichtung zum Empfang von Lichtsignalen an die Krümmung des Verschiebewegs anpassen, sodass insgesamt die die Empfangsrichtung beim Verschieben geschwenkt wird. Auf eine zusätzliche Lichtsignalumlenkeinrichtung, insbesondere einen Spiegel, kann dabei verzichtet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens Lichtsignal-Übergabekörper an einem Lichtleiter realisiert sein. Der Lichtleiter kann mit einem Ende direkt oder indirekt mit einer Empfangseinrichtung oder einer Sendeeinrichtung verbunden sein. Das andere, freie Ende kann den jeweiligen Lichtsignal-Übergabekörper mit dem entsprechenden Lichtsignal-Übergabebereich bilden. Das freie Ende des Lichtleiters und damit der Lichtsignal-Übergabebereich kann mithilfe der wenigstens einen Antriebseinrichtung entlang des Verschiebewegs verschoben werden. Auf diese Weise können die Empfangseinrichtung beziehungsweise die Sendeeinrichtung bezüglich des Platzbedarfs getrennt von dem Lichtsignal-Übergabebereich und relativ zu diesem bewegbar angeordnet sein. Die Sendeeinrichtung beziehungsweise die Empfangseinrichtung selbst muss nicht bewegt werden. Die Richtung des Lichtsignal-Übergabebereichs des Lichtleiters passt sich beim Verschieben an die Richtung der Krümmung des Verschiebewegs an, sodass insgesamt die Empfangsrichtung zum Empfang von Lichtsignalen beziehungsweise die Senderichtung zum Senden von Lichtsignalen beim Verschieben geschwenkt wird. Auf eine zusätzliche Lichtsignalumlenkeinrichtung, insbesondere einen Spiegel, kann dabei verzichtet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich an einem Lichtausgang einer Sendeeinrichtung realisiert sein und/oder wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich kann an einem Lichteingang einer Empfangseinrichtung realisiert sein und/oder wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich kann an einem Lichtausgang eines Lichtleiters realisiert sein und/oder wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich kann an einem Lichteingang eines Lichtleiters realisiert sein. Mit einem Lichtsignal-Übergabebereich einer Sendeeinrichtung oder eines Lichtleiters können Lichtsignale an den Überwachungsbereich übergeben werden. Alternativ können Lichtsignale aus dem Überwachungsbereich mit einem Lichtsignal-Übergabebereich einer Empfangseinrichtung oder eines Lichtleiters an das Messsystem übergeben werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Richtung des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs beim Verschieben des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabekörper der Krümmung des Verschiebewegs folgen. Auf diese Weise kann die Krümmung des Verschiebewegs direkt die Richtung des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs beeinflussen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Antriebseinrichtung wenigstens einen Linearantrieb aufweisen oder daraus bestehen.
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Mit einem Linearantrieb kann der wenigstens eine Lichtsignal-Übergabekörper und damit der wenigstens eine Lichtsignal-Übergabebereich entlang wenigstens Linie verschoben werden. Linearantriebe können darüber hinaus einfach und präzise gesteuert werden.
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Ferner kann bei Linearantrieben insbesondere mithilfe von Codierern eine Position des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs genau bestimmt werden. Aus der Position des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs kann ein Maß für die Richtung ermittelt werden, in die die Lichtsignale gesendet werden oder aus der die Lichtsignale empfangen werden.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Antriebseinrichtung wenigstens zwei Linearantriebe aufweisen. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Lichtsignal-Übergabebereich entlang einer Fläche verschoben werden.
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Vorteilhafterweise kann mit wenigstens zwei Linearantrieben wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich in insbesondere zueinander orthogonalen Richtungen verschoben werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens einer Antriebseinrichtung wenigstens einen Piezomotor aufweisen. Piezomotoren können mit geringeren Größen realisiert werden als bezüglich ihrer Leistung vergleichbare elektromagnetische Motoren.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Antriebseinrichtung wenigstens einer Art Schlitten aufweisen, an dem wenigstens ein Lichtsignal-Übergabekörper mit wenigstens einem Lichtsignal-Übergabebereich befestigt sein kann. Mit dem wenigstens einen Schlitten oder dergleichen kann wenigstens der Lichtsignal-Übergabebereich entlang des Verschiebewegs bewegt werden.
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Vorteilhafterweise kann an wenigstens einem Schlitten wenigstens einer Antriebseinrichtung wenigstens eine Sendeeinrichtung und/oder wenigstens eine Empfangseinrichtung und/oder wenigstens ein Ende wenigstens eines Lichtleiters befestigt sein. Auf diese Weise können mit einem einzigen Schlitten auch mehrere Lichtsignal-Übergabebereiche entlang des Verschiebewegs bewegt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Verschiebeweg wenigstens eines Lichtsignal-Übergabebereichs von dem Überwachungsbereich aus betrachtet wenigstens teilweise konkav und/oder wenigstens teilweise konvex gekrümmt sein. Auf diese Weise kann je nach Bedarf eine entsprechende Richtungseinstellung vorgegeben werden.
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Dabei kann der wenigstens eine Verschiebeweg ausschließlich konkav oder ausschließlich konvex gekrümmt sein.
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Alternativ kann wenigstens ein Teil des wenigstens einen Verschiebewegs konkav gekrümmt sein und wenigstens ein Teil des Verschiebewegs kann konvex gekrümmt sein. Auf diese Weise können entsprechende Muster zur Einstellung auf die Richtung der Lichtsignale vorgegeben werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Verschiebeweg wenigstens eines Lichtsignal-Übergabebereichs wenigstens teilweise parabolisch und/oder wenigstens teilweise konisch und/oder wenigstens teilweise elliptisch und/oder wenigstens teilweise zirkulär gekrümmt sein. Auf diese Weise können individuelle Muster zur Einstellung auf die Richtung der Lichtsignale realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann der Verschiebeweg wenigstens eines Lichtsignal-Übergabebereichs ausschließlich parabolisch oder ausschließlich konisch oder ausschließlich elliptisch oder ausschließlich zirkulär gekrümmt sein. Alternativ kann der Verschiebeweg wenigstens eines Lichtsignal-Übergabebereichs Kombinationen der vorgenannten oder anderer Krümmungen aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann der Verschiebeweg wenigstens eines Lichtsignal-Übergabebereichs frei geformt sein. So kann mit dem Verschiebeweg ein individuelles Muster zur Einstellung auf die Richtung der Lichtsignale realisiert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Verschiebeweg wenigstens teilweise in einer Dimension gekrümmt sein und/oder wenigstens ein Verschiebeweg kann wenigstens teilweise in zwei Dimensionen gekrümmt sein.
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Vorteilhafterweise kann der Verschiebeweg wenigstens eines Lichtsignal-Übergabebereichs wenigstens teilweise in einer Dimension gekrümmt sein. Auf diese Weise kann die Richtung der Lichtsignale in einer Dimension geschwenkt werden. Der Überwachungsbereich kann so in einer Dimension abgetastet werden. Eine Krümmung in einer Dimension kann einfacher realisiert werden als eine Krümmung in zwei Dimensionen.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise ein Verschiebeweg wenigstens eines Lichtsignal-Übergabebereichs wenigstens teilweise in zwei Dimensionen, insbesondere zylindrisch, sphärisch, ellipsoidal oder dergleichen, gekrümmt sein. Auf diese Weise kann die Richtung der Lichtsignale in zwei Dimensionen geschwenkt werden. Der Überwachungsbereich kann so in zwei Dimensionen abgetastet werden.
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Alternativ kann ein Verschiebeweg wenigstens eines Lichtsignal-Übergabebereichs Areale, in denen der Verschiebeweg in einer Dimension gekrümmt ist, und Areale, in denen der Verschiebeweg in zwei Dimensionen gekrümmt ist, aufweisen. So kann ein Muster zur Einstellung auf die Richtung der Lichtsignale individueller vorgegeben werden
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich periodisch entlang des wenigstens einen Verschiebewegs verschiebbar sein. Auf diese Weise kann die Richtung des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs periodisch auf die Richtung der Lichtsignale eingestellt werden. So kann der Überwachungsbereich durch das entsprechende periodische Verschieben des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs mit Lichtsignalen abgetastet, also abgescannt, werden.
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Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Lichtsignal-Übergabebereich harmonisch schwingend verschoben werden. Auf diese Weise kann ein sinusförmiger Verlauf der Einstellung auf die Richtung der Lichtsignale realisiert werden. So kann die entsprechende Auslenkung der Richtung des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs aus einer Nullposition einfacher bestimmt werden.
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Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereich entlang wenigstens eines wenigstens teilweise gekrümmten Verschiebewegs verschoben wird, sodass die Richtung des wenigstens ein Lichtsignal-Übergabebereichs auf die Richtung der Lichtsignale eingestellt wird.
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Erfindungsgemäß wird der wenigstens eine Lichtsignal-Übergabebereich entlang wenigstens eines Verschiebewegs verschoben. Dadurch wird die Richtung des wenigstens einen Lichtsignal-Übergabebereichs abhängig von der Krümmung des Verschiebewegs auf die Richtung der Lichtsignale eingestellt..
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Messsystem 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.
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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 eine Detailansicht einer Lichtsignal-Einrichtung und einer Antriebseinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 mit einer Sendeeinrichtung, einer Empfangseinrichtung und einer Antriebseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Detailansicht einer Lichtsignal-Einrichtung und einer Antriebseinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 5 eine Detailansicht einer Lichtsignal-Einrichtung und einer Antriebseinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 6 eine Detailansicht einer Lichtsignal-Einrichtung und einer Antriebseinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
- 7 eine Detailansicht einer Lichtsignal-Einrichtung und einer Antriebseinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
- 8 eine Detailansicht einer Lichtsignal-Einrichtung und einer Antriebseinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 gemäß einem sechsten 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.
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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 ausgegeben 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 14, 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 Sender-Lichtsignale 22 beispielsweise in Form von Laserpulsen in den Überwachungsbereich 14 gesendet. Dabei wird die Richtung der Sender-Lichtsignale 22 in den Überwachungsbereich 14 variiert, sodass der Überwachungsbereich 14 insgesamt abgetastet werden kann. Die Richtung der Sender-Lichtsignale 22 ist durch die Pfeilrichtung des in der Figur dargestellten Pfeils angedeutet. 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 Lichtsignal-Einrichtung 24, eine Antriebseinrichtung 26 und eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 28. Die Lichtsignal-Einrichtung 24 und die Antriebseinrichtung 26 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel sind in der 3 im Detail gezeigt.
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Die Lichtsignal-Einrichtung 24 umfasst eine Sendeeinrichtung 30 zum Aussenden der Sender-Lichtsignale 22 und eine Empfangseinrichtung 32 zum empfangen von Sender-Lichtsignalen 22, die an einem im Überwachungsbereich 14 etwa vorhandenen Objekt 18 als Empfangs-Lichtsignale 34 reflektiert werden. Die Richtung der Empfangs-Lichtsignale 34 ist durch die Pfeilrichtung des in der Figur dargestellten Pfeils angedeutet.
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Die Sendeeinrichtung 30 weist einen Laser, beispielsweise einen Diodenlaser, auf, mit welchem die Sender-Lichtsignale 22 erzeugt und ausgesendet werden können.
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Ferner umfasst die Sendeeinrichtung 30 ein optisches System, beispielsweise mit einer optischen Linse, mit der die Sender-Lichtsignale 22 beispielsweise in einer Richtung aufgeweitet werden. Ein Lichtausgang des optischen Systems bildet einen senderseitigen Lichtsignal-Übergabekörper 36s. Der senderseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36s weist einen senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s auf zur Übergabe der Sender-Lichtsignale 22 von dem Messsystem 12 an den Überwachungsbereich 14.
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Die Sendeeinrichtung 30 ist mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 steuerungstechnisch verbunden.
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Die Empfangseinrichtung 32 verfügt über einen Empfänger, mit der die Empfangs-Lichtsignale 34 in beispielsweise elektrische Signale umgewandelt werden können, die mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verwertet werden können. Der Empfänger kann beispielsweise wenigstens eine (Lawinen-) Fotodiode, wenigstens ein Dioden-Array und/oder wenigstens ein CCD-Array oder dergleichen aufweisen.
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Ferner weist die Empfangseinrichtung 32 ein optisches System, beispielsweise mit einer optischen Linse, insbesondere einem Fischauge, auf, mit welchem die Empfangs-Lichtsignale 34 auf den Empfänger fokussiert werden können. Ein Lichteingang des optischen Systems bildet einen empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabekörper 36e. Der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36e weist einen empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38e auf zur Übergabe der Empfangs-Lichtsignalen 34 von dem Überwachungsbereich auf das Messsystem 12.
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Die Empfangseinrichtung 32 ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verbunden. Auf diese Weise kann die Empfangseinrichtung 32 mit der Steuer-und Auswerteeinrichtung 28 gesteuert werden. Außerdem können so die Signale der Empfangseinrichtung 32 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt werden.
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Die Antriebseinrichtung 26 umfasst beispielhaft einen Schlitten 40. Ferner umfasst die Antriebseinrichtung 26 beispielhaft einen linearen Piezomotor 42, mit welchem der Schlitten 40 entlang eines gekrümmten Verschiebeweges 44 verschiebbar ist. Der Verschiebeweg 44 ist beispielhaft durch eine entsprechende Schiene 46 vorgegeben.
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Der Verschiebeweg 44 folgt beispielhaft einer elliptisch gekrümmten Linie. Beispielhaft ist der Verschiebeweg 44 von dem Überwachungsbereich 14 aus betrachtet konvex.
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Auf der der Schiene 46 abgewandten Seite des Schlittens 44 sind die Sendeeinrichtung 30 und die Empfangseinrichtung 32 und damit der senderseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36s mit den senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s und der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36e mit dem empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38e befestigt. Der senderseitige Lichtsignal-Übergabebereich 38s und der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabebereich 38e sind in den Überwachungsbereich 14 gerichtet.
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Mit der Antriebseinrichtung 36 können die Sendeeinrichtung 30 und die Empfangseinrichtung 32 und damit der senderseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36s mit den senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s und der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36e mit dem empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38e entlang des gekrümmten Verschiebewegs 44 verschoben werden. Auf diese Weise kann der senderseitige Lichtsignal-Übergabebereich 38s auf die Richtung eingestellt werden, in die die Sender-Lichtsignale 22 gesendet werden sollen. Außerdem kann der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabebereich 38e auf die Richtung eingestellt werden, aus der die Empfangs-Lichtsignale 34 kommen.
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Die Sendeeinrichtung 30 und die Empfangseinrichtung 32 und damit der senderseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36s mit den senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s und der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36e mit dem empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38e können entlang des Verschiebewegs 44 periodisch beispielhaft in harmonischer Schwingung hin und her geschoben werden, was mit einem Doppelpfeil angedeutet ist. In der 3 sind die Sendeeinrichtung 30 und die Empfangseinrichtung 32 und damit der senderseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36s mit den senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s und der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36e mit dem empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38e in ihrer Nullposition I mit durchgängigen Strichen gezeigt. Zum Vergleich sind die Sendeeinrichtung 30 und die Empfangseinrichtung 32 und damit der senderseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36s mit den senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s und der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36e mit dem empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38 in der 3 gestrichelt in einer beispielhaften Auslenkposition II gezeigt.
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Beim Verschieben folgen die Richtung des senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereichs 38s und die Richtung des empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereichs 38e der Krümmung des Verschiebewegs 44. Durch das Verschieben entlang des Verschiebewegs 44 wird die Richtung des senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereichs 38s und die Richtung des empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereichs 38e in einer Dimension verändert. Entsprechend werden die Richtung der Sender-Lichtsignale 22 gelenkt und die Richtung, aus der Empfangs-Lichtsignale 34 empfangen werden, geändert. So wird der Überwachungsbereich 14 mit den Sender-Lichtsignalen 22 in einer Dimension abgetastet. Die Grenzen 48 des Überwachungsbereichs 14 sind in der 3 durch gestrichelte Linien angedeutet.
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Der Überwachungsbereich 14 wird durch die Bewegungsreichweite des Schlittens 40, respektive des senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereichs 38s und des empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereichs 38e, und die Strahldivergenz der Sender-Lichtsignale 22 vorgegeben. Die Auflösung des Messsystems 12 wird durch die Strahldivergenz der Sender-Lichtsignale 22 und die Schrittweite des Piezomotors 42, respektive des senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereichs 38s und des empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereichs 38e, vorgegeben.
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Die Antriebseinrichtung 26 verfügt ferner über eine hier nicht weiter interessierende Positionserfassungseinrichtung, mit welcher die momentane Auslenkung der Sendeeinrichtung 30 und der Empfangseinrichtung 32 und damit des senderseitigen Lichtsignal-Übergabekörpers 36s mit den senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s und des empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabekörpers 36e mit dem empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38e erfasst werden kann.
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Die Antriebseinrichtung 26 und die Positionserfassungseinrichtung sind signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verbunden. So kann die Antriebseinrichtung 36 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 gesteuert oder geregelt werden. Außerdem kann die momentane Auslenkung an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt und mit dieser verarbeitet werden.
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Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 kann das Messsystem 12 insgesamt 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 kann ein Teil der Elemente oder alle Elemente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 voneinander getrennt realisiert sein.
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In der 4 ist eine Lichtsignal-Einrichtung 24 mit einer Antriebseinrichtung 26 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus der 3 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass auf dem Schlitten 40 lediglich die Sendeeinrichtung 30 mit dem senderseitigen Lichtsignal-Übergabekörper 36s und dem senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s vorgesehen ist. Die in der 4 nicht gezeigte Empfangseinrichtung des Messsystems 12 ist bei den zweiten Ausführungsbeispiel in anderer Weise realisiert.
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In der 5 ist eine Lichtsignal-Einrichtung 24 mit einer Antriebseinrichtung 26 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus der 3 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Sendeeinrichtung 30 und die Empfangseinrichtung 32 nicht auf dem Schlitten 40 sondern getrennt von der Antriebseinrichtung 26 angeordnet ist.
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Die Sendeeinrichtung 30 ist mit einem Eingang eines Sender-Lichtleiters 50s verbunden. Ein Ausgang des Sender-Lichtleiters 50s an dessen freiem Ende ist auf dem Schlitten 40 befestigt und bildet einen senderseitigen Lichtsignal-Übergabekörper 36s. Die dem Überwachungsbereich 14 zugewandte Seite des senderseitigen Lichtsignal-Übergabekörpers 36s bildet den senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s.
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Die Empfangseinrichtung 32 ist mit einem Ausgang eines Empfangs-Lichtleiters 50e verbunden. Ein Eingang des Empfangs-Lichtleiters 50e an dessen freiem Ende ist auf dem Schlitten 40 befestigt und bildet einen empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabekörper 36e. Die dem Überwachungsbereich 14 zugewandte Seite des empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabekörpers 36e bildet den empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38e.
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Mithilfe des Sender-Lichtleiters 50s und des Empfangs-Lichtleiters 50e können der senderseitige Lichtsignal-Übergabebereich 38s und der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabebereich 38e entlang des Verschiebungsweges 44 verschoben werden, ohne dass die Sendeeinrichtung 30 und die Empfangseinrichtung 32 bewegt werden müssen.
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In der 6 ist eine Lichtsignal-Einrichtung 24 mit einer Antriebseinrichtung 26 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des dritten Ausführungsbeispiels aus der 5 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dritte Ausführungsbeispiel dadurch, dass auf dem Schlitten 40 lediglich das freie Ende des senderseitigen Sender-Lichtleiters 50s mit dem senderseitigen Lichtsignal-Übergabekörper 36s und dem senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s befestigt ist. Der in der 6 nicht gezeigte empfängerseitige Lichtsignal-Übergabekörper mit dem empfängerseitige Lichtsignal-Übergabebereich Bereich ist bei den vierten Ausführungsbeispiel in anderer Weise realisiert.
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In der 7 ist eine Lichtsignal-Einrichtung 24 mit einer Antriebseinrichtung 26 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus der 3 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Verschiebeweg 44 von dem Überwachungsbereich 14 aus betrachtet konkav gekrümmt ist.
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In der 8 ist eine Lichtsignal-Einrichtung 24 mit einer Antriebseinrichtung 26 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus der 3 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Verschiebeweg 144 der Sendeeinrichtung 30 und der Empfangseinrichtung 32 und damit des senderseitigen Lichtsignal-Übergabekörpers 36s mit dem senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s und des empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabekörpers 36e mit dem empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38e in zwei Dimensionen gekrümmt ist. Der Verschiebeweg 144 ist beispielhaft mit einer zweidimensional gekrümmten Bahn 146 realisiert. So können die Sendeeinrichtung 30 und die Empfangseinrichtung 32 und damit der senderseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36s mit dem senderseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38s und der empfängerseitige Lichtsignal-Übergabekörper 36e mit dem empfängerseitigen Lichtsignal-Übergabebereich 38e mit der entsprechenden Antriebseinrichtung 36 entlang des Verschiebewegs 38 in zwei Dimensionen verschoben werden. So kann der Überwachungsbereich 14 in zwei Dimensionen abgetastet werden.
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Bei weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen können die Merkmale der in den 3 bis 8 gezeigten sechs Ausführungsbeispiele untereinander kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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