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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Lichtsignalumlenkeinrichtung für ein optisches Messsystem zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich,
- - mit wenigstens einem Umlenkkörper, der wenigstens einen Umlenkbereich zur Umlenkung von Lichtsignalen aufweist,
- - mit wenigstens einer Antriebseinrichtung, mit der der wenigstens eine Umlenkkörper so angetrieben werden kann, dass der wenigstens eine Umlenkbereich relativ zu jeweiligen Ausbreitungsachsen von Lichtsignalen, welche auf den wenigstens einen Umlenkbereich treffen, bewegt werden kann.
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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, mit der Lichtsignale umgelenkt werden können,
- - und mit wenigstens einer Empfangseinrichtung, mit der Lichtsignale empfangen werden können,
- - wobei die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung aufweist
- - wenigstens einen Umlenkkörper, der wenigstens eine Umlenkbereich aufweist zur Umlenkung von Lichtsignalen, und
- - wenigstens eine Antriebseinrichtung, mit der der wenigstens eine Umlenkkörper so angetrieben werden kann, dass der wenigstens eine Umlenkbereich relativ zu jeweiligen Ausbreitungsachsen von Lichtsignalen, welche auf den wenigstens einen Umlenkbereich treffen, bewegt werden kann.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtsignalumlenkeinrichtung für ein optisches Messsystem zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich,
- - bei dem Lichtsignale mit wenigstens einem Umlenkbereich wenigstens eines Umlenkkörpers umgelenkt werden,
- - wobei der wenigstens eine Umlenkkörper mit wenigstens einer Antriebseinrichtung so angetrieben wird, dass der wenigstens eine Umlenkbereich relativ zu jeweiligen Ausbreitungsachsen von Lichtsignalen, welche auf den wenigstens einen Umlenkbereich treffen, 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, eine Lichtsignalumlenkeinrichtung, ein Messsystem und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, mit denen Lichtsignale besser, insbesondere einfacher, zuverlässiger und/oder sicherer, umgelenkt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der Lichtsignalumlenkeinrichtung dadurch gelöst, dass wenigstens ein Umlenkbereich entlang wenigstens eines wenigstens teilweise gekrümmten Verschiebewegs verschiebbar ist.
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Erfindungsgemäß weist ein Verschiebeweg, entlang dem wenigstens ein Umlenkbereich verschoben wird, wenigstens eine Krümmung auf. Durch entsprechendes verschieben des wenigstens einen Umlenkkörpers und damit des wenigstens einen Umlenkbereichs entlang der Krümmung des Verschiebewegs wird ein Einfallswinkel, in dem das Lichtsignal auf den wenigstens einen Umlenkbereich trifft, verändert. Auf diese Weise wird das Lichtsignal je nach Position des Umlenkbereichs auf dem gekrümmten Verschiebeweg unterschiedlich umgelenkt. So kann durch einfaches Verschieben des wenigstens einen Umlenkbereichs ein Schwenken der Ausbreitungsachsen der Lichtsignale bewirkt werden.
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Ferner kann aufgrund des einfachen Aufbaus ein Justageaufwand für die Lichtsignalumlenkeinrichtung und somit des Messsystems 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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Ferner kann durch die Krümmung des wenigstens einen Verschiebewegs erreicht werden, dass Anforderungen an die Beweglichkeit und/oder die Bewegungsart des wenigstens einen Umlenkkörpers insgesamt verringert werden können. So kann eine Standzeit der Lichtsignalumlenkeinrichtung im Vergleich zu Lichtsignalumlenkeinrichtungen mit rotierenden oder schwingenden Spiegeln vergrößert werden. Außerdem kann mithilfe einer entsprechenden Krümmung des wenigstens einen Verschiebewegs eine größere Abstrahlfläche realisiert werden. Auf diese Weise kann die Augensicherheit des Messsystems verbessert 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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Die Ausbreitungsachse eines Lichtsignals gibt die mittlere Richtung an, in der sich ein Lichtsignal ausbreitet. Dabei kann das Lichtsignal bezüglich der Ausbreitungsachse fokussiert oder aufgeweitet werden. Das Lichtsignal kann auch in eine Richtung fokussiert und eine andere Richtung aufgeweitet werden. Auf diese Weise kann das Lichtsignal aufgefächert werden.
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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 Ausbreitungsachsen der entsprechenden Lichtsignale über den Überwachungsbereich gewissermaßen geschwenkt werden. Hierbei kommt die Lichtsignalumlenkeinrichtung 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 eine Richtung des wenigstens einen Umlenkbereichs beim Verschieben des wenigstens einen Umlenkkörpers der Krümmung des Verschiebewegs folgen. Auf diese Weise kann die Krümmung des Verschiebewegs direkt die Richtung des wenigstens einen Umlenkbereichs beeinflussen werden. So kann ein Neigungswinkel, in dem eine auf den Ausbreitungsachse eines Lichtsignals gegenüber dem wenigstens einen Umlenkbereich trifft, durch die Krümmung des Verschiebewegs direkt beeinflusst werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Ausdehnung des wenigstens einen Umlenkbereichs in Richtung des wenigstens einen Verschiebewegs kleiner sein als eine Ausdehnung der Lichtsignale in diese Richtung. Auf diese Weise kann die Ausdehnung der Lichtsignale den wenigstens einen Umlenkbereich überragen. Der wenigstens eine Umlenkbereich kann so in unterschiedlichen Positionen beim Verschieben entlang des wenigstens einen Verschiebewegs innerhalb der Ausdehnung der Lichtsignale liegen. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Umlenkbereich stets mit entsprechenden Lichtsignalen angestrahlt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in Richtung der auf den wenigstens einen Umlenkbereich treffenden Lichtsignale hinter, neben und versetzt hinter dem wenigstens ein Umlenkbereich Mittel vorgesehen sein zur Absorption der Lichtsignale. Auf diese Weise kann eine Streuung der auftreffenden Lichtsignale außerhalb des Umlenkbereichs verhindert werden.
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Bei den Mitteln kann es sich vorteilhafterweise um entsprechende Licht absorbierende Oberflächen handeln. Auf diese Weise kann einfach eine Lichtabsorption realisiert werden.
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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 Umlenkkörper und damit der wenigstens eine Umlenkbereich 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 Umlenkbereichs genau bestimmt werden. Aus der Position des wenigstens einen Umlenkbereichs kann ein Maß für die Umlenkung der Lichtsignale ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Antriebseinrichtung wenigstens zwei Linearantriebe aufweisen. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Umlenkbereich entlang einer Fläche verschoben werden. Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Linearantriebe den wenigstens einen Umlenkbereich in insbesondere zueinander orthogonalen Richtungen verschieben.
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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 ein Verschiebeweg wenigstens eines Umlenkbereichs in Richtung der auftreffenden Lichtsignalen betrachtet wenigstens teilweise konkav und/oder wenigstens teilweise konvex gekrümmt sein. Auf diese Weise kann je nach Bedarf eine entsprechende Umlenkung 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 Umlenkmuster vorgegeben werden, mit denen die Ausbreitungsachsen der Lichtsignale geschwenkt werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Verschiebeweg wenigstens eines Umlenkbereichs 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 Umlenkmuster realisiert werden, mit denen die Lichtsignale umgelenkt werden können.
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Vorteilhafterweise kann der Verschiebeweg wenigstens eines Umlenkbereichs ausschließlich parabolisch oder ausschließlich konisch oder ausschließlich elliptisch oder ausschließlich zirkulär gekrümmt sein. Alternativ kann der Verschiebeweg wenigstens eines Umlenkbereichs Kombinationen der vorgenannten oder anderer Krümmungen aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann der Verschiebeweg wenigstens eines Umlenkbereichs frei geformt sein. So kann mit dem Verschiebeweg ein individuelles Umlenkmuster für die 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 Umlenkbereichs wenigstens teilweise in einer Dimension gekrümmt sein. Auf diese Weise können die Ausbreitungsachsen 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 Umlenkbereichs wenigstens teilweise in zwei Dimensionen, insbesondere zylindrisch, sphärisch, ellipsoidal oder dergleichen, gekrümmt sein. Auf diese Weise können die Ausbreitungsachsen 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 Umlenkbereichs Areale, in denen dieser in einer Dimension gekrümmt ist, und Areale, in denen dieser in zwei Dimensionen gekrümmt ist, aufweisen. So kann ein Umlenkmuster zur Umlenkung der Lichtsignale individueller vorgegeben werden
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkbereich periodisch entlang des wenigstens einen Verschiebewegs verschiebbar sein. Auf diese Weise können die Lichtsignale periodisch umgelenkt werden. So kann der Überwachungsbereich durch das entsprechende periodische Verschieben des wenigstens einen Umlenkbereichs mit Lichtsignalen abgetastet, also abgescannt, werden.
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Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Umlenkbereich harmonisch schwingend verschoben werden. Auf diese Weise kann ein sinusförmiger Verlauf der Auslenkung realisiert werden. So kann die entsprechende Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs aus einer Nullposition einfacher bestimmt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkbereich wenigstens eine Spiegelfläche aufweisen und/oder wenigstens ein Umlenkbereich kann wenigstens eine diffraktive optische Struktur aufweisen.
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Mit Spiegelflächen können Lichtsignale direkt umgelenkt werden. Spiegelflächen können einfach realisiert werden.
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Mit diffraktiven optischen Strukturen können Lichtsignale geformt, insbesondere gebeugt, werden. Auf diese Weise können die Lichtsignale umgelenkt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine diffraktive optische 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, insbesondere Beugung, der Lichtsignale erreicht werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Umlenkbereich für die Lichtsignale durchlässig wirken. Auf diese Weise können die Sendeeinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung des Messsystems auf der dem Überwachungsbereich gegenüberliegenden Seite des wenigstens ein Umlenkbereichs angeordnet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens ein Umlenkbereich für die Lichtsignale reflektierend wirken. Auf diese Weise kann die Sendeeinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung auf der gleichen Seite des wenigstens einen Umlenkbereichs wie der Überwachungsbereich angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Umlenkkörper und/oder der wenigstens eine Umlenkbereich Polymer, Glas, Metall oder dergleichen oder einer Kombination von unterschiedlichen derartigen oder andersartigen geeigneten Materialien aufweisen oder daraus bestehen. Derartige Materialien können selbst als Spiegelflächen und/oder als Träger von Spiegelflächen und/oder als Träger, insbesondere Substrate, für diffraktive optische Strukturen wirken.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Messsystem dadurch gelöst, dass wenigstens ein Umlenkbereich entlang wenigstens eines wenigstens teilweise gekrümmten Verschiebewegs verschiebbar ist.
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Erfindungsgemäß weist wenigstens ein Verschiebeweg für wenigstens ein Umlenkkörper und damit für wenigstens einen Umlenkbereich wenigstens eine Krümmung auf, sodass durch das Verschieben des wenigstens einen Umlenkbereichs entlang des Verschiebewegs die auftreffenden Lichtsignale abhängig von der Krümmung des Verschiebewegs abgelenkt werden.
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Vorteilhafterweise kann die Sendeeinrichtung wenigstens eine Lichtquelle aufweisen. Vorteilhafterweise können von der Sendeeinrichtung gepulste Lichtsignale ausgesendet werden. Auf diese Weise kann die Dauer der Lichtsignale begrenzt werden. So kann einfacher eine Laufzeitmessung realisiert werden, da Anfang und Ende des Lichtsignals genau bestimmt werden können.
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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.
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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.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkbereich relativ zu wenigstens einer Sendeeinrichtung verschiebbar sein und/oder wenigstens ein Umlenkbereich kann relativ zu wenigstens einer Empfangseinrichtung verschiebbar sein.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Umlenkbereich relativ zu wenigstens einer Sendeeinrichtung verschiebbar sein. Auf diese Weise können Sender-Lichtsignale mit der Lichtsignalumlenkeinrichtung in den Überwachungsbereich umgelenkt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens ein Umlenkbereich relativ zu wenigstens einer Empfangseinrichtung verschiebbar sein. Auf diese Weise können Empfangs-Lichtsignale mit der Lichtsignalumlenkeinrichtung zu der wenigstens einen Empfangseinrichtung umgelenkt werden. Empfangs-Lichtsignale sind Sender-Lichtsignale, welche von einem etwa im Überwachungsbereich vorhandenen Objekt reflektiert werden.
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Vorteilhafterweise kann ein und derselbe Umlenkbereich wenigstens einer Sendeeinrichtung und wenigstens eine Empfangseinrichtung zugeordnet sein. Auf diese Weise können mit nur einem Umlenkbereich sowohl die Sender-Lichtsignale als auch die Empfangs-Lichtsignale umgelenkt werden.
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Alternativ können wenigstens ein Umlenkbereich, der wenigstens einer Sendeeinrichtung zugeordnet ist, und wenigstens ein anderer Umlenkbereich, der wenigstens einer Empfangseinrichtung zugeordnet ist, mechanisch miteinander verbunden sein. Auf diese Weise können die Umlenkbereiche gemeinsam angetrieben werden. Ein Aufwand in Bezug auf Antriebseinrichtungen kann so verringert werden.
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Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass der wenigstens eine Umlenkkörper entlang wenigstens eines wenigstens teilweise gekrümmten Verschiebewegs verschoben wird, sodass Einfallswinkel der jeweiligen Ausbreitungsachsen von Lichtsignalen auf den wenigstens einen Umlenkbereich verändert werden und die Lichtsignale umgelenkt werden.
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Erfindungsgemäß wird der wenigstens eine Umlenkbereich entlang wenigstens eines Verschiebewegs verschoben. Dadurch werden Einfallswinkel der jeweiligen Ausbreitungsachsen der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich verändert, sodass die Lichtsignale entsprechend umgelenkt werden.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit erfindungsgemäßen Lichtsignalumlenkeinrichtung, 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 Sendeeinrichtung und einer Lichtsignalumlenkeinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Detailansicht eine Empfangseinrichtung der Lichtsignalumlenkeinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 5 eine Detailansicht einer Sendeeinrichtung, einer Empfangseinrichtung und einer Lichtsignalumlenkeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welche bei dem Messsystem aus den 1 und 2 eingesetzt werden kann;
- 6 eine Detailansicht einer Sendeeinrichtung, einer Empfangseinrichtung und einer Lichtsignalumlenkeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, welche bei dem Messsystem aus den 1 und 2 verwendet werden kann.
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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 einer beispielsweise in der 3 bezeichneten Ausbreitungsachse 23 der Sender-Lichtsignale 22 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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Die Ausbreitungsachse von Lichtsignalen, beispielsweise der Sender-Lichtsignale 22 und weiter unten erläuterten Empfangs-Lichtsignalen 42, im Sinne der Erfindung charakterisiert deren Hauptausbreitungsrichtung. Dabei können die Lichtsignale selbst bezogen auf die Ausbreitungsachse fokussiert oder defokussiert werden.
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Das Messsystem 12 umfasst eine Sendeeinrichtung 24, eine Lichtsignalumlenkeinrichtung 26, eine Empfangseinrichtung 28 und eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 30. Die Empfangseinrichtung 28 kann beispielsweise in der 2 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene betrachtet räumlich unter der Sendeeinrichtung 24 angeordnet sein. Die Empfangseinrichtung 28 ist daher in der 2 teilweise von der Sendeeinrichtung 24 verdeckt gezeigt.
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Die Sendeeinrichtung 24 weist einen Laser, beispielsweise einen Diodenlaser, auf, mit welchem die Sender-Lichtsignale 22 erzeugt und ausgesendet werden können. Ferner umfasst die Sendeeinrichtung 24 ein optisches System, beispielsweise mit einer optischen Linse, mit der die Sender-Lichtsignale 22, wie in der 3 gezeigt, aufgeweitet werden. Die Sendeeinrichtung 24 ist mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 steuerungstechnisch verbunden.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 mit der Sendeeinrichtung 24 ist in der 3 im Detail gezeigt.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 weist einen Umlenkkörper in Form eines Umlenkspiegels 32 mit einer Spiegelfläche 34 als Umlenkbereich zur Umlenkung von Sender-Lichtsignalen 22 und Empfangs-Lichtsignalen 42 auf. Dabei befindet sich die Spiegelfläche 34 auf der Seite, die der Sendeeinrichtung 24 zugewandt ist. Der Umlenkspiegel 32 kann aus Polymer, Glas, Metall oder dergleichen oder einer Kombination von unterschiedlichen derartigen oder andersartigen geeigneten Materialien bestehen.
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Ferner weist die Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 eine Antriebseinrichtung 36 beispielhaft in Form eines linearen Piezomotors auf. Die Antriebseinrichtung 36 ist mit dem Umlenkspiegel 32 so verbunden, dass sie den Umlenkspiegel 32 und damit die Spiegelfläche 34 entlang eines gekrümmten Verschiebewegs 38 verschieben kann. Auf diese Weise kann die Spiegelfläche 34 entlang des Verschiebewegs 38 periodisch beispielhaft in harmonischer Schwingung hin und her geschoben werden, was mit einem Doppelpfeil angedeutet ist. In der 3 ist der Umlenkspiegel 32 in seiner Nullposition I mit durchgängigen Strichen gezeigt. Zum Vergleich ist der Umlenkspiegel 32 in der 3 gestrichelt in einer beispielhaften Auslenkposition II gezeigt.
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Der Verschiebeweg 38 folgt beispielhaft einer elliptisch gekrümmten Linie. Beispielhaft ist der Verschiebeweg 38 von der Sendeeinrichtung 24 aus, also in Richtung der Sender-Lichtsignale 22 betrachtet konkav.
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Die Spiegelfläche 34 befindet sich im Strahlweg der Sender-Lichtsignale 22 hinter der Sendeeinrichtung 24. Die Sender-Lichtsignale 22 werden auf die Spiegelfläche 34 gesendet. Die Sender-Lichtsignale 22 sind dabei so aufgeweitet, dass sie den gesamten Verschiebeweg 38, über den die Spiegelfläche 34 verschoben werden kann, abdeckt. Die Ausdehnung der Spiegelfläche 34 in Richtung des Verschiebewegs 38 ist deutlich kleiner als die Ausdehnung der aufgeweiteten Sender-Lichtsignale 22 im Bereich der Spiegelfläche 34. Auf diese Weise wird lediglich der Teil der Sender-Lichtsignale 22 reflektiert, der auf die Spiegelfläche 34 trifft. Der Bereich der Lichtsignalumlenkeinrichtung 26, der sich von der Sendeeinrichtung 24 hinter, schräg hinter und neben der Spiegelfläche 34 befindet, also der Bereich entlang des Verschiebewegs 38, hat lichtadsorbierende Eigenschaften. Auf diese Weise wird vermieden, dass Teile der aufgeweiteten Sender-Lichtsignale 22, welche nicht auf die Spiegelfläche 34 treffen, ebenfalls reflektiert werden.
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Beim Verschieben des Umlenkspiegels 32 folgt die Richtung der Spiegelfläche 34 der Krümmung des Verschiebewegs 38. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Spiegelfläche 34 annähernd parallel zum Verschiebeweg 38. Durch das Verschieben der Spiegelfläche 34 entlang des Verschiebewegs 38 wird ein Einfallswinkel der Sender-Lichtsignale 22 auf die Spiegelfläche 34 verändert. Der Teil der Sender-Lichtsignal 22, welcher auf die Spiegelfläche 34 trifft, wird abhängig von der Position der Spiegelfläche 34 auf dem Verschiebeweg 38 entsprechend in den Überwachungsbereich 14 gelenkt. Dabei wird die entsprechende Ausbreitungsachse 23 umgelenkt.
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Durch die periodische Verschiebung der Spiegelfläche 34 wird die Ausbreitungsachse 23 der Sender-Lichtsignale 22 in dem Überwachungsbereich 14 in einer Dimension geschwenkt. So wird der Überwachungsbereich 14 mit den Sender-Lichtsignalen 22 in einer Dimension abgetastet.
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Der besseren Unterscheidbarkeit wegen sind in der 3 die Sender-Lichtsignale 22, welche in der Nullposition I an der Spiegelfläche 34 reflektiert werden, und deren umgelenkte Ausbreitungsachse 23 mit dem Index I versehen, also mit 22I und 23I bezeichnet. Entsprechend sind die Sender-Lichtsignale 22, welche in der Auslenkposition II an der Spiegelfläche 34 reflektiert werden, und deren umgelenkte Ausbreitungsachse 23 mit dem Index II versehen, also mit 22II und 23II bezeichnet, und zusätzlich gestrichelt gezeichnet.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 verfügt ferner über eine hier nicht weiter interessierende Positionserfassungseinrichtung, mit welcher die momentane Auslenkung der Spiegelfläche 34 erfasst werden kann. Die Auslenkung der Spiegelfläche 34 charakterisiert die Umlenkwirkung auf die Sender-Lichtsignale 22.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 26, respektive die Antriebseinrichtung 36 und die Positionserfassungseinrichtung, ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 verbunden. So kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 gesteuert oder geregelt werden. Außerdem kann die momentane Auslenkung der Spiegelfläche 34 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 übermittelt und mit dieser verarbeitet werden.
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Die Sender-Lichtsignale 22 können an einem etwa im Überwachungsbereich 14 vorhandenen Objekt 18 reflektiert und als reflektierte Empfangs-Lichtsignale 42 zu der Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 zurückgesendet werden. Mit der Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 können die Empfangs-Lichtsignale 42 zu der Empfangseinrichtung 28 umgelenkt werden.
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In der 4 ist die Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 mit der Empfangseinrichtung 28 und dem Strahlenverlauf der Empfangs-Lichtsignale 42 dargestellt. Dort ist die Spiegelfläche 34 beispielhaft entsprechend der 3 in der Nullposition I und der Auslenkposition II gezeigt.
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Der besseren Unterscheidbarkeit wegen sind die Empfangs-Lichtsignale 42, welche aus der Richtung kommen, in die die Sender-Lichtsignale 221 in der Nullposition I der Spiegelfläche 34 entsprechend der 3 gesendet werden, und deren Ausbreitungsachse 43 mit den Index I versehen, also mit 42I und 43I bezeichnet. Die Empfangs-Lichtsignale 42 I treffen auf die Spiegelfläche 34 und werden entsprechend der dortigen Krümmung des Verschiebewegs 38 zu der Empfangseinrichtung 28 umgelenkt.
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Die Empfangs-Lichtsignale 42, welche aus der Richtung kommen in die die Sender-Lichtsignale 22II in der Auslenkposition II der Spiegelfläche 34 entsprechend der 3 gesendet werden, und deren Ausbreitungsachse 43 sind mit dem Index II versehen, also mit 42II und 43II bezeichnet, und zusätzlich gestrichelt dargestellt. Die Empfangs-Lichtsignale 42II treffen auf die die Spiegelfläche 34 und werden entsprechend der dortigen Krümmung des Verschiebewegs 38, welche einen anderen Einfallswinkel bewirkt, wie die Krümmung des Verschiebewegs 38 in der Nullposition I, ebenfalls zu der Empfangseinrichtung 28 umgelenkt.
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Statt einer gemeinsamen Spiegelfläche 34 für die Sender-Lichtsignale 22 und die Empfangs-Lichtsignale 42 können auch getrennte Spiegelflächen für die Sender-Lichtsignale 22 und die Empfangs-Lichtsignale 42 vorgesehen sein. Die Spiegelflächen können mechanisch miteinander gekoppelt sein, sodass sie gemeinsam beispielsweise mit einer einzigen Antriebseinrichtung 36 angetrieben werden können.
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Mit der Empfangseinrichtung 28 werden die Empfangs-Lichtsignale 42 empfangen. Die Empfangseinrichtung 28 verfügt über einen Empfänger, mit der die Empfangs-Lichtsignale 42 in beispielsweise elektrische Signale umgewandelt werden können, die mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 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 28 ein optisches System, beispielsweise mit einer optischen Linse, auf, mit welchem die Empfangs-Lichtsignale 42 auf den Empfänger fokussiert werden können.
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Die Empfangseinrichtung 28 ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 verbunden. Auf diese Weise kann die Empfangseinrichtung 28 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 gesteuert werden. Außerdem können so die Signale der Empfangseinrichtung 28 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 übermittelt werden.
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Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 kann das Messsystem 12 gesteuert werden. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 ist auf hardware- und softwaretechnischem Wege realisiert. Die Elemente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 können als Einheit, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse, realisiert sein. Alternativ kann ein Teil der Elemente oder alle Elemente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 voneinander getrennt realisiert sein.
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Anstelle einer Spiegelfläche 34 kann der Umlenkbereich auch diffraktive optische Strukturen, beispielsweise diffraktive optische Elemente, aufweisen. Mit den diffraktiven optischen Strukturen kann die Richtung der Sender-Lichtsignale 22 und der Empfangs-Lichtsignale 42 entsprechend der Position des Umlenkbereichs auf dem Verschiebeweg 38 geändert werden.
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In der 5 ist eine Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den 3 und 4 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Verschiebeweg 38 von der Sendeeinrichtung 24 und den auftreffenden Sender-Lichtsignalen 22 und Empfangs-Lichtsignalen 42 aus betrachtet konvex gekrümmt ist.
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In der 6 ist eine Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den 3 und 4 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Verschiebeweg 238 des Umlenkspiegels 32 in zwei Dimensionen gekrümmt ist. So kann die Spiegelfläche 234 mit der entsprechenden Antriebseinrichtung 236 entlang des Verschiebewegs 238 in zwei Dimensionen verschoben werden.
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Mit der Lichtsignalumlenkeinrichtung 26 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel können die Ausbreitungsachsen 23 der Sender-Lichtsignale 22 in zwei Dimensionen in den Überwachungsbereich 14 geschwenkt werden. So kann der Überwachungsbereich 14 in zwei Dimensionen abgetastet werden. Entsprechend können Empfangs-Lichtsignale 42 aus dem Überwachungsbereich 14 mit der Spiegelfläche 234 zu der Empfangseinrichtung 28 umgelenkt werden.
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Bei dem in der 6 gezeigten Ausführungsbeispiel fallen die Ausbreitungsachsen 23 der Sender-Lichtsignale 22 und die Ausbreitungsachsen 43 der Empfangs-Lichtsignale 42 beispielhaft zusammen, sodass der besseren Übersichtlichkeit wegen jeweils lediglich eine Achse dargestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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