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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 Empfangseinrichtung, mit der Lichtsignale empfangen werden können,
- - und mit wenigstens einer Lichtsignalumlenkeinrichtung, mit der Lichtsignale umgelenkt werden können,
- - wobei die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung umfasst
- - wenigstens einen Umlenkkörper, der wenigstens einen 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 optisches 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 eine Antriebseinrichtung wenigstens einen Stator und wenigstens einen Läufer aufweist, und wenigstens ein Umlenkkörper mittels wenigstens einem Verbindungsarm mit dem wenigstens einen Läufer verbunden ist, wobei der wenigstens eine Stator wenigstens einen wenigstens teilweise gekrümmten Verschiebeweg realisiert, entlang dem der wenigstens eine Läufer zum Bewegen des wenigstens einen Umlenkkörpers verschoben werden kann.
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Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Umlenkkörper mittels wenigstens einem Verbindungsarm mit wenigstens einem Läufer verbunden. Der wenigstens einen Läufer ist entlang des wenigstens einen Verschiebewegs verschiebbar. Der wenigstens eine Verschiebeweg bildet eine Führungseinrichtung für den wenigstens einen Läufer. Der wenigstens eine Verschiebeweg ist mit dem wenigstens einen Stator realisiert. Der Verschiebeweg weist wenigstens eine Krümmung auf. Durch entsprechendes verschieben des wenigstens einen Läufers entlang des Verschiebewegs führt der wenigstens eine Verbindungsarm abhängig von der Krümmung des wenigstens einen Verschiebewegs eine reine Schwenkbewegung oder eine Kombination aus einer Schwenkbewegung und einer Verschiebebewegung aus. Die Bewegung des wenigstens einen Verbindungsarms wird auf den wenigstens einen Umlenkkörper und damit auf den wenigstens einen Umlenkbereich übertragen. So wird der wenigstens ein Umlenkbereich entsprechend verschoben und/oder geschwenkt und ein Einfall, insbesondere eine Einfallstelle und/oder ein Einfallswinkel, in dem ein Lichtsignal auf den wenigstens einen Umlenkbereich trifft, verändert. Auf diese Weise wird das Lichtsignal je nach Position des wenigstens einen Läufers auf dem gekrümmten Verschiebeweg mit dem wenigstens ein Umlenkbereich entsprechend umgelenkt. So kann durch einfaches Verschieben des wenigstens einen Läufers entlang des wenigstens ein Verschiebeweges ein Schwenken der Ausbreitungsachsen der Lichtsignale bewirkt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Umlenkkörper mittels wenigstens einem Verbindungsarm starr mit wenigstens einem Läufer verbunden sein. Auf diese Weise können Bewegungen des Läufers, welche beim Abfahren des wenigstens einen Verschiebeweges hervorgerufen werden, direkt an den wenigstens eine Umlenkkörper übertragen werden.
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Aufgrund des einfachen Aufbaus können ein Montageaufwand und ein Justageaufwand für die erfindungsgemäße Lichtsignalumlenkeinrichtung und somit des erfindungsgemäße Messsystems verringert werden. Insgesamt kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung und damit das Messsystem kompakter aufgebaut 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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Des Weiteren 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 bekannten 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 und somit Entfernungen 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 im Sinne der Erfindung 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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Zusätzlich oder alternativ kann das optische Messsystem zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Objekts relativ zu dem Messsystem ausgestaltet sein.
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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, insbesondere ein scannendes optisches Messsystem, kann zur Ermittlung einer Richtung eines Objekts relativ zu dem Messsystem ausgestaltet sein.
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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, Pflanzen, 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 Läufers der Krümmung des Verschiebewegs folgen. Auf diese Weise kann mit der Krümmung des Verschiebewegs über den Verbindungsarm die Richtung des wenigstens einen Umlenkbereichs beeinflussen werden. So kann ein Neigungswinkel zwischen einer Ausbreitungsachse eines Lichtsignals und dem wenigstens einen Umlenkbereich durch die Krümmung des Verschiebewegs beeinflusst werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Antriebseinrichtung wenigstens einen Motor aufweisen, mit welchem der wenigstens eine Läufer relativ zu dem wenigstens einen Stator angetrieben werden kann.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Motor als Linearantrieb ausgestaltet sein. Mit einem Linearantrieb kann der wenigstens eine Läufer 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 Läufers genau bestimmt werden. Aus der Position des wenigstens einen Läufers kann ein Maß für die Umlenkung der Lichtsignale ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Antriebseinrichtung wenigstens zwei Motoren, insbesondere wenigstens zwei Linearantriebe, aufweisen. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Läufer entlang einer Fläche verschoben werden. Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Motoren den wenigstens einen Läufer 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 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 für die Lichtsignale vorgegeben werden.
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Vorteilhafterweise 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 teilweise parabolisch und/oder wenigstens teilweise konisch und/oder wenigstens teilweise elliptisch und/oder wenigstens teilweise zirkular und/oder wenigstens teilweise sphärisch gekrümmt sein. Auf diese Weise können individuelle Umlenkmuster realisiert werden, mit denen die Lichtsignale umgelenkt werden können.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Verschiebeweg ausschließlich parabolisch oder ausschließlich konisch oder ausschließlich elliptisch oder ausschließlich zirkular oder ausschließlich sphärisch gekrümmt sein. Alternativ kann der wenigstens eine Verschiebeweg eine Kombinationen der vorgenannten oder anderer Krümmungen aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Verschiebeweg frei geformt sein. So kann mit dem wenigstens einen 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 und/oder wenigstens teilweise in zwei Dimensionen gekrümmt sein.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Verschiebeweg 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 wenigstens ein Verschiebeweg 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 wenigstens ein Verschiebeweg Areale, in denen dieser in einer Dimension gekrümmt ist, und Areale, in denen dieser in zwei Dimensionen gekrümmt ist, aufweisen. So können Umlenkmuster zur Umlenkung der Lichtsignale individueller vorgegeben werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann
- - wenigstens ein Verschiebeweg zirkular oder sphärisch gekrümmt sein,
- - eine gedachte Verbindungsarmachse wenigstens eines Verbindungsarms radial bezüglich des zirkularen oder sphärischen Verschiebewegs verlaufen
- - und ein Abstand des wenigstens einen Verschiebewegs zu einem Schnittpunkt der Verbindungsarmachse mit dem wenigstens einen Umlenkbereich kann dem Radius des zirkularen oder sphärischen Verschiebewegs entsprechen. Auf diese Weise kann der Mittelpunkt des zirkularen oder sphärischen Verschiebewegs einerseits mit dem Schnittpunkt der Verbindungsarmachse mit dem wenigstens einen Umlenkbereich andererseits zusammenfallen. So kann der wenigstens eine Umlenkbereich um den Schnittpunkt mit der Verbindungsarmachse geschwenkt werden, ohne dass zusätzlich eine Translation stattfindet.
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Alternativ können der Abstand des wenigstens einen Verschiebewegs zu einem Schnittpunkt der Verbindungsarmachse mit dem wenigstens einen Umlenkbereich und der Radius des Verschiebewegs unterschiedlich sein und/oder der Verschiebeweg kann nicht zirkular oder sphärisch gekrümmt sein. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Umlenkbereich in einer Überlagerung einer Rotation und einer Translation bewegt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Läufer 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 Bewegen des wenigstens einen Umlenkbereichs mit Lichtsignalen abgetastet, also abgescannt, werden.
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Vorteilhafterweise kann der wenigstens ein Läufer harmonisch schwingend verschoben werden. Auf diese Weise kann ein sinusförmiger Verlauf der Auslenkung mit dem wenigstens ein Umlenkbereich realisiert werden. So kann die entsprechende Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs aus einer Nullposition einfacher bestimmt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkkörper und/oder wenigstens ein Verbindungsarm aufseiten des wenigstens einen Umlenkkörpers mittels wenigstens einer Führungseinrichtung geführt sein. Auf diese Weise können die beweglichen Teile, nämlich der wenigstens eine Läufer, der wenigstens eine Verbindungsarm und der wenigstens einen Umlenkkörper auf der dem Läufer abgewandten Seite des wenigstens einen Verbindungsarms unterstützt werden. So können der wenigstens eine Umlenkkörper und damit der wenigstens eine Umlenkbereich präziser bewegt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Führungseinrichtung wenigstens ein Lager aufweisen, um das das Ende des wenigstens einen Verbindungsarms geschwenkt und/oder der wenigstens eine Umlenkkörper gedreht werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens eine Führungseinrichtung wenigstens eine Führungskulisse aufweisen, entlang der das Ende des wenigstens einen Verbindungsarms und/oder der wenigstens eine Umlenkkörper geführt werden kann.
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Wenigstens eine Führungseinrichtung kann an den Verlauf des gekrümmten Verschiebewegs aufseiten des wenigstens einen Stators und an die beim Verschieben des Läufers über den wenigstens einen Verbindungsarm an den wenigstens eine Umlenkkörper übermittelte Bewegung angepasst sein. Dabei kann es sich um eine reine Drehbewegung des wenigstens einen Umlenkkörpers oder eine kombinierte Schwenk- und Verschiebebewegung handeln. Entsprechend kann die wenigstens eine Führungseinrichtung zur Drehung um eine gedachte Drehachse oder zu einer kombinierten Drehung um eine gedachte Drehachse und einer Verschiebung dieser gedachten Drehachse entlang einer Führungskulisse ausgestaltet sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkbereich wenigstens eine Spiegelfläche aufweisen oder daraus bestehen und/oder wenigstens ein Umlenkbereich kann wenigstens eine diffraktive optische Struktur aufweisen oder daraus bestehen.
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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 eine Antriebseinrichtung wenigstens einen Stator und wenigstens einen Läufer aufweist, und wenigstens ein Umlenkkörper mittels wenigstens einem Verbindungsarm mit dem wenigstens einen Läufer verbunden ist, wobei der wenigstens eine Stator wenigstens einen wenigstens teilweise gekrümmten Verschiebeweg realisiert, entlang dem der wenigstens eine Läufer zum Bewegen des wenigstens einen Umlenkkörpers verschoben werden kann.
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Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Umlenkkörper mittels wenigstens einem Verbindungsarm mit wenigstens einem Läufer verbunden. Der wenigstens eine Läufer ist entlang des wenigstens einen Verschiebewegs, welcher durch den wenigstens einen Stator gebildet wird, verschiebbar. Durch das Verschieben des wenigstens einen Läufers entlang des Verschiebewegs wird über den wenigstens einen Verbindungsarm der wenigstens eine Umlenkbereich verschoben und/oder geschwenkt. So werden auf den wenigstens einen Umlenkbereich treffende Lichtsignale abhängig von der Krümmung des Verschiebewegs umgelenkt.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Sendeeinrichtung wenigstens eine Lichtquelle aufweisen. Vorteilhafterweise können von der wenigstens einen 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 oder daraus bestehen. 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 werden, insbesondere eine Strahldivergenz eingestellt werden.
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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 umgelenkt werden, besser auf den Empfänger gerichtet werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkbereich relativ zu wenigstens einer Sendeeinrichtung bewegbar sein und/oder wenigstens ein Umlenkbereich kann relativ zu wenigstens einer Empfangseinrichtung bewegbar sein.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Umlenkbereich relativ zu wenigstens einer Sendeeinrichtung bewegbar, insbesondere verschiebbar und/oder schwenkbar, 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 bewegbar 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 einer 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 wenigstens ein Läufer der wenigstens einen Antriebseinrichtung entlang wenigstens eines wenigstens teilweise gekrümmten Verschiebewegs wenigstens eines Stators der wenigstens einen Antriebseinrichtung bewegt wird, und wenigstens ein Umlenkkörper mittels wenigstens einem Verbindungsarm mit dem wenigstens einen Läufer bewegt wird, sodass ein Einfall von Lichtsignalen auf den wenigstens einen Umlenkbereich verändert wird und die Lichtsignale umgelenkt werden.
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Erfindungsgemäß wird der wenigstens eine Läufer 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 optischen 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 Fahrzeugs mit einem Fahrerassistenzsystem und einem optischen Messsystem zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug;
- 2 eine Funktionsdarstellung des Fahrzeugs aus der 1 mit dem Fahrerassistenzsystem und dem Messsystem;
- 3 eine Detailansicht einer Lichtsignalumlenkeinrichtung des Messsystems aus den 1 und 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Detailansicht der Lichtsignalumlenkeinrichtung des Messsystems aus der 3 in einer anderen Betriebsphase;
- 5 eine Detailansicht einer Lichtsignalumlenkeinrichtung für das Messsystem aus den 1 und 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 6 eine Detailansicht einer Lichtsignalumlenkeinrichtung für das Messsystem aus den 1 und 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 7 eine Detailansicht einer Lichtsignalumlenkeinrichtung für das Messsystem aus den 1 und 2 gemäß einem vierten 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 anders ausgerichtet 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, Pflanzen, 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 24 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 von weiter unten erläuterten Empfangs-Lichtsignalen 38, im Sinne der Erfindung charakterisiert deren Hauptausbreitungsrichtung. Dabei können die Lichtsignale selbst bezogen auf die jeweilige Ausbreitungsachse fokussiert oder defokussiert werden.
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Das Messsystem 12 umfasst beispielhaft eine Sendeeinrichtung 26, eine Lichtsignalumlenkeinrichtung 28, eine Empfangseinrichtung 30 und eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 32. Die Empfangseinrichtung 30 kann beispielsweise in der 2 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene betrachtet räumlich unter der Sendeeinrichtung 26 angeordnet sein. Die Empfangseinrichtung 30 ist daher in der 2 teilweise von der Sendeeinrichtung 26 verdeckt gezeigt.
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Die Sendeeinrichtung 26 weist einen Laser, beispielsweise einen Diodenlaser, auf, mit welchem die Sender-Lichtsignale 22 erzeugt und ausgesendet werden können. Ferner umfasst die Sendeeinrichtung 26 ein optisches System, beispielsweise mit einer optischen Linse, mit der die Sender-Lichtsignale 22 aufgeweitet werden. Die Sendeeinrichtung 26 ist mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 steuerungstechnisch verbunden.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit der Sendeeinrichtung 26 ist in den 3 und 4 im Detail gezeigt.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 weist einen Umlenkkörper in Form eines Umlenkspiegels 34 mit einer Spiegelfläche 36 als Umlenkbereich zur Umlenkung von Sender-Lichtsignalen 22 und Empfangs-Lichtsignalen 38 auf. Dabei befindet sich die Spiegelfläche 36 auf der Seite, die der Sendeeinrichtung 26 zugewandt ist. Der Umlenkspiegel 34 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 28 eine Antriebseinrichtung 40 auf. Die Antriebseinrichtung 40 ist mit dem Umlenkspiegel 34 so verbunden, dass sie den Umlenkspiegel 34 und damit die Spiegelfläche 36 bewegen kann. Auf diese Weise kann die Spiegelfläche 36 periodisch beispielhaft in harmonischer Schwingung hin und her geschwenkt werden, was mit einem Doppelpfeil angedeutet ist. In den 3 und 4 ist der Umlenkspiegel 34 in unterschiedlichen Positionen gezeigt.
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Die Antriebseinrichtung 40 umfasst einen Stator 42, einen Läufer 44 und einen Verbindungsarm 46.
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Der Stator 42 weist einen Verschiebeweg 48 für den Läufer 44 auf. Der Verschiebeweg 48 ist beispielhaft halbkreisförmig gekrümmt. Der Verschiebeweg 48 erstreckt sich beispielhaft an der bezüglich einem Mittelpunkt 50 des halbkreisförmigen Verschiebewegs 48 radial äußeren Umfangsseite des Stators 42. Der Verschiebeweg 48 kann auch an anderer Stelle des Stators 42, beispielsweise der radial inneren Umfangsseite, realisiert sein. Der Mittelpunkt 50 ist in den 3 und 4 mit einem Kreuz in einem Kreis angedeutet.
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Der Läufer 44 ist mittels eines nicht gezeigten Motors, beispielsweise eines Linearmotors, entlang des Verschiebeweg 48 beispielsweise periodisch hin und her verschiebbar. Die Verschieberichtung des Läufers 44 ist in der 3 mit einem Doppelpfeil angedeutet.
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Der Läufer 44 ist auf seiner dem Mittelpunkt 50 zugewandten Seite starr mit einem Verbindungsarm 46 verbunden. Der Verbindungsarms 46 erstreckt sich mit einer gedachten Verbindungsarmachse 52 beispielhaft radial zum Verbindungsweg 48. Der Mittelpunkt 50 des halbkreisförmigen Verschiebewegs 48 befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel auf der Verbindungsarmachse 52. Beispielhaft ist der Verschiebeweg 38 von der Sendeeinrichtung 26 aus in Richtung der auftreffenden Sender-Lichtsignale 22 betrachtet konkav.
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Die dem Läufer 44 abgewandten Seite des Verbindungsarms 46 ist starr mit dem Umlenkspiegel 34 verbunden. Die Spiegelfläche 36 des Umlenkspiegels 34 befindet sich auf der dem Läufer 44 und dem Verschiebeweg 48 abgewandten Seite. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der Mittelpunkt 50 des Verschiebeweg 50 auf einer gedachten Spiegel-Schwenkachse 54 für die Spiegelfläche 36 des Umlenkspiegels 34. Die Spiegel-Schwenkachse 54 ist mit einem Kreuz in einem Kreis angedeutet. Die Spiegel-Schwenkachse 54 verläuft in den 3 und 4 senkrecht zur Zeichenebene. Ein Abstand 56 des Verschiebeweg 48 zu dem Schnittpunkt der Verbindungsarmachse 52 mit der Spiegelfläche 36, also der gedachten Spiegel-Schwenkachse 54, entspricht bei dem Ausführungsbeispiel dem Radius des halbkreisförmigen Verschiebeweges 48.
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Optional kann die Spiegel-Schwenkachse 54 mit einer nicht gezeigten Führungseinrichtung, beispielsweise in einem Lager, geführt werden.
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Beim Verschieben des Läufers 44 folgt die Richtung der Spiegelfläche 36 des Umlenkspiegels 34 der Krümmung des Verschiebewegs 38. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Spiegelfläche 36 annähernd parallel zum Verschiebeweg 38. Durch das Verschieben der Spiegelfläche 36 entlang des Verschiebewegs 38 wird der Umlenkspiegel 34 um die Spiegel-Schwenkachse 54 geschwenkt und ein Einfallswinkel der Sender-Lichtsignale 22 auf die Spiegelfläche 36 verändert. Die Sender-Lichtsignale 22 werden abhängig von der Position des Läufers 44 auf dem Verschiebeweg 38 entsprechend in den Überwachungsbereich 14 gelenkt. Dabei wird die entsprechende Ausbreitungsachse 24 umgelenkt.
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Durch die periodische Verschiebung des Läufers 44 und das entsprechende periodische Schwenken der Spiegelfläche 36 wird die Ausbreitungsachse 24 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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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 verfügt ferner über eine hier nicht weiter interessierende Positionserfassungseinrichtung, mit welcher die momentane Auslenkung des Läufers 44 und damit der Spiegelfläche 36 erfasst werden kann. Die Auslenkung des Läufers 44 und der Spiegelfläche 36 charakterisieren die Umlenkwirkung auf die Sender-Lichtsignale 22.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 28, respektive die Antriebseinrichtung 40 und die Positionserfassungseinrichtung, ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 verbunden. So kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 gesteuert oder geregelt werden. Außerdem kann die momentane Auslenkung der Spiegelfläche 36 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 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 38 zu der Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 zurückgesendet werden. Mit der Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 können auch die Empfangs-Lichtsignale 38 zu der Empfangseinrichtung 30 umgelenkt werden.
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Statt einer gemeinsamen Spiegelfläche 36 für die Sender-Lichtsignale 22 und die Empfangs-Lichtsignale 38 können auch getrennte Spiegelflächen für die Sender-Lichtsignale 22 und die Empfangs-Lichtsignale 38 vorgesehen sein. Die Spiegelflächen können mechanisch miteinander gekoppelt sein, sodass sie gemeinsam beispielsweise mit einer einzigen Antriebseinrichtung 40 angetrieben werden können.
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Mit der Empfangseinrichtung 30 werden die Empfangs-Lichtsignale 38 empfangen. Die Empfangseinrichtung 30 verfügt über einen Empfänger, mit der die Empfangs-Lichtsignale 38 in beispielsweise elektrische Signale umgewandelt werden können, die mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 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 30 ein optisches System, beispielsweise mit einer optischen Linse, auf, mit welchem die Empfangs-Lichtsignale 38 auf den Empfänger fokussiert werden können.
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Die Empfangseinrichtung 30 ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 verbunden. Auf diese Weise kann die Empfangseinrichtung 30 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 gesteuert werden. Außerdem können so die Signale der Empfangseinrichtung 30 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 übermittelt werden.
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Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 kann das Messsystem 12 gesteuert werden. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 kann auf hardware- und softwaretechnischem Wege realisiert sein. Die Elemente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 können als Einheit, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse, realisiert sein. Alternativ kann ein Teil der Elemente oder alle Elemente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 voneinander getrennt realisiert sein.
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Anstelle einer Spiegelfläche 36 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 38 entsprechend der Position des Umlenkbereichs geändert werden.
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In der 5 ist eine Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 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 Abstand 56 des Verschiebeweges 48 zu dem Schnittpunkt der Verbindungsarmachse 52 mit der Spiegelfläche 36, also der gedachten Spiegel-Schwenkachse 54, kleiner ist als der Radius des halbkreisförmigen Verschiebewegs 48. Die gedachte Spiegel-Schwenkachse 54 befindet sich also zwischen dem Mittelpunkt 50 des Verschiebewegs 48 und dem Verschiebeweg 48. Beim Verschieben des Läufers 44 entlang des Verschiebewegs 48 wird die Spiegel-Schwenkachse 54 entsprechend der Krümmung des Verschiebewegs 48 entlang eines halbkreisförmigen Schwenkachsen-Verschiebewegs 58 verschoben. Gleichzeitig wird die Spiegelfläche 36 um die Spiegel-Schwenkachse 54 geschwenkt.
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In der 6 ist eine Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des zweiten Ausführungsbeispiels aus der 5 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Verschiebeweg 48 elliptisch verläuft. Beim Verschieben des Läufers 44 wird die Spiegel-Schwenkachse 54 entsprechend der Krümmung des Verschiebewegs 48 entlang eines entsprechend elliptischen Schwenkachsen-Verschiebewegs 58 verschoben. Gleichzeitig wird die Spiegelfläche 36 um die Spiegel-Schwenkachse 54 geschwenkt.
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In der 7 ist eine Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den 3 und 4 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Verschiebeweg 48 sich an der radial inneren Umfangsseite eines Stators 42 befindet. Ferner ist der Verschiebeweg 48 in zwei Dimensionen, beispielhaft sphärisch, gekrümmt. So kann die Spiegelfläche 36 in zwei Dimensionen bewegt werden.
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Mit der Lichtsignalumlenkeinrichtung 28 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel können die Ausbreitungsachsen 24 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 38 aus dem Überwachungsbereich 14 mit der Spiegelfläche 36 in zwei Dimensionen zu der Empfangseinrichtung 30 umgelenkt werden.
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Über den Verlauf des Verschiebewegs 48 und der Beziehung des Abstands 56 zu einem Abstand des Mittelpunkts 50 des Verschiebeweg 48 zum Verschiebeweg 48 kann der Verlauf der Bewegung der Spiegelfläche 36 vorgegeben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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