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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung zur Bestimmung von Objektinformationen von Objekten in wenigstens einem Überwachungsbereich, die wenigstens eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Lichtsignalen aufweist, welche von wenigstens einem Objekt kommen,
- - wobei die wenigstens eine Empfangseinrichtung wenigstens einen elektrooptischen Empfänger umfasst zur Umwandlung von Lichtsignalen in elektrische Signale
- - und wobei in einem Empfängerlichtpfad der wenigstens einen Empfangseinrichtung vor dem wenigstens einen Empfänger wenigstens ein Lichtbeugungselement angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2011 107 585 A1 ist eine optische Messvorrichtung bekannt, welche ein Gehäuse umfasst. In dem Gehäuse ist an einer Frontwand ein Sendefenster ausgebildet. Durch das Sendefenster wird gepulstes Laserlicht nach außen abgestrahlt. Darüber hinaus umfasst das Gehäuse an der Frontwand unterhalb des Sendefensters ein Empfangsfenster. Über das Empfangsfenster werden von in der Fahrzeugumgebung detektierten Objekten zurückgestrahlte Laserstrahlen empfangen und von einer in dem Gehäuse angeordneten Empfangseinheit verarbeitet. Die Empfangseinheit umfasst eine Empfängerplatine, auf welcher beispielsweise ein als Detektor ausgeführter optischer Empfänger angeordnet ist, und darüber hinaus auch eine Empfangsoptik aufweist, welche eine Empfangslinse und einen Umlenkspiegel als Empfangsumlenkspiegel aufweisen kann. Der optische Empfänger ist vorzugsweise eine APD-Diode. Die Empfangslinse ist im Hinblick auf ihre Umfangskontur viereckig ausgebildet.
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Es hat sich gezeigt, dass Beugungseffekte an geraden Rändern insbesondere von viereckigen Empfangslinsen die Ausleuchtung des optischen Empfängers mit den Lichtsignalen beeinflussen kann.
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Linien und Kanten erzeugen bekanntermaßen Beugungsmuster entsprechend ihrer Ausrichtung. Dieser Effekt ist aus Einzelspaltexperimenten bekannt. Entsprechend können durch lichtundurchlässige Objekte Beugungseffekte entstehen. Begrenzungen von Lichtdurchlässen und lichtundurchlässigen Objekten im Empfängerlichtpfad erzeugen demnach Beugungsmuster.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art zu gestalten, bei dem die Bestimmung von Objektinformationen, insbesondere die Ausleuchtung des optischen Empfängers mit Lichtsignalen, verbessert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
- - der wenigstens eine Empfänger mehrere Empfangsbereiche aufweist, welche in Richtung wenigstens einer Empfängerachse betrachtet hintereinander angeordnet sind und die bezüglich der jeweils empfangenen Lichtintensität separat ausgewertet werden können,
- - und wenigstens ein Begrenzungsrand wenigstens eines Lichtbeugungselements in der Projektion auf den wenigstens einen Empfänger betrachtet wenigstens abschnittsweise nicht senkrecht zu der wenigstens einen Empfängerachse verläuft.
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Erfindungsgemäß weist der wenigstens eine Empfänger mehrere Empfangsbereiche auf, auf die die Lichtsignale fallen können, und welche separat ausgewertet werden können. Mithilfe der mehreren Empfangsbereiche ist eine ortsaufgelöste Messung möglich. Aufgrund der jeweiligen Zuordnung der Lichtsignale auf die Empfangsbereiche können die Richtungen ermittelt werden, aus denen die erfassten Lichtsignale kommen und sich die entsprechenden Objekte befinden.
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Unter Licht im Sinne der Erfindung wird für das menschliche Auge sichtbare und nicht sichtbare elektromagnetische Strahlung verstanden.
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Die Empfangsbereiche sind entlang wenigstens einer Empfängerachse hintereinander angeordnet. Dadurch, dass wenigstens ein Begrenzungsrand wenigstens eines Lichtbeugungselements wenigstens abschnittsweise nicht senkrecht zu wenigstens einer Empfängerachse verläuft, werden entsprechende Beugungseffekte in Richtung der wenigstens einen Empfängerachse verringert. Auf diese Weise wird ein Übersprechen, ein sogenannter „crosstalk“, zwischen benachbarten Empfangsbereichen reduziert.
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Erfindungsgemäß wird eine Symmetrie der optischen Messvorrichtung genutzt, um die Beugungsrichtung von Beugungseffekten zu beeinflussen und so ein Übersprechen von Lichtsignalen auf mehrere Empfangsbereiche zu verringern.
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Ferner kann vorteilhafterweise die optische Messvorrichtung wenigstens eine Sendeeinrichtung aufweisen. Mit der Sendeeinrichtung können Lichtsignale erzeugt werden.
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Außerdem kann vorteilhafterweise die optische Messvorrichtung wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung aufweisen. Mit der Lichtsignalumlenkeinrichtung können Lichtsignale von der wenigstens eine Sendeeinrichtung in den wenigstens einen Überwachungsbereich gelenkt werden und/oder Lichtsignale aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich zu der wenigstens einen Empfangseinrichtung gelenkt werden.
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Des Weiteren kann vorteilhafterweise die optische Messvorrichtung wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung aufweisen. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung kann wenigstens eine Sendeeinrichtung und/oder wenigstens eine Empfangseinrichtung und/oder wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung gesteuert werden. Ferner können mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung von der wenigstens einen Empfangseinrichtung kommende elektrische Signale, welche insbesondere Objektinformationen charakterisieren können, empfangen, ausgewertet und/oder gegebenenfalls insbesondere zu einem Fahrerassistenzsystem weitergeleitet werden.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Messvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfahren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Messvorrichtungen können als Timeof-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 Sendesignals, insbesondere eines Lichtpulses, mit einem Sender und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Sendesignals mit einem Empfänger gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem erkannten Objekt ermittelt.
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Vorteilhafterweise kann die Messvorrichtung als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit Sendesignalen ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die entsprechenden Sendesignale, insbesondere Sendestrahlen, bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung über den Überwachungsbereich geschwenkt werden. Hierbei kann wenigstens eine Umlenkeinrichtung, insbesondere eine Scaneinrichtung, eine Umlenkspiegeleinrichtung oder dergleichen, zum Einsatz kommen. Alternativ kann die Messvorrichtung als Flash-LiDAR ausgestaltet sein. Dabei kann der Überwachungsbereich simultan mit wenigstens einem Lichtsignal ausgeleuchtet werden.
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Vorteilhafterweise kann die Messvorrichtung als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle wenigstens einen Laser aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Sendestrahlen als Sendesignale gesendet werden. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit einem insbesondere gepulsten Laserstrahl abgetastet werden.
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Die Erfindung kann bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch im stationären Betrieb eingesetzt werden.
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Die Messvorrichtung kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und oder einer Gestenerkennung oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann ein wenigstens teilweise autonomer Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht werden.
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Mit der optischen Messvorrichtung können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, oder dergleichen, erfasst werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann
- - wenigstens ein Begrenzungsrand wenigstens eines Lichtbeugungselements wenigstens ein Rand wenigstens einer optischen Linse sein
- - und/oder wenigstens ein Begrenzungsrand wenigstens eines Lichtbeugungselements kann ein Rand einer Blende oder Maske sein
- - und/oder wenigstens ein Begrenzungsrand wenigstens eines Lichtbeugungselements kann ein Rand eines Heizdrahtes sein
- - und/oder wenigstens ein Begrenzungsrand wenigstens eines Lichtbeugungselements kann ein Rand eines Fensters eines Gehäuses der Messvorrichtung sein.
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Auf diese Weise können im Empfängerlichtpfad Funktionsbauteile der Messvorrichtung, insbesondere optische Linsen, Blenden, Masken, Heizdrähte, Fenster oder dergleichen, welche Lichtbeugungselemente darstellen, angeordnet werden, deren Einfluss auf die Lichtsignale mithilfe der Erfindung angepasst werden kann.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Rand wenigstens einer optischen Linse einen erfindungsgemäßen Verlauf aufweisen. Auf diese Weise kann der lichtbeugende Einfluss einfach direkt an der Linse angepasst werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Blende oder Maske an wenigstens einer optischen Linse angeordnet sein. Die wenigstens eine Blende oder Maske kann wenigstens einen Rand der optischen Linse abdecken. So kann eine Lichtbeugung an dem Rand der optischen Linse verhindert werden. Stattdessen findet die Lichtbeugung an dem Rand der wenigstens einen Blende oder Maske statt. Wenigstens ein Rand der wenigstens einen Blende oder Maske kann ein erfindungsgemäßen Verlauf haben.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Heizdraht an einem Fenster eines Gehäuses der Messvorrichtung angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Fenster temperiert werden. So kann die Gefahr, dass das Fenster beschlägt, verringert werden.
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Vorteilhafterweise kann ein Rand eines Fensters eines Gehäuses der Messvorrichtung einen erfindungsgemäßen Verlauf aufweisen. Auf diese Weise kann der lichtbeugende Einfluss dort einfach direkt an dem Fenster angepasst werden.
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Das Fenster des Gehäuses der Messvorrichtung kann vorteilhafterweise in dem Empfängerlichtpfad angeordnet sein. Durch das Fenster können Lichtsignale aus dem Überwachungsbereich zu dem wenigstens einen Empfänger gelangen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können mehr als 7/10 der Ausdehnung wenigstens eines Begrenzungsrandes wenigstens eines Lichtbeugungselements in der Projektion auf den wenigstens einen Empfänger betrachtet nicht senkrecht zu der wenigstens einen Empfängerachse verlaufen. Auf diese Weise wird ein Übersprechen auf mehrere Empfangsbereiche verringert und eine Ausdehnung des wenigstens einen Begrenzungsrandes quer zur wenigstens einen Empfängerachse erreicht.
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Vorteilhafterweise kann sich kein Abschnitt des wenigstens einen Begrenzungsrandes senkrecht zu der wenigstens einen Empfängerachse erstrecken. Auf diese Weise kann ein Übersprechen in Richtung der wenigstens einen Empfängerachse minimiert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Begrenzungsrand wenigstens eines Lichtbeugungselements wenigstens abschnittsweise zickzackförmig und/oder wenigstens abschnittsweise wellenförmig und/oder wenigstens abschnittsweise zickzackförmig mit abgeflachten und/oder abgerundeten Spitzen verlaufen und/oder wenigstens abschnittsweise einen freien Kurvenverlauf aufweisen. Auf diese Weise kann eine Ausdehnung des wenigstens einen Lichtbeugungselements quer zur wenigstens einen Empfängerachse erreicht werden, wobei die Erstreckung senkrecht zur wenigstens einen Empfängerachse minimiert werden können.
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Vorteilhafterweise kann der Verlauf wenigstens eines Begrenzungsrandes variieren. Auf diese Weise kann der Verlauf flexibler insbesondere an die Geometrie der Messvorrichtung angepasst werden, um einen Einfluss der Beugungsmuster bezüglich des Übersprechens zu verringern.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die optische Messvorrichtung ein Gehäuse aufweisen, in dem wenigstens eine Empfangseinrichtung angeordnet ist, und das Gehäuse kann wenigstens ein Fenster aufweisen, durch das Lichtsignale aus dem Überwachungsbereich zu der wenigstens einen Empfangseinrichtung gelangen können. In dem Gehäuse kann die wenigstens eine Empfangseinrichtung und gegebenenfalls weitere Bauteile geschützt untergebracht werden. Das wenigstens eine Fenster kann für Lichtsignale, insbesondere Empfangslichtsignale, durchlässig sein. Ferner kann das wenigstens eine Fenster wenigstens eine Heizeinrichtung, insbesondere wenigstens einen Heizdraht, aufweisen. Mithilfe der Heizeinrichtung, insbesondere wenigstens einem Heizdraht, kann verhindern werden, dass das wenigstens eine Fenster beschlägt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Empfänger mehrere einzelne Empfangselemente mit jeweils wenigstens einem Empfangsbereich aufweisen und/oder wenigstens ein Empfänger kann wenigstens eine zeilen- oder flächenartige Anordnung einer Mehrzahl von Empfangsbereichen aufweisen. Einzelne Empfangselementen können einfach separat ausgelesen und die entsprechenden Informationen ausgewertet werden. Zeilen- oder flächenartige Anordnungen von mehreren Empfangsbereichen können gemeinsam hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Empfänger wenigstens einen Detektor, insbesondere einen Zeilensensor oder Flächensensor, im Besonderen mehrere (Lawinen)fotodioden, eine Photodiodenzeile, einen CCD-Sensor oder dergleichen, aufweisen oder daraus bestehen. Mit derartigen Empfängern können Lichtsignale schnell und genau in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in dem Empfängerlichtpfad wenigstens eine rechteckige oder quadratische optische Linse angeordnet sein. Mit rechteckigen oder quadratischen Linsen können die Lichtsignale besser auf zeilen- oder flächenartig angeordnete Empfangsbereiche abgebildet werden, als dies mit runden optischen Linsen möglich ist. Die Ränder der optischen Linse können als Begrenzungsränder betrachtet werden, in welchen Beugungsmuster erzeugt werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die optische Messvorrichtung zur Bestimmung wenigstens einer Richtung wenigstens eines erfassten Objekts relativ zur Messvorrichtung ausgestaltet sein. Auf diese Weise können Positionen und/oder Abmessungen von Objekten insbesondere in Richtung der wenigstens einen Empfängerachse ermittelt werden. Mithilfe der optischen Messvorrichtung kann eine Höhe und/oder eine Breite eines Objekts bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung zusätzlich zur Bestimmung wenigstens einer Entfernung und/oder einer Geschwindigkeit eines erfassten Objekts relativ zur Messvorrichtung ausgestaltet sein. Mithilfe dieser Objektinformationen kann ein Objekt besser charakterisiert, insbesondere identifiziert, werden. Gegebenenfalls können die Objektinformationen einem Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs, welches die optische Messvorrichtung trägt, übermittelt werden, sodass das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden kann.
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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 ein Kraftfahrzeug in der Vorderansicht, mit einer optischen Messvorrichtung zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug;
- 2 einen Längsschnitt einer optischen Messvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, welche bei dem Fahrzeug aus der 1 verwendet werden kann;
- 3 eine Ansicht durch ein Fenster der optischen Messvorrichtung aus der 2;
- 4 eine Ansicht durch ein Fenster einer optischen Messvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welche bei dem Fahrzeug aus der 1 verwendet werden kann;
- 5 eine Ansicht durch ein Fenster einer optischen Messvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, welche bei dem Fahrzeug aus der 1 verwendet werden kann;
- 6 eine Ansicht durch eine Empfangslinse der optischen Messvorrichtungen aus der 2;
- 7 eine Ansicht durch eine Empfangslinse einer optischen Messvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, welche bei dem Fahrzeug aus der Figur ein verwendet werden kann;
- 8 einen Längsschnitt einer optischen Messvorrichtung bei der die Erfindung nicht eingesetzt wird;
- 9 eine Ansicht durch ein Fenster der optischen Messvorrichtung aus der 8.
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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 Kraftfahrzeug 10 beispielhaft in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Kraftfahrzeug 10 verfügt ein Fahrerassistenzsystem 12, mit dem das Kraftfahrzeug 10 in hier nicht weiter interessierender Weise autonom oder teilautonom betrieben werden kann.
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Ferner verfügt das Kraftfahrzeug 10 über eine optische Messvorrichtung 14, welche beispielhaft in der vorderen Stoßstange angeordnet ist. Mit der optischen Messvorrichtung 14 kann ein in der 2 bezeichneter Überwachungsbereich 16 in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 10 auf Objekte 18 hin überwacht werden. Die optische Messvorrichtung 14 kann auch an anderer Stelle des Kraftfahrzeugs 10 und anders ausgerichtet angeordnet sein.
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Mit der optischen Messvorrichtung 14 können stehende oder bewegte Objekte 18, beispielsweise Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, oder dergleichen, erfasst werden.
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Mit der optischen Messvorrichtung 14 können Objektinformationen, beispielsweise Entfernungen, Richtungen und Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 18 relativ zur optischen Messvorrichtung 14, also relativ zum Kraftfahrzeug 10, ermittelt werden. Die Messvorrichtung 14 kann beispielsweise als laserbasiertes Entfernungsmesssystem, beispielhaft als LiDAR-System, ausgestaltet sein.
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Die optische Messvorrichtung 14 ist signaltechnisch mit dem Fahrerassistenzsystem 12 verbunden. Objektinformationen von Objekten 18, die mit der optischen Messvorrichtung 14 erfasst werden, werden an das Fahrerassistenzsystem 12 übermittelt. Die Objektinformationen werden mit dem Fahrerassistenzsystem 12 verarbeitet und können zur Steuerung von Funktionen des Kraftfahrzeugs 10 herangezogen werden.
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In der 2 ist eine optische Messvorrichtung 14 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt gezeigt.
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Die optische Messvorrichtung 14 umfasst ein Gehäuse 20. Das Gehäuse 20 weist auf seiner dem Überwachungsbereich 16 zugewandten Seite ein Fenster 22 auf.
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In dem Gehäuse 20 sind eine Sendeeinrichtung 24, eine Empfangseinrichtung 26 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 angeordnet.
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Mit der Sendeeinrichtung 24 werden beim Betrieb der Messvorrichtungen 14 Sendelichtsignale 30, beispielsweise in Form von Laserpulsen, erzeugt. Die Sendelichtsignale 30 können beispielhaft für das menschliche Auge nicht sichtbar sein. Das Fenster 22 ist aus einem für die Sendelichtsignale 30 durchlässigen Material. Die Sendelichtsignale 30 werden durch das Fenster 22 in den Überwachungsbereich 16 gesendet.
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Optional kann in dem Gehäuse 20 eine nicht gezeigte Lichtsignalumlenkeinrichtung, beispielsweise ein Umlenkspiegeleinrichtung oder dergleichen, angeordnet sein, mit welcher die Sendelichtsignale 30 in den Überwachungsbereich 16 gelenkt werden können.
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Die Sendelichtsignale 30 werden an Objekten 18 in dem Überwachungsbereich 16 reflektiert. Die in Richtung der Messvorrichtung 14 reflektierten Sendelichtsignale 30 werden im Folgenden der besseren Unterscheidung wegen als Empfangslichtsignale 32 bezeichnet. Die Empfangslichtsignale 32 gelangen durch das Fenster 22 zu der Empfangseinrichtung 26. Optional können die Empfangslichtsignale 22 in dem Gehäuse 20 mit der Umlenkspiegeleinrichtung umgelenkt werden.
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Mit der Empfangseinrichtung 26 werden die Empfangslichtsignale 32 in elektrische Signale umgewandelt und an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt. Aus den erfassten Empfangslichtsignalen 32 werden die Objektinformationen, nämlich die Entfernung, die Richtung und die Geschwindigkeit des erfassten Objekts 18 relativ zur Messvorrichtung 14, ermittelt. Die Objektinformationen werden mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 an das Fahrerassistenzsystem 12 übermittelt.
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Die Empfangseinrichtung 26 umfasst beispielhaft einen Empfänger 34 und eine optische Empfangslinse 36. Die Empfangslinse 36 und das Fenster 22 befinden sich in einem Empfängerlichtpfad 38 des Empfängers 34. Der Empfängerlichtpfad 38 im Sinne der Erfindung ist der Pfad, den die Empfangslichtsignale 32 von dem Objekt 18 kommend nehmen. In der 2 ist der Empfängerlichtpfad 38 der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich als gestrichelte Achse angedeutet. Diese Achse soll das Zentrum des Empfängerlichtpfads 38 andeuten. Der Empfängerlichtpfad 38 ist eigentlich als dreidimensionaler Raum zu verstehen, der sich beispielhaft in der 2 von der Achse nach oben, nach unten, in die Zeichenebene hinein und von der Zeichenebene weg erstreckt.
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Die Empfangslinse 36 befindet sich zwischen dem Fenster 22 und dem Empfänger 34. Mit der Empfangslinse 36 werden die Empfangslichtsignale 32 auf dem Empfänger 34 fokussiert.
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Der Empfänger 34 weist mehrere Empfangsbereiche 40 auf. Die Empfangsbereiche 40 können beispielhaft jeweils als Lawinenfotodiode realisiert sein. Die Empfangsbereiche 40 sind in Richtung einer Empfängerachse 42 betrachtet hintereinander angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Empfängerachse 42 bei normaler Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 10, wie in der 2 gezeigt, räumlich vertikal, sodass die Empfangsbereiche 40 dort übereinander angeordnet sind. Mit der vertikalen Anordnung Empfangsbereiche 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel können mit dem Empfänger 34 räumliche Höheninformationen bezüglich des erfassten Objekts 18 ermittelt werden.
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Statt mit separaten Lawinenfotodioden kann der Empfänger 34 auch als Zeilensensor realisiert sein, welcher mehrere Bildpunkte aufweist, die entsprechend entlang der Empfängerachse 42 angeordnet sind.
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Die Empfangslinse 36 ist beispielhaft viereckig, im Besonderen quadratisch oder rechteckig, ausgestaltet. Die Empfangslinse 36 ist in der 6 vor dem Empfänger 34 gezeigt. Auf die Darstellung des Fensters 22 wurde der besseren Übersichtlichkeit wegen in der 6 verzichtet. Die Empfangslinse 36 ist so ausgerichtet, dass zwei ihrer Ränder, nämlich der obere Rand 46 und der untere Rand 48, in der Projektion auf den Empfänger 34 betrachtet senkrecht zu der Empfängerachse 42 verlaufen.
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Auf der Empfangslinse 36 sind zwei Masken 44 angeordnet. Die Masken 44 befinden sich beispielhaft auf der dem Empfänger 34 zugewandten Seite der Empfangslinse 36. Eine der Masken 44 erstreckt sich entlang des oberen Randes 46 der Empfangslinse 36 und verdeckt den oberen Rand 46. Die andere Maske 44 erstreckt sich entlang des unteren Randes 48 der Empfangslinse 36 und verdeckt den unteren Rand 48. Die Masken 44 weisen auf ihren einander zugewandten Seiten jeweils einen zickzackförmigen Begrenzungsrand 50 auf.
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Die Masken 44 wirken jeweils als Lichtbeugungselemente für die Empfangslichtsignale 32. Es ist bekannt, dass Linien und Kanten Beugungsmuster entsprechend ihrer Ausrichtung erzeugen. Beugungsmuster, welche sich in den Empfangsbereichen 40 in Richtung der Empfängerachse 42 ausweiten, können zu einem Übersprechen zwischen den Empfangsbereichen 40 führen. Die zickzackförmigen Begrenzungsränder 50 der Masken 44 verlaufen in der Projektion auf den Empfänger 34 betrachtet alle nicht senkrecht zur Empfängerachse 42. Auf dies Weise wird erreicht, dass Ausweisungen der Beugungsmuster, welche durch die Begrenzungsränder 50 hervorgerufen werden, in den Empfangsbereichen 40 in Richtung der Empfängerachse 42 verringert wird.
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An dem Fenster 22 sind beispielhaft zwei Heizdrähte 52 angeordnet. Die Heizdrähte 52 befinden sich zur Umgebung geschützt beispielhaft an der dem Inneren des Gehäuses 20 zugewandten Innenseite des Fensters 22. Die Heizdrähte 52 sind mit einer Stromversorgung verbunden, der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigt ist. Mit den Heizdrähten 52 kann das Fenster 22 temperiert werden, um beispielsweise zu verhindern, dass das Fenster 22 beschlägt oder vereist.
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Die Heizdrähte 52 befinden sich im Empfängerlichtpfad 38 und wirken so ebenfalls als Lichtbeugungselemente für die Empfangslichtsignale 32. Die in den 2 und 3 oberen Ränder der Heizdrähte 52 bilden jeweils Begrenzungsränder 54. Die Heizdrähte 52 und die Begrenzungsränder 54 haben einen zickzackförmigen Verlauf. Die Begrenzungsränder 54 verlaufen in der Projektion auf den Empfänger 34 betrachtet in keinem Abschnitt senkrecht zu der Empfängerachse 42. Auf dies Weise wird erreicht, dass Ausweitungen der Beugungsmuster, welche durch die Begrenzungsränder 54 hervorgerufen werden, in den Empfangsbereichen 40 in Richtung der Empfängerachse 42 verringert wird.
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Anstelle eines gemeinsamen Fensters 22 für Sendelichtsignale 30 und Empfangslichtsignale 32 können separate Sendefenster und Empfangsfenster vorgesehen sein.
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Bei einer Messung mit der Messvorrichtung 14 werden Sendelichtsignale 30 mit der Sendeeinrichtung 24 erzeugt und durch das Fenster 22 in den Überwachungsbereich 16 gesendet.
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Die an einem Objekt 18 reflektierten Empfangslichtsignale 32 gelangen zunächst durch das Fenster 22. Dabei werden an den Begrenzungsrändern 54 der Heizdrähte 52 Beugungsmuster erzeugt. Die Beugungsmuster erstrecken sich aufgrund des zickzackförmigen Verlaufs der Begrenzungsränder 54 im Wesentlichen schräg zu der Empfängerachse 42.
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Mit der Empfangslinse 36 werden die Empfangslichtsignale 32 auf den Empfänger 34 fokussiert. Dabei werden an den Begrenzungsrändern 50 der Masken 44 Beugungsmuster erzeugt. Die Beugungsmuster erstrecken sich aufgrund des zickzackförmigen Verlaufs der Begrenzungsränder 50 im Wesentlichen schräg zu der Empfängerachse 42.
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Abhängig von der Höhe, in der sich das Objekt 18 befindet, beleuchten die entsprechenden Empfangslichtsignale 32 den Empfänger 34 in entsprechender Höhe in einem in der 2 angedeuteten Ausleuchtungsbereich 56. Die Form des Ausleuchtungsbereichs 56 wird durch die Beugungsmuster, die an den Begrenzungsrändern 50 und 54 erzeugt werden, beeinflusst. In der 3 ist beispielhaft der Ausleuchtungsbereich 56 lediglich zur Veranschaulichung als Stern angedeutet, wobei die Zacken des Sterns jeweils schräg zur Empfängerachse 42 verlaufen. Die tatsächliche Form des Ausleuchtungsbereichs 56 hängt unter anderem von dem Verlauf der Begrenzungsränder 50 und 54 und deren Anordnung ab. In der 3 wird der besseren Übersichtigkeit wegen auf die Darstellung der Empfangslinse 36 und der Sendeeinrichtung 24 verzichtet.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Verringerung der Ausdehnung der oben beschriebenen Beugungsmuster in Richtung der Empfängerachse 42 leuchtet der Ausleuchtungsbereich 56 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich den zweiten Empfangsbereichen 40 von oben aus. Durch den jeweils zickzackförmigen Verlauf der Begrenzungsränder 50 und 54 wird erreicht, dass es zu keinem oder zumindest zu einem stark verringertem Übersprechen auf die benachbarten, nämlich den ersten und den dritten Empfangsbereiche 40 von oben, kommt.
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Aus den Empfangslichtsignalen 32, die mit dem Empfangsbereich 40, welcher mit dem Ausleuchtungsbereich 56 getroffen wird, erfasst werden, kann eine Höheninformation über das Objekt 18 gewonnen werden.
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In der 4 ist ein Fenster 22 mit Heizdrähten 52 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den 2 und 3 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Heizdrähte 52 sägezahnförmig verlaufen.
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In der 5 ist ein Fenster 22 mit Heizdrähten 52 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den 2 und 3 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die zickzackförmig verlaufenden Heizdrähte 52 in ihren Umkehrstellen abgeflachte Spitzen aufweisen. Beispielhaft verlaufen mehr als 7/10 der Ausdehnung der jeweiligen Begrenzungsränder 54 in der Projektion auf den Empfänger 34 betrachtet nicht senkrecht zu der Empfängerachse 42.
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In der 7 sind eine Empfangslinse 36 mit Masken 44 und einem Empfänger 34 einer Messvorrichtung 14 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den 2 und 3 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Empfangsbereiche 40 des Empfängers 34 flächig in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Der Empfänger 34 weist eine vertikale Empfangsachse 42a und eine horizontale Empfangsachse 42b auf. Mit dem flächigen Empfänger 34 können räumlich horizontale und räumlich vertikale Richtungsinformationen über das Objekt 18 relativ zu der Messvorrichtung 14 ermittelt werden.
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Um bei jeweiligen Messungen den Einfluss von Beugungsmustern, welche durch die seitlichen Ränder 58 der Empfängerlinse 22 hervorgerufen werden, auf die Ausdehnung der jeweiligen Ausleuchtungsbereiche zu vermindern, sind die seitlichen Ränder 58 mit jeweils mit vertikal verlaufenden Masken 44 abgedeckt. Die seitlichen Masken 44 haben analog zu den horizontal verlaufenden Masken 44 an dem oberen Rand 46 und dem unteren Rand 48 jeweils zickzackförmige Begrenzungsränder 54.
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In den 8 und 9 ist lediglich zum Vergleich eine nicht erfindungsgemäße Messvorrichtung 14 gezeigt, bei denen die Heizdrähte 52 nicht zickzackförmig sondern gerade und in der Projektion betrachtet senkrecht zur Empfängerachse 42, also nicht entsprechende Erfindung, verlaufen. Ohne die Masken 44 bewirken der in der Projektion betrachtet senkrecht zur Empfängerachse 42 verlaufende obere Rand 46 und der untere Rand 48 Beugungsmuster, welche den Ausleuchtungsbereich 56 in Richtung der Empfängerachse 42 beispielhaft über drei Empfangsbereiche 40 aufweiten. Dies führt zu einem Übersprechen der Empfangslichtsignale 32 beispielhaft in den ersten und den dritten Empfangsbereich 40 von oben und so zu einem Verlust an Genauigkeit bei der Bestimmung der Höheninformation von Objekten 18.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011107585 A1 [0002]
