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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung für eine optische Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich,
- - mit wenigstens einer Senderlichtquelle zur Aussendung von Lichtsignalen,
- - mit wenigstens einer Lichtsignalumlenkeinrichtung zur Umlenkung der Lichtsignale in wenigstens einen Überwachungsbereich der Messvorrichtung, wobei die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung wenigstens einen Umlenkbereich aufweist, welcher auf die Lichtsignale abhängig von einem Einfall der Lichtsignale richtungsändernd wirken kann,
- - und mit wenigstens einer Antriebseinrichtung, mit der die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung zum Verändern eines Einfalls der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich bewegt werden kann.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Lichtsignalumlenkeinrichtung für eine optische Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, wobei die Lichtsignalumlenkeinrichtung wenigstens einen Umlenkbereich aufweist, welcher auf Lichtsignale abhängig von einem Einfall der Lichtsignale richtungsändernd wirken kann.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine optische Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich,
- - mit wenigstens einer Sendeeinrichtung zur Sendung von Lichtsignalen,
- - mit wenigstens einer Empfangseinrichtung, mit der an etwa im Überwachungsbereich vorhandenen Objekten reflektierte Lichtsignale empfangen werden können,
- - mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, mit der die wenigstens eine Sendeeinrichtung und die wenigstens eine Empfangseinrichtung gesteuert werden können und mit der empfangene Lichtsignale ausgewertet werden können,
- - mit wenigstens einer Lichtsignalumlenkeinrichtung zur Umlenkung von Lichtsignalen, wobei die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung wenigstens einen Umlenkbereich aufweist, welcher auf die Lichtsignale abhängig von einem Einfall der Lichtsignale richtungsändernd wirken kann,
- - und wenigstens eine Antriebseinrichtung, mit der wenigstens ein Umlenkbereich zum Verändern eines Einfalls der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich bewegt werden kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, bei dem mit wenigstens einer Senderlichtquelle Lichtsignale erzeugt werden, die Lichtsignale in den Überwachungsbereich gesendet werden und im Überwachungsbereich reflektierte Lichtsignale mit wenigstens einem Empfänger empfangen werden, wobei jeweilige Richtungen wenigstens eines Teils der Lichtsignale mit wenigstens einem Umlenkbereich wenigstens einer Lichtsignalumlenkeinrichtung abhängig von einem Einfall der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich geändert werden und der wenigstens eine Umlenkbereich zum Einstellen eines Einfalls der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich mit wenigstens einer Antriebseinrichtung bewegt wird.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2012/045603 A1 ist eine Umlenkspiegelanordnung für eine optische Messvorrichtung bekannt. Die optische Messvorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einer Bodenplatte. Im Gehäuse sind ein Sendefenster, durch das beispielsweise gepulstes Laserlicht abgestrahlt wird, und ein Empfangsfenster eingebracht, durch das von Objekten in einem Überwachungsbereich reflektiertes Laserlicht empfangen wird. Innerhalb des Gehäuses sind eine Sendeeinheit, eine Empfängereinheit sowie eine Umlenkspiegelanordnung angeordnet. Die Umlenkspiegelanordnung umfasst eine Sendespiegeleinheit mit zwei Sendeumlenkspiegeln, welche in einer gemeinsamen horizontalen Ebene radial beabstandet auf einer Trägerplatte angeordnet sind, und eine Empfangsspiegeleinheit mit zwei Empfangsumlenkspiegeln, welche radial beabstandet jeweils an einer Seite eines Trägerkörpers befestigt sind. Die Sendespiegeleinheit und die Empfangsspiegeleinheit sind axial beabstandet zueinander auf einer gemeinsamen drehbaren Achse angeordnet. Eine Antriebseinheit, welche die drehbare Achse antreibt, ist im Wesentlichen im Raum zwischen den beiden Sendeumlenkspiegeln angeordnet. Der feststehende optische Sender erzeugt gepulste Laserstrahlen, welche über die drehbewegliche Sendespiegeleinheit umgelenkt und durch das Sendefenster in den zu überwachenden Bereich abgestrahlt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sendeeinrichtung, eine Lichtsignalumlenkeinrichtung, eine optische Messvorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine Umlenkung der Lichtsignale in den Überwachungsbereich und/oder aus dem Überwachungsbereich vereinfacht werden kann. Insbesondere soll ein Bauteilaufwand, ein Montageaufwand und/oder ein Justageaufwand vereinfacht werden und/oder eine Zuverlässigkeit, insbesondere Standzeit, verbessert werden. Alternativ oder zusätzlich soll eine Vergrößerung des Sichtfelds und/oder eine Verbesserung der Auflösung erreicht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der Sendeeinrichtung dadurch gelöst, dass wenigstens zwei Umlenkbereiche im Strahlengang der Lichtsignale hintereinander angeordnet sind und wenigstens ein Umlenkbereich wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche die Wirkung einer optischen Linse hat.
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Erfindungsgemäß sind die wenigstens zwei Umlenkbereiche bezüglich des Strahlengangs der Lichtsignale hintereinander angeordnet. Auf diese Weise können abhängig von dem Einfall der Lichtsignale auf einen in Strahlrichtung der Lichtsignale vorderen, ersten Umlenkbereich die Lichtsignale mit dem vorderen Umlenkbereich auf einen hinteren, zweiten Umlenkbereich gelenkt werden.
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Erfindungsgemäß wird wenigstens eine diffraktive Struktur verwendet, um die Lichtsignale zu brechen und damit deren Richtung zu ändern und/oder einzustellen. Diffraktive Strukturen können einfach realisiert und gehandhabt werden. Ein Justageaufwand kann im Vergleich zu bekannten Umlenkspiegeln verringert werden. Die Anforderungen in Bezug auf die Qualität der Lichtsignale können entsprechend gesenkt werden. Ferner können diffraktive Strukturen individuell angepasst werden, um die gewünschte richtungsändernde Wirkung auf die Lichtsignale zu erreichen.
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Diffraktive Strukturen sind bekanntermaßen Strukturen, an denen Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, geformt werden können. Dies geschieht als Beugung an optischen Gittern. Dabei können die diffraktiven Strukturen individuell ausgestaltet werden. Sie können so realisiert werden, dass die Strahlrichtung eines einfallenden Lichtstrahls abhängig von dem Einfallswinkel und/oder einer Einfallstelle auf die diffraktive Struktur mit dieser entsprechend geändert wird. Diffraktive Strukturen können in Transmission betrieben werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Umlenkbereich wenigstens eine diffraktive Struktur sein, welche die Wirkung einer optischen Linse hat. Optische Linsen haben die Wirkung, dass durchgehendes Licht gebrochen und so zur Mitte des Lichtbündels abgelenkt oder nach außen gestreut wird. Auf diese Weise kann mit der entsprechenden diffraktiven Struktur eine definierte Brechung der Lichtsignale analog zu einer optischen Linse realisiert werden.
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Mit der Erfindung kann eine optische Messvorrichtung mit einer langlebigen und wartungsfreien Lichtsignalumlenkeinrichtung realisiert werden. Ferner kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung einfach und kompakt ausgestaltet sein. So kann eine hohe Flexibilität erreicht werden, ohne ein komplexes optisches Design erforderlich ist. Ferner kann mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ein großer Sichtbereich mit einer großen Auflösung erfasst werden kann. So kann beispielsweise ein Bedarf an großen Linsen auf der Sendeseite oder der Empfängerseite reduziert werden.
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Mit der wenigstens einen Antriebseinrichtung wird die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung bewegt, um einen Einfall der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich zu verändern. Der Einfall wird durch den Einfallswinkel und/oder die Einfallstelle, in der das Lichtsignal auf den wenigstens einen Umlenkbereich trifft, charakterisiert. Zur Veränderung des Einfalls kann entweder der Einfallswinkel oder die Einfallstelle oder beides verändert werden.
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Der Einfallswinkel kann vorteilhafterweise mittels rotieren oder schwenken des wenigstens einen Umlenkbereichs relativ zu der Strahlrichtung des einfallenden Lichtsignals verändert werden. Dabei kann entweder der wenigstens eine Umlenkbereich oder die Senderlichtquelle oder beides rotiert oder geschwenkt werden.
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Die Einfallstelle kann vorteilhafterweise mittels Verschieben, insbesondere mithilfe einer linearen Verschiebung, des wenigstens einen Umlenkbereichs relativ zur Strahlrichtung des einfallenden Lichtsignals verändert werden. Dabei kann vorteilhafterweise die Verschiebung quer, insbesondere senkrecht, zur Strahlrichtung des einfallenden Lichtsignals durchgeführt werden. Dabei kann entweder der wenigstens eine Umlenkbereich oder die Senderlichtquelle oder beides verschoben werden.
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Der Einfall der Lichtsignale auf wenigstens einen Umlenkbereich kann direkt oder indirekt erfolgen. Insbesondere kann ein von der Senderlichtquelle kommendes Lichtsignal indirekt mithilfe wenigstens eines vorgeschalteten optisch wirkenden Elements auf den wenigstens einen Umlenkbereich gelenkt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Lichtsignal mithilfe wenigstens eines in Strahlrichtung betrachtet vorderen Umlenkbereichs auf wenigstens einen hinteren Umlenkbereich gelenkt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein ausgesendetes Lichtsignal als Lichtpuls realisiert sein. Ein Anfang und ein Ende eines Lichtpulses kann bestimmt, insbesondere gemessen, werden. Auf diese Weise können insbesondere Lichtlaufzeiten bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtsignal auch weitere Informationen enthalten. So kann ein Lichtsignal insbesondere codiert sein. Auf diese Weise kann es einfacher identifiziert werden und/oder entsprechende Informationen mit sich tragen.
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Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfahren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Messvorrichtungen 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 der Sendeeinrichtung und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals mit einer entsprechenden Empfangseinrichtung der Messvorrichtung gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem erkannten Objekt ermittelt.
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Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit Lichtsignalen ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die Strahlrichtungen der entsprechenden Lichtsignale über den Überwachungsbereich sozusagen geschwenkt werden. Hierbei kommt wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung zum Einsatz.
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Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Senderlichtquelle wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Lasersignale als Lichtsignale gesendet werden. Mit dem Laser können Lichtsignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Entsprechend kann wenigstens eine Empfangseinrichtung einen für die Frequenz des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Detektor, insbesondere eine (Lawinen)fotodiode, ein Dioden-Array, ein CCD-Array oder dergleichen, aufweisen. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit insbesondere gepulsten Lasersignalen abgetastet werden.
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Die Erfindung kann vorteilhafterweise 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 kann auch bei einer stationären Messvorrichtung eingesetzt werden.
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Mit der Messvorrichtung 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 die optische Messvorrichtung Teil eines Fahrerassistenzsystems und/oder einer Fahrwerksteuerung eines Fahrzeugs sein oder mit diesen verbunden sein. Auf diese Weise kann das Fahrzeug teilautonom oder autonom betrieben werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können die wenigstens zwei Umlenkbereiche jeweils die Wirkung einer optischen Linse haben. Auf diese Weise können die Lichtsignale entsprechend auf beiden Seiten gebrochen werden. So kann ein abbildendes optisches System realisiert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkbereich die Wirkung einer optischen Sammellinse haben. Auf diese Weise können die Lichtsignale zu einem Brennpunkt hin gesammelt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein Abstand zwischen optischen Hauptflächen der Umlenkbereiche den Brennweiten der wenigstens zwei Umlenkbereiche entsprechen. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass die jeweiligen Brennpunkte der wenigstens zwei Umlenkbereiche zusammenfallen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkbereich eine optische Hauptfläche aufweisen, die wenigstens abschnittsweise eben ist. Auf diese Weise kann eine definierte Hauptebene entsprechend einer optischen Linse erzeugt werden. So können die Richtung der Lichtsignale genauer geändert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können jeweilige Brennpunkte der wenigstens zwei Umlenkbereiche zusammenfallen. Auf diese Weise können parallele einfallende Lichtsignalstrahlen in parallele austretende Lichtsignalstrahlen überführt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können jeweilige Brennpunkte der wenigstens zwei Umlenkbereiche zwischen den wenigstens zwei Umlenkbereichen liegen. Auf diese Weise können die Formen der Lichtsignale bei Richtungsänderung erhalten werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine diffraktive 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 die Wirkung von optischen Linsen realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Umlenkbereich für die Lichtsignale durchlässig wirken. Auf diese Weise können die Lichtsignale den wenigstens einen Umlenkbereich durchstrahlen.
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Für Lichtsignale durchlässige Umlenkbereiche haben den Vorteil, dass die Lichtquelle auf der dem Überwachungsbereich gegenüberliegenden Seite angeordnet sein kann. Auf diese Weise gibt es keine Zonen, welche durch die Senderlichtquelle verdeckt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkbereich in, an und/oder auf wenigstens einem für die Lichtsignale durchlässigen Substrat realisiert sein und/oder die wenigstens zwei Umlenkbereiche können auf gegenüberliegenden Seiten eines für die Lichtsignale durchlässigen Substrats realisiert sind. Mit dem Substrat kann eine mechanische Stabilität erhöht werden. Ferner kann das Substrat als mechanische Halterung dienen. So kann das Substrat insbesondere auf wenigstens einer entsprechenden Achse montiert sein, um die es gedreht oder geschwenkt werden kann. So kann der Einfall der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich verändert, insbesondere eingestellt, werden.
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Vorteilhafterweise kann das Substrat aus Glas, Kunststoff oder dergleichen sein, auf das das jeweilige diffraktive optische Element durch Beschichtung oder Abtrag, insbesondere Ätzen oder dergleichen, realisiert werden kann.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Substrat als Dünnschicht realisiert sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Brennpunkt wenigstens eines Umlenkbereichs innerhalb wenigstens eines für das Lichtsignal durchlässigen Substrats liegen, in, an und/oder auf welchem wenigstens ein Umlenkbereich realisiert ist. Auf diese Weise kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung platzsparender aufgebaut werden. Bevorzugt können die Brennpunkte der wenigstens zwei Umlenkbereiche innerhalb des Substrats liegen.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Umlenkbereich mit der Wirkung einer optischen Linse auf der Lichteintrittsseite eines Substrats angeordnet sein und/oder wenigstens ein Umlenkbereich mit der Wirkung einer optischen Linse kann auf der Lichtaustrittsseite eines Substrats angeordnet sein. Dabei kann entweder auf der Lichteintrittsseite oder auf der Lichtaustrittsseite wenigstens ein Umlenkbereich mit der Wirkung einer optischen Linse vorgesehen sein. Alternativ kann sowohl auf der Lichteintrittsseite als auch auf der Lichtaustrittsseite jeweils wenigstens ein Umlenkbereich mit der Wirkung einer optischen Linse vorgesehen sein.
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Mit Umlenkbereichen mit der Wirkung einer optischen Linse auf der Lichteintrittsseite kann die entsprechende Brechung der Lichtsignale vor dem Eintritt in das Substrat erfolgen.
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Mit Umlenkbereichen mit der Wirkung einer optischen Linse auf der Lichtaustrittsseite können die Lichtsignale unmittelbar in den Überwachungsbereich gelenkt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die wenigstens zwei Umlenkbereiche im Strahlengang der Lichtsignale vollständig überlappend hintereinander angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Licht, welches mit dem ersten Umlenkbereich umgelenkt wird, vollständig auf den zweiten Umlenkbereich gelenkt werden.
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Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Umlenkbereiche unterschiedlich oder identisch ausgestaltet sein richtungsändernde Eigenschaften aufweisen. Auf diese Weise kann die Umlenkung der Lichtsignale bedarfsgerecht angepasst werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Umlenkbereich wenigstens einer Lichtsignalumlenkeinrichtung mit wenigstens einer Antriebseinrichtung bewegbar sein. Auf diese Weise kann mit der wenigstens eine Antriebseinrichtung der Einfall der Lichtsignale auf wenigstens einen der Umlenkbereich verändert, insbesondere eingestellt, werden.
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Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Umlenkbereiche gemeinsam angetrieben sein. Auf diese Weise können die Umlenkbereiche gemeinsam bewegt werden.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Antriebseinrichtung einen rotierenden Antrieb, einen linearen Antrieb oder einen andersartigen Antrieb oder eine Kombination von unterschiedlichen Antrieben realisieren. So können entsprechende Rotations- und/oder Verschiebebewegungen durchgeführt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Antriebseinrichtung wenigstens einen Motor, insbesondere einen Rotationsmotor, einen Linearmotor, einen linearen Gleichstrommotor, einen Schwingspulenmotor, einen Schwingspulenantrieb oder dergleichen, oder einen andersartigen Motor oder Aktor aufweisen. Mit elektrischen Motoren kann einfach ein elektrischer Antrieb realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Antriebseinrichtung direkt mit den wenigstens zwei Umlenkbereichen, insbesondere wenigstens einem Substrat, auf dem die wenigstens zwei Umlenkbereiche realisiert sind, verbunden sein. Auf diese Weise können die wenigstens zwei Umlenkbereich schneller beschleunigt und abgebremst werden. So kann die erfindungsgemäße Lichtsignalumlenkeinrichtung verglichen mit einem üblichen rotierenden Spiegel, der mit einem Motor rotierend angetrieben wird, mit höherer Geschwindigkeit und größerer Lebensdauer betrieben werden.
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Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Umlenkbereiche, insbesondere das Substrat, auf dem die wenigstens zwei Umlenkbereiche realisiert sind, rotierend oder schwingend angetrieben werden. Vorteilhafterweise kann ein Rotationswinkel der wenigstens einen Antriebseinrichtung begrenzt werden. Auf diese Weise kann die Umlenkung der Lichtsignale auf den gewünschten Sichtbereich eingestellt werden.
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Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Umlenkbereiche, insbesondere das Substrat, auf dem die wenigstens zwei Umlenkbereiche realisiert sind, drehbar und/oder schwenkbar und/oder verschiebbar angeordnet sein. Auf diese Weise kann durch entsprechendes Bewegen des wenigstens einen Umlenkbereichs relativ zur Senderlichtquelle der Einfall der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich verändert werden.
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Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Umlenkbereiche, insbesondere das Substrat, auf dem die wenigstens zwei Umlenkbereiche realisiert sind, in einer Dimension oder in zwei Dimensionen drehbar und/oder schwenkbar sein. Auf diese Weise kann die Richtung der Lichtsignale in einer Dimension oder in zwei Dimensionen verändert werden.
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Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Umlenkbereiche, insbesondere ein Substrat, auf dem die wenigstens zwei Umlenkbereiche angeordnet sind, wenigstens eine gemeinsame Dreh- und/oder Schwenkachse aufweisen. Mit einer gemeinsamen Dreh- und/oder Schwenkachse kann der Einfall der Lichtsignale in einer Raumdimension geändert werden. Mit zwei Dreh- oder Schwenkachsen kann ein entsprechendes Drehen oder Schwenken in zwei Dimensionen erfolgen. So kann der Einfall der Lichtsignale in zwei Raumdimension geändert werden. Entsprechend kann der Überwachungsbereich in zwei Dimensionen abgetastet werden. Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Dreh- oder Schwenkachsen senkrecht zueinander verlaufen. Auf diese Weise kann eine effiziente zweidimensionale Abtastung realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann die Sendeeinrichtung wenigstens ein optisches System aufweisen, welches zwischen wenigstens einer Senderlichtquelle und wenigstens einem Umlenkbereich angeordnet ist. Mit dem optischen System können die Lichtsignale entsprechend geformt, insbesondere fokussiert und/oder aufgeweitet, werden.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine optische Systems so ausgestaltet sein, dass mit diesem die Lichtsignale in einer Raumrichtung aufgeweitet, insbesondere aufgefächert, werden. Auf diese Weise kann eine entsprechend größere Abschnitt des wenigstens einen Umlenkbereichs in dieser Raumrichtung ausgeleuchtet werden. So kann der Sichtbereich der Messvorrichtung in dieser Richtung aufgeweitet werden. Zusätzlich können die aufgeweiteten Lichtsignale wenigstens einen weiteren Umlenkbereich, welcher in dieser Raumrichtung betrachtet neben dem zum Schwenken der Strahlrichtung der Lichtsignale verwendeten wenigstens einen Umlenkbereich angeordnet sein kann, anstrahlen. Dieser weitere Umlenkbereich kann ein Positionsbereich einer Positionserfassungseinrichtung sein, mit der die Position, insbesondere Schwenkposition, des wenigstens einen Umlenkbereichs ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann mit nur einer Senderlichtquelle sowohl der Überwachungsbereich abgetastet werden als auch die Position, insbesondere Schwenkposition, des wenigstens einen Umlenkbereichs bestimmt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann das wenigstens eine optische System so ausgestaltet sein, dass mit ihm die Lichtsignale in einer Raumrichtung fokussiert werden können. Auf diese Weise kann die Auflösung der Messvorrichtungen in dieser Raumrichtung verbessert werden
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Vorteilhafterweise kann die Raumrichtung, in der die Lichtsignale aufgeweitet werden, parallel zu einer Achse sein, um die die wenigstens zwei Umlenkbereiche geschwenkt oder rotiert werden können. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich in der Raumrichtung senkrecht zu der Achse mithilfe der Lichtsignalumlenkeinrichtung abgetastet werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein optisches System wenigstens eine optische Linse aufweisen. Mit einer optischen Linse können die Lichtsignale geformt werden.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der Lichtsignalumlenkeinrichtung dadurch gelöst, dass wenigstens zwei Umlenkbereiche im Strahlengang der Lichtsignale hintereinander angeordnet sind und wenigstens ein Umlenkbereich wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche die Wirkung einer optischen Linse hat.
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Erfindungsgemäß werden die Lichtsignale mit der wenigstens einen diffraktiven Struktur, welche die Wirkung einer optischen Linse hat, gebrochen. So kann eine Strahlrichtung der Lichtsignale einfach und genau geändert werden.
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Vorteilhafterweise kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung wenigstens einer Sendeeinrichtung der optischen Messvorrichtung und/oder wenigstens einer Empfangseinrichtung der optischen Messvorrichtung zugeordnet sein. Mit einer Lichtsignalumlenkeinrichtung, welche der wenigstens einen Sendeeinrichtung zugeordnet ist, können Lichtsignale von der Sendeeinrichtung in den Überwachungsbereich gelenkt werden. Mit einer Lichtsignalumlenkeinrichtung, welche der wenigstens einen Empfangseinrichtung zugeordnet ist, können reflektierte Lichtsignale aus dem Überwachungsbereich zu der wenigstens einen Empfangseinrichtung umgelenkt werden.
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Vorteilhafterweise können der wenigstens einen Sendeeinrichtung und der wenigstens einen Empfangseinrichtung jeweils eine separate Lichtsignalumlenkeinrichtung zugeordnet sein. Auf diese Weise können die Lichtsignalumlenkeinrichtungen separat betrieben werden. Alternativ können die Lichtsignalumlenkeinrichtungen für die wenigstens eine Sendeeinrichtung und die wenigstens eine Empfangseinrichtung steuerungstechnisch und/oder mechanisch gekoppelt sein. Auf diese Weise können die Lichtsignalumlenkeinrichtungen aufeinander abgestimmt werden. Vorteilhafterweise kann eine einzige Lichtsignalumlenkeinrichtung vorgesehen sein, welche sowohl der wenigstens einen Sendeeinrichtung als auch der wenigstens einen Empfangseinrichtung zugeordnet sein kann. Auf diese Weise kann ein Aufwand insbesondere an Bauteilen, zur Montage und/oder Justage, verringert werden.
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Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der optischen Messvorrichtung dadurch gelöst, dass wenigstens zwei Umlenkbereiche im Strahlengang der Lichtsignale hintereinander angeordnet sind und wenigstens ein Umlenkbereich der wenigstens einen Sendeeinrichtung wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche die Wirkung einer optischen Linse hat.
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Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung, insbesondere wenigstens eine Sendeeinrichtung und/oder wenigstens eine Empfangseinrichtung, wenigstens eine erfindungsgemäße Lichtsignalumlenkeinrichtung aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann der wenigstens einen Empfangseinrichtung wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung zugeordnet sein. Die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung auf der Empfängerseite kann nach dem gleichen Prinzip wie die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung auf der Senderseite, insbesondere die erfindungsgemäße Sendeeinrichtung, aufgebaut sein und/oder wirken.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung auf der Empfängerseite wenigstens zwei Umlenkbereiche aufweisen, die im Strahlengang der Lichtsignal hintereinander angeordnet sind, wobei wenigstens ein Umlenkbereich wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche die Wirkung einer optischen Linse hat.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung aufseiten des Empfängers, mechanisch mit der wenigstens einen Lichtsignalumlenkeinrichtung auf der Senderseite gekoppelt sein. Auf diese Weise können die entsprechenden Umlenkbereiche gemeinsam eingestellt, insbesondere gesteuert, werden.
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Vorteilhafterweise können wenigstens zwei erfindungsgemäß hintereinander angeordnete Umlenkbereiche für die Sendeeinrichtung und wenigstens zwei erfindungsgemäß hintereinander angeordnete Umlenkbereiche für die Empfangseinrichtung auf einem gemeinsamen Substrat realisiert sein. Auf diese Weise können die Umlenkbereiche gemeinsam hergestellt werden. Außerdem können die Umlenkbereiche einfach mithilfe des Substrats und einer entsprechenden Antriebseinrichtung bewegt werden.
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Alternativ kann die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung auf der Empfängerseite getrennt von der wenigstens einen Lichtsignalumlenkeinrichtung auf der Senderseite betrieben werden. Die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung auf der Empfängerseite und die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung auf der Senderseite können auch nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten.
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Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass die Richtung der Lichtsignale mithilfe von wenigstens zwei Umlenkbereichen verändert wird, welche im Strahlengang der Lichtsignale hintereinander angeordnet sind, wobei wenigstens einer der Umlenkbereiche wenigstens einer diffraktiven Struktur aufweist, welche die Wirkung einer optischen Linse hat.
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Erfindungsgemäß wird wenigstens eine diffraktive Struktur mit Wirkung einer optischen Linse eingesetzt, um die Strahlrichtung der Lichtsignale zu verändern.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können wenigstens ein Umlenkbereich und wenigstens eine Senderlichtquelle relativ zueinander bewegt werden, um den Einfall der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich zu verändern. Auf diese Weise kann eine entsprechende Änderung der Strahlrichtung des Lichtsignals erreicht werden.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung, der erfindungsgemäßen Lichtsignalumlenkeinrichtung, der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 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 einer optischen Messvorrichtung, welche mit einem Fahrerassistenzsystem verbunden ist;
- 2 die optische Messvorrichtung mit dem Fahrerassistenzsystem aus der 1;
- 3 eine Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einer Sendeeinrichtung der Messvorrichtung aus der 2, mit einer Achse für eine Auslenkung von gesendeten Lichtsignalen in einer Dimension, in einer Mittelposition, in einer Ansicht in Richtung einer Achse, mit der die Lichtsignalumlenkeinrichtung geschwenkt werden kann;
- 4 die Lichtsignalumlenkeinrichtung aus der 3 in einer Auslenkposition;
- 5 eine Lichtsignalumlenkeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Sendeeinrichtung der Messvorrichtung aus der 2, mit zwei Achsen für eine Auslenkung von gesendeten Lichtsignalen in zwei Dimensionen, in einer Ansicht in Richtung einer ersten Achse, mit der die Lichtsignalumlenkeinrichtung in einer ersten Dimension geschwenkt 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, beispielsweise ein Personenkraftwagen, in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 verfügt über eine optische Messvorrichtung 12, beispielsweise einen Laserscanner. Die optische Messvorrichtung 12 ist beispielsweise in einer vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. Ferner verfügt das Fahrzeug 10 über ein Fahrerassistenzsystem 14, mit dem das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden kann. Die optische Messvorrichtung 12 ist funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 14 verbunden, so dass Informationen, welche mit der Messvorrichtung 12 erlangt werden können, an das Fahrerassistenzsystem 14 übermittelt werden können. Mit der Messvorrichtung 12 kann ein Überwachungsbereich 16, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 10, auf Objekte 18 überwacht werden. Die Messvorrichtung 12 kann auch an anderer Stelle des Fahrzeugs 10, auch anders ausgerichtet, angeordnet sein. Es können auch mehrere Messvorrichtung 12 vorgesehen sein.
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Die Messvorrichtung 12 arbeitet nach einem Lichtlaufzeitverfahren. Hierzu werden Lichtsignale 20, beispielsweise in Form von Laserpulsen, in den Überwachungsbereich 16 gesendet. Beispielsweise an einem etwaigen Objekt 18 reflektierte Lichtsignale 22 werden von der Messvorrichtung 12 empfangen. Aus einer Laufzeit zwischen dem Aussenden der Lichtsignale 20 und dem Empfang der reflektierten Lichtsignale 22 wird eine Entfernung des Objekts 18 zu der Messvorrichtung 12 ermittelt. Die Strahlrichtung der Lichtsignale 20 wird während der Messungen über den Überwachungsbereich 16 geschwenkt. Auf diese Weise wird der Überwachungsbereich 16 abgetastet. Aus der Strahlrichtung der Lichtsignale 20, welche an dem Objekt 18 reflektiert werden, wird eine Richtung des Objekts 18 relativ zu der Messvorrichtung 12 ermittelt.
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Die Messvorrichtung 12 umfasst eine Sendeeinrichtung 24, eine Empfangseinrichtung 26 und eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 28.
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Die Sendeeinrichtung 24, welche beispielhaft in der 2 gezeigt ist, umfasst eine Senderlichtquelle 30, ein optisches System in Form einer Senderlinse 32 und eine Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34.
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Die Empfangseinrichtung 26 umfasst einen optischen Empfänger 36, eine Empfängerlinse 38 und eine Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40.
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Die Senderlichtquelle 30 weist beispielsweise einen Laser auf. Mit der Sendlichtquelle 30 können gepulste Lasersignale als Lichtsignale 20 erzeugt werden.
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Mit der Senderlinse 32 können die Lichtsignale 20 in einer Richtung quer zu ihrer Strahlrichtung aufgeweitet werden. Dies ist in der 2 durch ein gestricheltes Trapez angedeutet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Lichtsignale 20 mit der Senderlinse 32 in Richtung einer Achse 46, beispielhaft in vertikaler Richtung, aufgeweitet. In den 3 bis 5 ist die Achse 46 als Kreis mit einem Kreuz angedeutet.
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Die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 befindet sich im Strahlengang der Senderlichtquelle 30 hinter der Senderlinse 32. Mithilfe der Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 kann die Strahlrichtung der Lichtsignale 20 in einer Dimension einer Ebene geschwenkt werden. Beispielsweise verläuft die Schwenkebene senkrecht zu der Richtung, in der die Lichtsignale 20 mit der Senderlinse 32 aufgeweitet werden, beispielhaft also horizontal. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich 16 mit nacheinander folgenden Lichtsignalen 20 in horizontaler Richtung abgetastet werden.
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Mit der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 14 werden aus dem Überwachungsbereich 16 reflektierte Lichtsignale 22 auf die Empfängerlinse 38 umgelenkt. Mit der Empfängerlinse 38 werden die reflektierten Lichtsignale 22 auf den Empfänger 36 abgebildet.
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Der Empfänger 36 ist beispielsweise als CCD-Chip, Array, Fotodiode oder andersartiger Detektor zum Empfang der reflektierten Lichtsignale 22 in Form von Laserpulsen ausgestaltet. Mit dem Empfänger 36 werden die empfangenen Lichtsignale 22 in elektronische Signale umgewandelt. Die elektronischen Signale werden der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt.
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Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 werden die Sendeeinrichtung 24 und die Empfangseinrichtung 26 gesteuert. Ferner werden mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 die aus den empfangenen Lichtsignale 22 gewonnenen elektronischen Signale ausgewertet. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 wird die Lichtlaufzeit und daraus die Entfernung des Objekts 18, an dem die Lichtsignale 22 reflektiert wurden, ermittelt. Außerdem wird mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 die Richtung des Objekts 18 ermittelt.
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In den 3 und 4 ist eine Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. 3 zeigt die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 in einer Mittelposition. 4 zeigt die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 in einer beispielhaften Auslenkposition.
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Die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 umfasst beispielhaft zwei Sender-Umlenkbereiche 42a jeweils in Form einer diffraktiven Struktur. Dies ist insbesondere auch in den 3 und 4 gezeigt. Die diffraktiven optische Strukturen sind beispielsweise als sogenannte diffraktive optische Elemente realisiert. Die Sender-Umlenkbereiche 42a haben jeweils die Wirkung von optischen Sammellinsen. Die Sender-Umlenkbereiche 42a sind beispielhaft auf gegenüberliegenden Seiten eines rechteckigen, flachen Substrats 44 realisiert. Das Substrat 44 ist beispielsweise eine Glasplatte oder Kunststoffplatte, welche für die Lichtsignale 20 durchlässig ist. Das Substrat 44 mit den Sender-Umlenkbereichen 42a kann auch als Dünnfilm realisiert sein. Einer der Sender-Umlenkbereiche 42a ist auf der Seite des Substrats 44 angeordnet, die der Senderlinse 32 abgewandt ist. Der andere Sender-Umlenkbereich 42a auf der Seite des Substrats 44 angeordnet, die der Senderlinse 32 zugewandt ist. Die Sender-Umlenkbereiche 42a erstreckt sich jeweils als Streifen nahezu über die gesamte Breite des Substrats 44 quer zur Achse 46. Die beiden Sender-Umlenkbereiche 42a sind im Strahlengang der Lichtsignale 20 vollständig überlappend hintereinander angeordnet.
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Ein Abstand 72 zwischen optischen Hauptebenen 74 der Sender-Umlenkbereiche 42a entspricht der Summe der Brennweiten 76 der Sender-Umlenkbereiche 42a. Die jeweiligen Brennpunkte 78 der Sender-Umlenkbereiche 42a fallen zusammen. Die Brennpunkte 78 befinden sich in dem Substrat 44 zwischen den Sender-Umlenkbereichen 42a. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Brennweiten 76 der gezeigten Sender-Umlenkbereich 42a beispielhaft identisch. Die Brennweiten 76 können auch unterschiedlich sein. Ferner liegen die Brennpunkte 78 in der in der 3 gezeigten Mittelposition der Sende-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 auf der Achse 46. Die Brennpunkte 78 können auch außerhalb der Achse 46 liegen.
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Das Substrat 44 ist auf der Achse 46 befestigt. Die Achse 46 ihrerseits wird mit einem Motor 50 angetrieben, sodass das Substrat 44 und mit diesem die Sender-Umlenkbereiche 42a um die Achse 46 hin und her geschwenkt werden können. Die Schwenkrichtung des Substrats 44 und damit der Sender-Umlenkbereiche 42a ist in den 2 und 3 mit einem Doppelpfeil 48 angedeutet.
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Der Motor 50 ist steuerbar mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verbunden.
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Die Sender-Umlenkbereiche 42a befinden sich, wie auch in der 3 gezeigt ist, im Strahlengang der Lichtsignale 20 der Sendeeinrichtung 24. Lichtsignale 20 werden zunächst abhängig von ihrem Einfall auf den der Senderlinse 32 zugewandten Sender-Umlenkbereich 42a mit der Wirkung einer entsprechenden Sammellinse gebrochen und zur Mitte des Lichtbündels der Lichtsignals 20 hin abgelenkt. Das Lichtbündel der Lichtsignale 20 ist in der 3 gestrichelt angedeutet. Der Einfall ist definiert durch einen in der 4 angedeuteten Einfallswinkel 52. Der Einfallswinkel 52 ist der Winkel zwischen einer Einfallsstrahlrichtung 54 der Lichtsignale 20 und der Hauptebene 74 des vorderen Sender-Umlenkbereichs 42a.
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Die abgelenkten Lichtsignale 20 durchleuchten das Substrat 44 und werden mit dem hinteren Sender-Umlenkbereich 42a auf der der Senderlinse 32 abgewandten Seite mit der Wirkung einer entsprechenden Sammellinse erneut abgelenkt. Insgesamt werden so die Lichtsignale 20 um einen in der 4 bezeichneten Ablenkungswinkel 58 zwischen der Einfallsstrahlrichtung 54 und einer Austrittsstrahlrichtung 56 der umgelenkten Lichtsignale 20 umgelenkt.
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Um den Ablenkungswinkel 58 zu verändern, wird das Substrat 44 mit den Sender-Umlenkbereichen 42 um die Achse 46 geschwenkt, was zur Veränderung des Einfallswinkels 52 führt. Durch das Schwenken des Substrats 44 mit den Sender-Umlenkbereichen 42 wird die Austrittsstrahlrichtung 56 der Lichtsignale 20 im Überwachungsbereich 16 geschwenkt. Mithilfe der schwenkbaren Sender-Umlenkbereiche 42a kann der Überwachungsbereich 16 abgetastet werden.
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Die Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 ist analog zur Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 aufgebaut. Die Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 umfasst, wie in der 2 gezeigt, zwei Empfänger-Umlenkbereiche 42b. Die Empfänger-Umlenkbereiche 42b sind diffraktive Strukturen, beispielsweise diffraktive optische Elemente, welche jeweils die Wirkung von optischen Sammellinse haben.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Empfänger-Umlenkbereiche 42b auf gegenüberliegenden Seiten desselben Substrats 44 realisiert, auf dem auch die Sender-Umlenkbereiche 42a realisiert sind. Die Empfänger-Umlenkbereiche 42b erstrecken sich nahezu über die gesamte Breite des Substrats 44 quer zur Achse 46. Die Ausdehnung der Empfänger-Umlenkbereiche 42b in Richtung der Achse 46 ist größer als die entsprechende Ausdehnung der Sender-Umlenkbereiche 42a. Die beiden Empfänger-Umlenkbereiche 42b sind im Strahlengang der reflektierten Lichtsignale 22 vollständig überlappend hintereinander angeordnet.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sende-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 und die Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 mithilfe des gemeinsamen Substrats 44 mechanisch gekoppelt. So können die Sende-Umlenkbereiche 42a und die Empfänger-Umlenkbereiche 42b gemeinsam mit der Achse 46 geschwenkt werden. Hierfür ist nur ein einziger Motor 50 erforderlich.
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Bei einem nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel können die Sender-Umlenkbereiche 42a und die Empfänger-Umlenkbereiche 42b getrennt voneinander, beispielsweise auf getrennten Substraten realisiert sein. Die getrennten Substrate können mechanisch, beispielsweise auf einer gemeinsamen Achse, miteinander verbunden sein und gemeinsam angetrieben werden. Die Sender-Umlenkbereiche 42a und die Empfänger-Umlenkbereiche 42b können auch mechanisch voneinander getrennt sein. In diesem Fall umfasst die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 zwei Sender-Umlenkbereiche 42a und eine eigene Antriebseinrichtung. Ebenso umfasst die Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 zwei Empfänger-Umlenkbereiche 42b und eine eigene Antriebseinrichtung.
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Die Empfänger-Umlenkbereiche 42b sind so ausgestaltet, dass mit diesen reflektierte Lichtsignale 22, welche aus dem Überwachungsbereich 16 kommen, in jeder Schwenkposition der Empfänger-Umlenkbereiche 42b, respektive des Substrats 44, auf die Empfängerlinse 38 gelenkt werden. Mit der Empfängerlinse 38 werden die umgelenkten reflektierten Lichtsignale 22 auf dem Empfänger 36 fokussiert.
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Die Messvorrichtung 12 weist darüber hinaus eine Positionserfassungseinrichtung 60 auf. Mit der Positionserfassungseinrichtung 60 kann eine Schwenkposition des Substrats 44 und damit der Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtungen 40 ermittelt werden.
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Die Positionserfassungseinrichtung 60 umfasst einen Positionsbereich 62 beispielhaft in Form einer diffraktiven Struktur, beispielsweise einem diffraktiven optischen Element, und einen optischen Positionsdetektor 66.
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Der Positionsbereich 62 ist auf der Seite des Substrats 44 angeordnet, welche der Sendlichtquelle 30 zugewandt ist. Der Positionsbereich 62 befindet sich in Richtung der Achse 46 betrachtet beispielhaft zwischen dem entsprechenden Sender-Umlenkbereich 42a und dem entsprechenden Empfänger-Umlenkbereich 42b. Der Positionsbereich 62 erstreckt sich als Streifen beispielhaft senkrecht zur Achse 46 nahezu über die gesamte Breite des Substrats 44. Der Positionsbereich 62 ist nah genug an dem entsprechenden Sender-Umlenkbereich 42 angeordnet, dass ein Teil des mit der Senderlinse 32 aufgefächerten Lichtsignals 20, wie in der 2 gezeigt, auf dem Positionsbereich 62 fällt.
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Die diffraktive Struktur des Positionsbereichs 62 ist so ausgestaltet, dass Lichtsignale 20, welche auf dem Positionsbereich 62 treffen, abhängig von dem Einfallswinkel 52 der Lichtsignale 20 auf dem Positionsbereich 62 codiert werden. Die Codierung charakterisiert dabei den jeweiligen Einfallswinkel 52. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der auftreffende Teil der Lichtsignale 20 codiert und als Positions-Lichtsignale 68 reflektiert und zu dem Positionsdetektor 66 gesendet.
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Der Positionsdetektor 66 ist beispielhaft auf gleicher Höhe neben der Senderlichtquelle 30 angeordnet. Der Positionsdetektor 66 kann beispielsweise als Einzeldetektor, Zeilendetektor oder Flächendetektor ausgestaltet sein. Hierfür kann beispielsweise ein CCD-Chip, eine Fotodiode oder dergleichen verwendet werden.
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Die codierten Lichtsignale 68 werden mit dem Positionsdetektor 66 in elektrische Positionssignale umgewandelt und an die Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 übermittelt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 wird aus den elektrischen Positionssignale die Schwenkauslenkung des Positionsbereichs 62 und damit die Schwenkauslenkung des Substrats 44, der Sender-Umlenkbereiche 42a und der Empfänger-Umlenkbereich 42b ermittelt. So kann mithilfe der Erfassungseinrichtung 60 eine Schwenkposition der Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 ermittelt werden.
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Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Positionsbereich 62 statt zur Reflexion der Lichtsignale zur Transmission ausgestaltet sein. In diesem Fall befindet sich der Positionsdetektor 66 auf der der Senderlichtquelle 30 gegenüberliegenden Seite des Positionsbereich 62.
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Beim Betrieb der Messvorrichtung 12 werden mit der Senderlichtquelle 30 gepulste Lichtsignale 20 durch die Senderlinse 32 auf den dieser zugewandten Sender-Umlenkbereich 42a der Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 und den Positionsbereich 62 gesendet.
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Mit der Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 werden die Lichtsignale 20 abhängig von der Schwenkstellung des Substrats 44, also abhängig vom Einfallswinkel 52, in den Überwachungsbereich 16 gesendet. Die an dem Objekt 18 reflektierten Lichtsignale 22 werden mit der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 auf die Empfängerlinse 38 gelenkt. Mit der Empfängerlinse 38 werden die reflektierten Lichtsignale 22 auf den Empfänger 36 fokussiert. Mit dem Empfänger 36 werden die reflektierten Lichtsignale 22 in elektrische Signale umgewandelt und an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 wird die Laufzeit der Lichtsignale 20 und der entsprechenden reflektierten Lichtsignale 22 ermittelt und daraus eine Entfernung des erfassten Objekts 18 zu der Messvorrichtung 12 bestimmt.
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Ferner wird mit dem Positionsbereich 62 der auf diesen treffende Anteil der Lichtsignale 20 codiert und als Positions-Lichtsignale 68 zu dem Positionsdetektor 66 gesendet. Aus den Positions-Lichtsignalen 68 wird die Schwenkposition der Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtungen 40 bestimmt. Aus der Schwenkposition wird die Richtung des erfassten Objekts 18 relativ zum Messvorrichtung 12 ermittelt.
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Während der Messung wird mit dem Motor 50 die Achse 46 gedreht und damit das Substrat 44 mit den Sender-Umlenkbereichen 42a und den Empfänger-Umlenkbereichen 42b hin und her geschwenkt. Auf diese Weise erfahren nacheinander ausgesendete gepulste Lichtsignale 20 unterschiedliche Ablenkungen in den Überwachungsbereich 16. So wird der Überwachungsbereich 16 mit den gepulsten Lichtsignale 20 abgescannt.
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In der 5 ist eine Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 gemäß am zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den 2 bis 4 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 gemäß den zweiten Ausführungsbeispiel eine zweite Achse 146 auf, um die das Substrat 44 und damit die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 und die Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40, in einer zweiten Dimension geschwenkt werden kann. Die zweite Achse 146 erstreckt sich senkrecht zu der ersten Achse 46. Insgesamt kann so mithilfe der Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 der Überwachungsbereich 16 in zwei Dimensionen ortsaufgelöst abgetastet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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