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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine optische Detektionsvorrichtung zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin,
- - mit wenigstens einer optoelektronischen Einrichtung zum Senden von optischen Signalen,
- - mit wenigstens einer optoelektronischen Einrichtung zum Empfangen von optischen Signalen, welche in wenigstens einem Überwachungsbereich reflektiert werden,
- - mit wenigstens einer Umlenkspiegeleinrichtung zum Umlenken von optischen Signalen,
- - wobei die wenigstens eine Umlenkspiegeleinrichtung wenigstens eine Spiegelflächenanordnung mit wenigstens einer Spiegelfläche aufweist und die wenigstens eine Spiegelflächenanordnung um wenigstens eine Drehachse drehbar ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Detektionsvorrichtung zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin, bei dem
- - mit wenigstens einer optoelektronischen Einrichtung optische Signale gesendet werden,
- - mit wenigstens einer optoelektronischen Einrichtung optische Signale empfangen werden, welche in wenigstens einem Überwachungsbereich reflektiert werden,
- - und mit einer Umlenkspiegeleinrichtung wenigstens ein Teil der optischen Signale umgelenkt wird,
- - wobei die optischen Signale mit wenigstens einer Spiegelflächenanordnung der wenigstens einen Umlenkspiegeleinrichtung umgelenkt werden, welche wenigstens zwischen dem Senden von wenigstens optischen Signalen um wenigstens eine Drehachse in wenigstens einer Drehrichtung gedreht wird.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 2 625 542 B1 ist eine Umlenkspiegeleinrichtung für eine optische Messvorrichtung bekannt mit mindestens zwei Spiegeleinheiten, welche auf einer drehbaren Achse angeordnet sind, und eine Antriebseinheit, welche die drehbare Achse antreibt. Die Umlenkspiegeleinrichtung umfasst mindestens eine Sendespiegeleinheit mit genau zwei Umlenkspiegeln und einer Empfangsspiegeleinheit mit genau zwei Empfangsumlenkspiegeln. Sende- und Empfangsspiegeleinheit sind axial beabstandet zueinander auf der gemeinsamen drehbaren Achse angeordnet. 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 die Umlenkspiegeleinrichtung angeordnet. Die Sendeeinheit umfasst eine Senderplatine, auf welcher beispielsweise ein als gepulster Laser ausgeführter optischer Sender mit einer Sendeoptik angeordnet ist. Die Empfängereinheit umfasst eine Empfängerplatine, auf welcher beispielsweise ein als Detektor ausgeführter optischer Empfänger angeordnet ist, und eine Empfangsoptik, welche beispielsweise als Parabolspiegel ausgeführt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Detektionsvorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen die Überwachung von Überwachungsbereichen auf Objekte hin verbessert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der optischen Detektionsvorrichtung dadurch gelöst, dass wenigstens zwei optoelektronische Einrichtungen einer Art funktional räumlich unterschiedlich so auf eine gemeinsame Spiegelflächenanordnung der wenigstens einen Umlenkspiegeleinrichtung ausgerichtet sind, dass mit den wenigstens zwei optoelektronischen Einrichtungen einer Art jeweilige Einzelüberwachungsbereiche realisiert werden, welche sich bezüglich der wenigstens einen Drehachse umfangsmäßig wenigstens teilweise nicht überlappen.
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Erfindungsgemäß können mit mehreren optoelektronischen Einrichtungen einer Art unterschiedliche Einzelüberwachungsbereiche überwacht werden, welche sich zumindest teilweise nicht überlappen. Auf diese Weise kann ein Gesamtüberwachungsbereich der optischen Detektionsvorrichtung, welcher sich aus den Einzelüberwachungsbereichen zusammensetzt, insgesamt vergrößert werden.
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Jeder Einzelüberwachungsbereich wird mit einer Sende- und Empfangsanordnung überwacht. Jede Sende- und Empfangsanordnung umfasst wenigstens eine optoelektronische Sendeeinrichtung und wenigstens eine optoelektronische Empfangseinrichtung.
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Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung mehrere solcher Sende- und Empfangsanordnungen aufweisen. Dabei können wenigstens zwei der Sende- und Empfangsanordnungen funktional räumlich unterschiedlich auf eine gemeinsame Spiegelflächenanordnung ausgerichtet sein. So können mit den Sende- und Empfangsanordnungen unterschiedliche Einzelüberwachungsbereiche realisiert und überwacht werden. Dabei wird die Ausdehnung eines Einzelüberwachungsbereichs durch die funktionale Ausrichtung der optoelektronischen Sendeeinrichtungen und/oder der optoelektronischen Empfangseinrichtung der entsprechenden Sende- und Empfangsanordnung und die Umlenkgrenzen der Umlenkspiegeleinrichtung definiert und damit der Einzelüberwachungsbereich realisiert.
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Die Einzelüberwachungsbereiche können individuell an die Erfordernisse angepasst werden. So kann ein Einzelüberwachungsbereich als Fernfeld-Überwachungsbereich für die Überwachung eines Fernfeldes in Entfernungen von insbesondere zwischen etwa 10 m und etwa 150 m ausgestaltet sein. Ein anderer Überwachungsbereich kann als Nahfeld-Überwachungsbereich für die Überwachung eines Nahfeldes in Entfernungen von bis zu etwa 10 m ausgestaltet sein. Der Nahfeld-Überwachungsbereich kann sich unterhalb des Fernfeld-Überwachungsbereichs befinden. Auf diese Weise kann die optische Detektionsvorrichtung an die Verwendung in Verbindung mit einem Fahrzeug zu Überwachung der Fahrbahn auf Objekte hin angepasst werden.
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Vorteilhafterweise können mit den wenigstens zwei optoelektronischen Einrichtungen einer Art in den jeweiligen Einzelüberwachungsbereichen unterschiedliche Auflösungen und/oder Reichweiten erreicht werden. So können insbesondere bei optoelektronischen Sendeeinrichtungen unterschiedliche Divergenzen, also unterschiedliche Aufweitungen, von optischen Signalen erreicht werden. Auf diese Weise kann die Ausdehnung des entsprechenden Überwachungsbereichs entsprechend angepasst werden. Durch Vergrößerung einer Divergenz insbesondere in einer Raumrichtung kann die Ausdehnung des Überwachungsbereichs in der entsprechenden Raumrichtung vergrößert werden.
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Mit der Erfindung können mit einer einzigen gemeinsamen Spiegelflächenanordnung durch entsprechende Ausrichtung der zugehörigen optoelektronischen Einrichtungen gleichzeitig mehrere Überwachungsbereiche überwacht werden.
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Optoelektronische Einrichtungen einer Art im Sinne der Erfindung haben die gleiche Funktion, also das Senden von optischen Signalen oder das Empfangen von optischen Signalen. Optoelektronische Einrichtungen einer Art können optoelektronische Sendeeinrichtungen sein. Alternativ oder zusätzlich können optoelektronische Einrichtung eine Art optoelektronische Empfangseinrichtungen sein.
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Die funktionale Ausrichtung einer optoelektronischen Einrichtung bezieht sich auf die Ausbreitungsrichtung der jeweiligen optischen Signale. Bei einer optoelektronischen Sendeeinrichtung entspricht die funktionale Ausrichtung der Ausbreitungsrichtung der gesendeten optischen Signale. Bei einer optoelektronischen Empfangseinrichtung entspricht die funktionale Ausrichtung der Empfangsrichtung, aus der optische Signale empfangen werden können.
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Die Einzelüberwachungsbereiche überlappen sich zumindest teilweise nicht. Dies bedeutet, dass sie sich nicht oder teilweise überlappen können.
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Vorteilhafterweise können die Einzelüberwachungsbereiche keine Überlappung aufweisen. Auf diese Weise kann der Gesamtüberwachungsbereich, welcher sich aus den wenigstens zwei Einzelüberwachungsbereichen zusammensetzt, weiter vergrößert werden.
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Eine Spiegelflächenanordnung im Sinne der Erfindung ist eine räumliche Anordnung von Spiegelflächen. Die Spiegelflächen können dabei mit wenigstens einem Trägermittel, insbesondere einem Grundkörper, gehalten werden. Die Spiegelflächen können vorteilhafterweise insbesondere durch Beschichtung der Oberflächen eines entsprechend geformten Grundkörpers mit einem optisch reflektierenden Material realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfahren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Detektionsvorrichtungen 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 Senden eines optischen Signals, insbesondere eines Lichtpulses, mit wenigstens einer optoelektronischen Sendeeinrichtungen und dem Empfang des entsprechenden reflektierten optischen Signals mit wenigstens einer optoelektronischen Empfangseinrichtung gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der optischen Detektionsvorrichtung und dem erfassten Objekt ermittelt.
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Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit optischen Signalen ein jeweiliger Überwachungsbereich, insbesondere ein jeweiliger Einzelüberwachungsbereich, abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die entsprechenden optischen Signale, insbesondere Signalstrahlen, mithilfe der wenigstens eine Umlenkspiegeleinrichtung bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung über den entsprechenden Überwachungsbereich geschwenkt werden.
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Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle eine optoelektronischen Sendeeinrichtungen wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste optische Signale, respektive Lasersignale, gesendet werden. Mit dem Laser können optische Signale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereichen emittiert werden. Entsprechend kann wenigstens ein Empfänger einer optoelektronischen Empfangseinrichtung einen für die Wellenlänge des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Detektor, insbesondere einen Punktsensor, Zeilensensor oder Flächensensor, im Besonderen eine (Lawinen)fotodiode, eine Photodiodenzeile, einen CCD-Sensor, einen Active-Pixel-Sensor, insbesondere einen CMOS-Sensor oder dergleichen, aufweisen. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann wenigstens ein Überwachungsbereich mit wenigstens 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 optische Detektionsvorrichtung 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 das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
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Mit der optischen Detektionsvorrichtung können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, erfasst werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens zwei optoelektronische Einrichtungen auf unterschiedliche Bereiche der gemeinsamen Spiegelflächenanordnung der wenigstens einen Umlenkspiegeleinrichtung ausgerichtet sein und/oder wenigstens zwei optoelektronische Einrichtungen können in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sein.
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Durch die Ausrichtung der wenigstens zwei optoelektronischen Einrichtungen auf unterschiedliche Bereiche der gemeinsamen Spiegelflächenanordnung können die entsprechenden optischen Signale abhängig von der Ausrichtung der getroffenen Bereiche relativ zur Drehachse unterschiedlich umgelenkt werden. So können optische Signale, welche sich in die gleiche Raumrichtung, also räumlich parallel, ausbreiten, in unterschiedlicher Weise umgelenkt werden.
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Alternativ oder zusätzlich können wenigstens zwei optoelektronische Einrichtungen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sein. Auf diese Weise können die optischen Signale, auch dann in unterschiedliche Richtungen umgelenkt werden, wenn sie auf denselben Bereich der gemeinsamen Spiegelflächenanordnung treffen.
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Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei optoelektronischen Einrichtungen sowohl auf unterschiedliche Bereiche als auch in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sein. Auf diese Weise kann insgesamt die Umlenkcharakteristik der wenigstens einen Umlenkspiegeleinrichtung an die entsprechenden Anforderungen angepasst werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine optoelektronische Sendeeinrichtung wenigstens einen Laser zum Senden von optischen Signalen und/oder wenigstens ein optisches Bauteil zur Veränderung einer Strahlcharakteristik von optische Signalen aufweisen und/oder wenigstens eine optoelektronische Empfangseinrichtung kann wenigstens einen optoelektronischen Detektor zum Empfangen von optische Signalen und zur Umwandlung in elektrische Signale und/oder wenigstens ein optisches Bauteil zur Veränderung einer Strahlcharakteristik von optische Signalen aufweisen.
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Mit einem Laser können optische Signale, insbesondere gepulste optische Signale, in Form von Lasersignalen ausgesendet werden.
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Mit einem optoelektronischen Detektor, insbesondere einen Punktsensor, Zeilensensor oder Flächensensor, im Besonderen eine (Lawinen)fotodiode, eine Photodiodenzeile, einen CCD-Sensor, einen Active-Pixel-Sensor, insbesondere einen CMOS-Sensor oder dergleichen, können optische Signale, insbesondere Lasersignale, empfangen und in elektrische Signale umgewandelt werden.
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Mit wenigstens einem optischen Bauteil, insbesondere einer optischen Linse, kann eine Strahlcharakteristik von optischen Signalen verändert werden. So können mit wenigstens einem optischen Bauteil optische Signale zerstreut oder gesammelt werden. Bei der Verwendung in einer optoelektronischen Sendeeinrichtung kann mit dem wenigstens einen optischen Bauteil das ausgesendete optisches Signal in wenigstens einer Richtung zerstreut werden, umso die Ausdehnung des entsprechenden Einzelüberwachungsbereich in diese Richtung zu vergrößern. Bei der Verwendung in Verbindung mit einer optoelektronischen Empfangseinrichtung können mit wenigstens einem optischen Bauteil aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommende optische Signale gesammelt und auf einen entsprechenden Detektor fokussiert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine optoelektronische Einrichtung eine Zerstreuungslinse als optisches Bauteil aufweisen, mit der optische Signale in wenigstens eine Richtung senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung zerstreut werden können, und/oder wenigstens zwei optoelektronische Einrichtungen können jeweils eine Zerstreuungslinse als optisches Bauteil aufweisen, wobei die Zerstreuungslinsen die jeweiligen optische Signale unterschiedlich zerstreuen können.
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Mithilfe wenigstens einer Zerstreuungslinse können optische Signale zerstreut werden, sodass insgesamt mit einem optischen Signal ein größerer Bereich erfasst werden kann.
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Vorteilhafterweise können mit der wenigstens einen Zerstreuungslinse optische Signale in wenigstens einer Richtung senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung und parallel zu der wenigstens einen Drehachse zerstreut werden. Auf diese Weise kann mit einem optisches Signal ein Bereich des entsprechenden Einzelüberwachungsbereichs, der bezüglich der wenigstens einen Drehachse in axialer Richtung entsprechend ausgedehnt ist, erfasst werden.
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Vorteilhafterweise können wenigstens zwei optoelektronische Einrichtungen jeweils Zerstreuungslinsen aufweisen, welche die jeweiligen optische Signale unterschiedlich aufweiten. Auf diese Weise können die mit den wenigstens zwei optoelektronischen Einrichtungen realisierten Überwachungsbereiche unterschiedliche Ausdehnungen aufweisen.
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So kann für einen Fernfeld-Überwachungsbereich die Zerstreuung mit der Zerstreuungslinse in axialer Richtung bezüglich der Drehachse geringer sein als für einen Nahfeld-Überwachungsbereich. So kann für den Fernfeld-Überwachungsbereich eine grö-ßere Detektionsreichweite erreicht werden. Für den Nahfeld-Überwachungsbereich wird hingegen ein größeres Sichtfeld erreicht, sodass den Nahfeld-Überwachungsbereich bereits in geringer Entfernung zu optischen Detektionsvorrichtung eine entsprechend große räumliche Ausdehnung quer zur Ausbreitungsrichtung der optischen Signale aufweist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Drehachse betriebsgemäß räumlich horizontal ausgerichtet sein und/oder wenigstens eine Drehachse kann betriebsmäßig räumlich vertikal ausgerichtet sein.
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Mit einer betriebsmäßig räumlich horizontal ausgerichteten Drehachse können die Überwachungsbereiche von räumlich vertikal von unten nach oben oder umgekehrt abgetastet werden.
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Mit einer betriebsgemäß räumlich vertikal ausgerichteten Drehachse kann ein Überwachungsbereich räumlich horizontal von links nach rechts oder umgekehrt abgetastet werden.
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Insbesondere beim Einsatz der optischen Detektionsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug zu Überwachung des Umfelds des Kraftfahrzeugs, bezieht sich die Orientierung „räumlich horizontal“ und „räumlich vertikal“ auf ein Fahrwerk des Kraftfahrzeugs und somit auf den Fahrweg des Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann die bestimmungsgemäß räumlich horizontale Ebene des Kraftfahrzeugs durch eine Fahrzeuglängsachse und eine Fahrzeugquerachse aufgespannt werden. Die räumlich vertikale Richtung kann senkrecht zu besagter räumlich horizontaler Ebene des Kraftfahrzeugs verlaufen. Je nach Ausrichtung des Kraftfahrzeugs kann demnach die räumlich horizontale Ebene parallel zum geographischen Horizont und die räumlich vertikale Richtung senkrecht zum geographischen Horizont verlaufen.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Spiegelflächenanordnung um zwei insbesondere zueinander orthogonale Drehachsen drehbar sein. Auf diese Weise können die wenigstens zwei Einzelüberwachungsbereiche flexible abgetastet werden. So kann insbesondere bei der Verwendung der optischen Detektionsvorrichtung bei einem Kraftfahrzeug in einer Fahrsituation eine Drehung um eine horizontale Drehachse vorteilhaft sein, sodass der Fahrbereich im Fernfeld besser überwacht werden kann. In einer Einparksituation kann es vor Vorteil sein, die wenigstens eine Spiegelflächenanordnung um eine vertikale Drehachse zu drehen, sodass seitliche Begrenzungen einer Parklücke besser erfasst werden können.
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Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung zwischen wenigstens einer vertikalen Drehachse und wenigstens einer horizontalen Drehachse umgeschaltet werden. Die Umschaltung kann mit wenigstens einer insbesondere elektronischen Steuereinrichtung durchgeführt werden. Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Weg realisiert sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Spiegelflächenanordnung wenigstens eine Drehachse wenigstens teilweise umfangsmäßig umgeben. Auf diese Weise können optische Signale in unterschiedlichen Drehpositionen der wenigstens einen Spiegelflächenanordnung reflektiert werden.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Spiegelflächenanordnung die wenigstens eine Drehachse umfangsmäßig lückenlos umgeben. Auf diese Weise können Drehpositionen vermieden werden, in denen optische Signale nicht auf Spiegelflächen fallen.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Spiegelflächenanordnung eine Mehrzahl von Spiegelflächen aufweisen, welche umfangsmäßig nebeneinander angeordnet sind und in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind. Auf diese Weise können die Ausbreitungsrichtungen von optischen Signalen durch Drehen der wenigstens einen Spiegelflächenanordnung um die wenigstens eine Drehachse die Umlenkrichtung geschwenkt werden. Vorteilhafterweise können die Spiegelflächen bezüglich ihrer Abmessungen und Formen identisch sein ungleichmäßig angeordnet sein. Auf diese Weise können die Ausbreitungsrichtungen von optischen Signalen gleichmäßig geschwenkt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Spiegelflächenanordnung um 360° um wenigstens eine Drehachse drehbar sein und/oder wenigstens eine Spiegelflächenanordnung kann um wenigstens eine Drehachse hin und her schwenkbar sein.
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Bei einer Drehung um 360° kann die Drehrichtung beibehalten werden. In Verbindung mit umfangmäßig lückenlos Spiegelflächenanordnung kann durch kontinuierliches Drehen der Spiegelflächenanordnung eine kontinuierliche Änderung der Umlenkrichtung für die optische Signale erreicht werden. Eine kontinuierliche Drehung der Spiegelflächenanordnung kann mit einer einfachen insbesondere elektrischen Antriebseinrichtung erreicht werden.
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Bei einer Spiegelflächenanordnung, die um wenigstens eine Drehachse hin und her schwenkbar ist, ist es nicht erforderlich, reicht es aus, wenn die wenigstens eine Spiegelflächenanordnung die wenigstens eine Drehachse nur teilumfänglich umgibt. Die wenigstens eine Spiegelflächenanordnung kann als Schwingspiegel oder dergleichen realisiert sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens eine optoelektronische Sendeeinrichtung und wenigstens eine optoelektronische Empfangseinrichtung einander zugeordnet sein. Auf diese Weise kann insbesondere über eine Laufzeitmessung der optischen Signale eine Entfernung zu einem erfassten Objekt ermittelt werden. Wenigstens eine optoelektronische Sendeeinrichtungen wenigstens eine optoelektronische Empfangseinrichtung können einer Sende- und Empfangsanordnung zugeordnet sein. Die Sendeeinrichtungen die Empfangseinrichtung einer Sende- und Empfangsanordnung können in Bezug auf Ausrichtung und/oder in Bezug auf die Eigenschaften der optischen Signale, insbesondere Wellenlänge, Codierung oder dergleichen, aufeinander abgestimmt sein.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass optische Signale einer Art räumlich unterschiedlich auf eine gemeinsame Spiegelflächenanordnung gerichtet werden, sodass mit den jeweiligen optische Signalen jeweilige Einzelüberwachungsbereiche überwacht werden, welche sich bezüglich der wenigstens einen Drehachse umfangsmäßig wenigstens teilweise nicht überlappen.
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Optische Signale einer Art können insbesondere jeweiligen Sendeeinrichtungen gesendete optische Signale sein. Optische Signale einer anderen Art können insbesondere reflektierte optische Signale sein, welche an Objekten reflektiert werden.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen optischen Detektionsvorrichtung 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 Kraftfahrzeuges mit einem Fahrerassistenzsystem und einem Laserscanner zur Überwachung von zwei vertikal zwingende versetzten Einzelüberwachungsbereichen in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug auf Objekte hin;
- 2 eine Seitenansicht des Laserscanners aus der 1, betrachtet in Richtung einer Drehachse einer Umlenkspiegeleinrichtung zum Umlenken von optischen Signalen;
- 3 eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugs aus der 1 mit den vertikal versetzten Einzelüberwachungsbereichen;
- 4 eine Draufsicht auf den Laserscanner aus den 1 und 2 senkrecht zur Drehachse.
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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 beispielhaft in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. 3 zeigt das Fahrzeug 10 in einer Seitenansicht.
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Das Fahrzeug 10 weist eine optische Detektionsvorrichtung in Form eines Laserscanners 12 auf. Der Laserscanner 12 ist in der 2 in einer Seitenansicht und in der 4 in einer Draufsicht gezeigt.
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Der Laserscanner 12 befindet sich beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 und ist beispielhaft in Fahrtrichtung 16 vor das Fahrzeug 10 gerichtet. Die Fahrtrichtung 16 ist die Richtung, in der sich das Fahrzeug 10 bestimmungsgemäß einer Vorwärtsfahrt bewegt. Der Laserscanner 12 kann auch an anderer Stelle des Fahrzeugs 10 auch anders ausgerichtet angeordnet sein. Es können auch mehrere Laserscanner 12 vorgesehen sein. Mit dem Laserscanner 12 können zwei Einzelüberwachungsbereiche 14a und 14b vor dem Fahrzeug 10 auf Objekte 16 überwacht werden. Die Einzelüberwachungsbereiche 14a und 14b sind räumlich vertikal versetzt zueinander angeordnet. Die Einzelüberwachungsbereiche 14a und 14b bilden insgesamt einen Gesamtüberwachungsbereich des Laserscanners 12.
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Mit dem Laserscanner 12 können stehende oder bewegte Objekte 18, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, erfasst werden. Mit dem Laserscanner 12 können Entfernungen, Richtungen und/oder Geschwindigkeiten von Objekten 18 relativ zum Fahrzeug 10 ermittelt werden.
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Ferner verfügt das Fahrzeug 10 über ein Fahrerassistenzsystem 20. Mit dem Fahrerassistenzsystem 20 kann das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden. Der Laserscanner 12 ist funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 20 verbunden. Über die Verbindung können Informationen, die mit dem Laserscanner 12 aus den Einzelüberwachungsbereichen 14a und 14b, beispielsweise über etwaige Objekte 18, erfasst werden, an das Fahrerassistenzsystem 20 übermittelt werden.
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Der Laserscanner 12 umfasst beispielhaft zwei Sende- und Empfangsanordnungen 22a und 22b, eine Umlenkspiegeleinrichtung 24 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 26. In der 4 ist die zweite Sende- und Empfangsanordnung 22b im Hintergrund von der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a verdeckt und daher nicht dargestellt.
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Die erste Sende- und Empfangsanordnung 22a umfasst eine elektrooptische Sendeeinrichtung 28a und eine elektrooptische Empfangseinrichtung 30a.
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Die Sendeeinrichtung 28a der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a umfasst eine Lichtquelle beispielsweise in Form eines Lasers 32a und ein optisches Bauteil in Form einer optischen Sendelinse 34a. Mit dem Laser 32a können optische Signale, nämlich Lasersignale 36a beispielhaft in Form von Laserpulsen, erzeugt werden. Die Sendelinse 34a kann beispielsweise eine Zerstreuungslinse sein, welche nur in einer Richtung zu ihrer optischen Achse zerstreuen wirkt. Beispielsweise kann es sich um eine Zylinderlinse handeln. Mit der Sendelinse 34a können die Lasersignale 36a quer zu ihrer Ausbreitungsrichtung und in Richtung parallel zu einer Drehachse 38 der Umlenkspiegeleinrichtung 24 zerstreut werden. Die Lasersignale 36a können so in Richtung parallel zur Drehachse 38 aufgeweitet werden.
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Die Empfangseinrichtung 30a der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a umfasst einen optischen Detektor 40a, beispielsweise einen Punktsensor, Zeilensensor oder Flächensensor, im Besonderen eine (Lawinen-)photodiode, eine Photodiodenzeile, einen CCD-Sensor oder dergleichen. Mit dem Detektor 40a können die an Objekten 18 reflektierten Lasersignale 36a' aus dem ersten Einzelüberwachungsbereiche 14a in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden. Die elektrischen Signale können mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 verarbeitet werden.
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Ferner umfasst die Empfangseinrichtung 30a der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a ein optisches Bauteil in Form einer optischen Empfangslinse 42a. Die Empfangslinse 42a kann beispielsweise eine Sammellinse sein. Mit der Empfangslinse 42a können die reflektierten Lasersignale 36a' gesammelt und auf den Detektor 40a fokussiert werden.
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Entsprechend umfasst die zweite Sende- und Empfangsanordnung 22b eine elektrooptische Sendeeinrichtung 28b und eine elektrooptischer Empfangseinrichtung. Die elektrooptischer Empfangseinrichtung der zweiten Sende- und Empfangsanordnungen 22b ist in den 2 und 4 jeweils im Hintergrund verdeckt und daher nicht dargestellt und mit Bezugszeichen versehen.
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Die Sendeeinrichtung 28b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b umfasst eine Lichtquelle beispielsweise in Form eines Lasers 32b und ein optisches Bauteil in Form einer optischen Sendelinse 34b. Mit dem Laser 32b können Lasersignale 36b in Form von Laserpulsen erzeugt werden. Dabei können die Lasersignale 36a, welche mit dem Laser 32a der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a erzeugt werden, von den Lasersignalen 36b, welche mit dem Laser 32b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b erzeugt werden, unterscheidbar sein. Die Lasersignale 36a und 36b können hierzu unterschiedliche Wellenlänge und/oder unterschiedliche Signalform aufweisen. Eine unterschiedliche Signalform kann beispielsweise mithilfe von Codierung erreicht werden.
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Mit der Sendelinse 34b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b können die Lasersignale 36b quer zu ihrer Ausbreitungsrichtung und in Richtung parallel zu der Drehachse 38 der Umlenkspiegeleinrichtung 24 zerstreut werden. Die Lasersignale 36b können so in Richtung parallel zu der Drehachse 38 aufgeweitet werden. Dabei ist die Sendelinse 34b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b so ausgestaltet, dass mit ihr die Lasersignale 36b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b in geringerem Maß zerstreut werden, als die Lasersignale 36a mit der Sendelinse 34a der ersten Sende- und Empfangsanordnungen 22a. Auf diese Weise wird für die Lasersignale 36b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b eine geringere Divergenz erreicht als für die Lasersignale 36a der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a.
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Die Empfangseinrichtung der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b umfasst einen in den Figuren verdeckten und daher nicht gezeigten optischen Detektor, beispielsweise einen Punktsensor, Zeilensensor oder Flächensensor, im Besonderen eine (Lawinen-)photodiode, eine Photodiodenzeile, einen CCD-Sensor oder dergleichen. Mit dem Detektor der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b können die reflektierten Lasersignale 36b' aus dem zweiten Einzelüberwachungsbereich 14b in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden, welche mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 verarbeitet werden können.
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Ferner umfasst die Empfangseinrichtung 30b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b ein in den Figuren verdecktes und daher nicht dargestelltes optisches Bauteil in Form einer optischen Empfangslinse. Mit der Empfangslinse können die reflektierten Lasersignale 36b' aus dem zweiten Einzelüberwachungsbereich 14b auf den Detektor fokussiert werden.
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Mit der Umlenkspiegeleinrichtung 24 werden die Lasersignale 36a der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a in den ersten Einzelüberwachungsbereich 14a und die Lasersignale 36b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b in den zweiten Einzelüberwachungsbereich 14b gelenkt. Dabei werden die Ausbreitungsrichtungen der Lasersignale 36a und 36b von Lasersignal zu Lasersignal mittels der Umlenkspiegeleinrichtung 24 geändert. Die Ausbreitungsrichtungen der Lasersignale 36a und 36b abhängig von der Drehposition der Umlenkspiegeleinrichtung 24 parallel zur Drehachse 38, also in vertikaler Richtung, geschwenkt.
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Die Ausdehnung der Lasersignale 36a der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a in Richtung der Drehachse 38 wird durch die Sendelinse 34a vorgegeben und definiert die horizontale Breite des ersten Einzelüberwachungsbereichs 14a abhängig von der Entfernung zu dem Laserscanner 12. Der Schwenkbereich der Umlenkspiegeleinrichtung 24 definiert die vertikale Höhe des ersten Einzelüberwachungsbereichs 14a abhängig von der Entfernung zu dem Laserscanner 12. Entsprechend definiert die Ausdehnung der Lasersignale 36b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b in Richtung der Drehachse 38, welche durch die Sendelinse 34b vorgegeben wird, die horizontale Breite des zweiten Einzelüberwachungsbereichs 14b. Der Schwenkbereich der Umlenkspiegeleinrichtung 24 definiert die vertikale Höhe des zweiten Einzelüberwachungsbereichs 14b.
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Die Lasersignale 36a der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a, welche auf ein Objekt 18 in dem ersten Einzelüberwachungsbereich 14a treffen, werden reflektiert und zurückgesendet. Die reflektierten Lasersignale 36a', welche auf die Umlenkspiegeleinrichtung 24 treffen, werden, wie in der 3 angedeutet, mit dieser zu der ersten Empfangseinrichtung 30a umgelenkt. Mit dem Detektor 40a werden die reflektierten Lasersignale 36a' in elektrische Signale umgewandelt und der Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 zugeführt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 wird mithilfe der Lasersignale 36a und der reflektierten Lasersignale 36a' die Entfernung, die Richtung und die Geschwindigkeit des Objekts 18 in dem Einzelüberwachungsbereich 14a relativ zum Laserscanner 12 bestimmt.
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Entsprechend werden die Lasersignale 36b der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b, welche auf ein Objekt 18 in dem zweiten Einzelüberwachungsbereich 14b treffen, reflektiert und zurückgesendet. Die reflektierten Lasersignale 36b', welche auf die Umlenkspiegeleinrichtung 24 treffen, werden zu der Empfangseinrichtung der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b umgelenkt. Mit dem Detektor der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b werden die reflektierten Lasersignale 36b' in elektrische Signale umgewandelt und der Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 zugeführt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 wird mithilfe der Lasersignale 36b und der reflektierten Lasersignale 36b' die Entfernung, die Richtung und die Geschwindigkeit des Objekts 18 in dem zweiten Einzelüberwachungsbereich 14b relativ zum Laserscanner 12 bestimmt.
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Die Umlenkspiegeleinrichtung 24 umfasst eine Spiegelanordnung 44, welche beispielhaft sechs identische Spiegelflächen 46 aufweist. Die Spiegelflächen 46 sind entlang eines zur Drehachse 38 koaxialen Zylinders mit gleichmäßig hexagonaler Grundfläche angeordnet. Die Spiegelanordnung 44 mit den Spiegelflächen 46 ist um die Drehachse 38 in einer Drehrichtung 48 drehbar.
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Die erste Sendeeinrichtung 28a und die zwei Sendeeinrichtung 28b sind auf unterschiedliche Stellen der Spiegelanordnung 44 bezüglich der Drehachse 38 ausgerichtet. Wie in der 2 gezeigt treffen die Lasersignale 36a der ersten Sende- und Empfangsanordnungen 22a räumlich unterhalb der Lasersignale 36b der zweiten Sende- und Empfangsanordnungen 22b auf die Spiegelanordnung 44. Je nach Drehstellung der Spiegelanordnung 44 können so die ersten Lasersignale 36a und zweiten Signal 36b auch auf unterschiedliche Spiegelflächen 46 treffen.
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In der 2 sind beispielhaft zwei Drehpositionen der Spiegelanordnung 44 dargestellt, wobei eine davon der besseren Übersichtlichkeit wegen gestrichelt angedeutet ist. Falls, wie in der 2 in der Drehposition der Spiegelanordnung 44 mit durchgezogene Linien, die ersten Lasersignale 36a und zweiten Lasersignale 36b auf unterschiedliche, nämlich benachbarte Spiegelflächen 46 treffen, werden die Lasersignale 36a der ersten Sende- und Empfangsanordnungen 22 nach unten in den ersten Einzelüberwachungsbereich 14a abgelenkt. Die Lasersignale 36b der zweiten Sende- und Empfangsanordnungen 22b werden hingegen nach oben in den zweiten Einzelüberwachungsbereich 14b abgelenkt.
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Entsprechend sind die Empfangseinrichtung 30a der ersten Sende- und Empfangsanordnung 22a und die Empfangseinrichtung der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b auf unterschiedliche Bereiche der Spiegelanordnung 44 bezüglich der Drehachse 38 ausgerichtet. Auf diese Weise können die reflektierten Lasersignale 36a' aus dem ersten Überwachungsbereich 14a auf die erste Empfangseinrichtung 30a umgelenkt werden. Die reflektierten Lasersignale 36b' aus dem zweiten Einzelüberwachungsbereich 14b können zu der Empfangseinrichtung der zweiten Sende- und Empfangsanordnung 22b umgelenkt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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