DE102021210798A1 - Strahlablenkeinrichtung für eine Laservorrichtung eines Kraftfahrzeugs, sowie Laservorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strahlablenkeinrichtung (4) für eine Laservorrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs (1), mit zumindest einem rotierenden Rotationselement (3), welches in einer Rotationsebene (17) des Rotationselements (3) betrachtet zumindest drei Spiegelflächen (5, 6, 7) aufweist, wobei eine jeweilige Spiegelfläche (5, 6, 7) zum Reflektieren eines auf die jeweilige Spiegelfläche (5, 6, 7) auftreffenden Laserstrahls (8) ausgebildet ist, wobei zumindest eine der zumindest drei Spiegelflächen (5, 6, 7) in der Rotationsebene (17) betrachtet eine Krümmung (K1, K2, K3) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Laservorrichtung (2).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Strahlablenkeinrichtung für eine Laservorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem rotierenden Rotationselement, welches in einer Rotationsebene des Rotationselements betrachtet zumindest drei Spiegelflächen aufweist, wobei eine jeweilige Spiegelfläche zum Reflektieren eines auf die jeweilige Spiegelfläche auftreffenden Laserstrahls ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Laservorrichtung.
• Aus dem Stand der Technik sind bereits Laservorrichtungen, welche auch als Lidarsensoreinrichtungen bezeichnete werden, bekannt, welche eine Strahlablenkeinrichtung aufweisen können. Diese Strahlablenkeinrichtung kann beispielsweise in Form eines rotierenden Spiegelelements, beispielsweise in Form eines MEMS-Spiegels ausgebildet sein. Ferner sind bereits Lidarsensoreinrichtungen als Polygonscanner bekannt.
• Die US 2020/0284883 A1 betrifft Komponenten für ein Lidarsensorsystem.
• Die US 2010/0253599 A1 beschreibt ein Verfahren zur Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte für Vektorprojektionsanzeigen.
• Die US 2019/0107607 A1 beschreibt verschachtelte Abtastmuster für Lidar-Systeme.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Strahlablenkeinrichtung sowie eine Laservorrichtung zu schaffen, mittels welchen eine verbesserte Erfassung einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch eine Strahlablenkeinrichtung sowie eine Laservorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Strahlablenkeinrichtung für eine Laservorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem rotierenden Rotationselement, welches in einer Rotationsebene des Rotationselements betrachtet zumindest drei Spiegelflächen aufweist, wobei eine jeweilige Spiegelfläche zum Reflektieren eines auf die jeweilige Spiegelfläche auftreffenden Laserstrahls ausgebildet ist.
• Es ist dabei vorgesehen, dass zumindest eine der zumindest drei Spiegelflächen in der Rotationsebene betrachtet eine Krümmung aufweist.
• Insbesondere ist somit ein Polygonreflektor als Strahlablenkeinrichtung vorgeschlagen, welcher gekrümmte Seiten beziehungsweise Spiegelflächen besitzt. Insbesondere kann aus der Seitenkrümmung beispielsweise der zeitliche und räumliche Verlauf einer Scantrajektorie berechnet werden und damit entsprechend die Laservorrichtung angesteuert werden und somit an eventuell spezifische Anwendungsbereiche angepasst werden. Insbesondere kann somit ein einfacher und günstiger Aufbau für eine Lidarsensorvorrichtung beziehungsweise Laservorrichtung geschaffen werden, welcher keine zusätzlichen Komponenten aufweist. Des Weiteren ist ein effizienterer Aufbau möglich, weil keine weiteren optischen Komponenten für höhere optische Verluste sorgen.
• Aus dem Stand der Technik sind bereits Laservorrichtungen beziehungsweise Lidarsysteme bekannt, welche eine konstante Auflösung über den gesamten Scanbereich aufweisen. Die resonanten MEMS-basierten Lidare haben eine hohe Auflösung in den Randbereichen des abgetasteten Bereichs, die durch die Spiegelschwingungen vorgegeben und kaum beeinflussbar ist. Es gibt im Stand der Technik hierbei bereits Ansätze, Lidarsysteme derart auszulegen, dass sie in bestimmten Scanbereichen, beispielsweise in Fahrtrichtung betrachtet, eine höhere Auflösung besitzen. Des Weiteren ist bekannt, um die Richtung des Lidarstrahls zu variieren, dass der Laserstrahl auf einen sogenannten Polygonspiegel gerichtet wird. Diese Polygonscanner sind nach dem Stand der Technik mit geraden Seiten ausgestattet, so dass die Scangeschwindigkeit und damit die Auflösung im gesamten erfassten Bereich konstant sind. Dies kann insbesondere in fahrzeugspezifischen Anwendungen eine nicht-ideale Lösung sein, da das meiste Verkehrsgeschehen sich in der Nähe der Fahrzeuglängsachse abspielt.
• Es hat sich dabei insbesondere herausgestellt, dass die Größe des abgescannten Bereichs antiproportional zur Anzahl der Polygonseiten ist, das heißt, je breiter der abzuscannende Bereich ist desto schneller muss sich der Polygonspiegel drehen, um mit einer geringen Anzahl von Seiten die gleiche Frame-per-Second-Zahl zu erreichen. Diese Drehungen sind mechanisch Grenzen ausgesetzt, beispielsweise aufgrund der Lagerung der Spiegel sowie der Unwucht. Dies ist ein weiteres Problem, das durch den vorgestellten Ansatz gelöst wird.
• Insbesondere kann somit die Strahlablenkeinrichtung innerhalb der Rotationsebene rotiert werden. Die Rotationsebene ist dabei insbesondere beispielsweise bei einer verbauten Strahlablenkeinrichtung im Kraftfahrzeug in Richtung einer Fahrzeuglängsrichtung und Fahrzeugquerrichtung ausgebildet. Die Rotationsachse kann beispielsweise dann wiederum in Fahrzeughochrichtung betrachtet werden. Die Strahlablenkeinrichtung kann dabei sowohl zum Aussenden eines Laserstrahls aus der Laservorrichtung ausgebildet sein sowie zum Empfangen von in der Umgebung reflektierten Laserstrahlen zu einer entsprechenden Empfangseinrichtung der Laservorrichtung. Bevorzugt ist die Strahlablenkeinrichtung für eine Sendeeinrichtung der Laservorrichtung ausgebildet. Mit anderen Worten kann ein ausgesendeter Laserstrahl der Laservorrichtung, welche insbesondere einer Lidarsensorvorrichtung entspricht, auf die Strahlablenkeinrichtung abgegeben werden, wobei diese dann wiederum in Abhängigkeit von der Rotation der Strahlablenkeinrichtung eine Abtastung der Umgebung mittels des Lasers durchführen kann. Es kann vorgesehen sein, dass wiederum über eine Sensoreinrichtung der Laservorrichtung der reflektierte Strahl in der Umgebung erfasst wird und auf Basis dessen beispielsweise Objekte in der Umgebung erkannt werden können.
• Insbesondere in zumindest teilweise automatisierten beziehungsweise vollautomatisierten Kraftfahrzeugen ist eine entsprechend hohe Auflösung und hohe Scangeschwindigkeit von entscheidender Bedeutung, um verbessert die Umgebung erfassen und somit einen verbesserten Betrieb des teilweise automatisierten Kraftfahrzeugs realisieren zu können.
• Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Strahlablenkeinrichtung eine Vielzahl, wobei Vielzahl vorliegend insbesondere mehr als drei Spiegelflächen bedeutet, aufweist. Insbesondere je mehr Spiegelflächen die Strahlablenkeinrichtung aufweist desto öfter kann pro Rotation der Strahlablenkeinrichtung die Umgebung erfasst werden. Beispielsweise kann die Strahlablenkeinrichtung auch vier Spiegelflächen, fünf Spiegelflächen, sechs Spiegelflächen, sieben Spiegelflächen, acht Spiegelflächen, neun Spiegelflächen, zehn, Spiegelflächen, elf Spiegelflächen, zwölf Spiegelflächen oder mehr als zwölf Spiegelflächen aufweisen. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass eine jeweilige Spiegelfläche der Strahlablenkeinrichtung gekrümmt ist. Mit anderen Worten kann auch mehr als eine der Spiegelflächen gekrümmt sein. Bevorzugt weist dabei die Krümmung einen negativen Krümmungsradius, also in Richtung zur Rotationsachse, auf.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weisen die zumindest drei Spiegelflächen eine jeweilige Krümmung auf, wobei die jeweiligen Krümmungen zueinander unterschiedlich ausgebildet sind. Beispielsweise können die Krümmungen unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen. Dadurch ist es ermöglicht, dass mit einer einzigen Strahlablenkeinrichtung unterschiedliche Abtastmuster der Umgebung realisiert werden können. Beispielsweise können dann unterschiedliche Bereiche während einer einzigen Rotation detaillierter ausgeleuchtet werden. Beispielsweise kann mit einer ersten Spiegelfläche ein jeweiliger Randbereich der Umgebung erfasst werden, und mittels einer zweiten Spiegelfläche kann eine Abtastrate in Geradeausrichtung des Kraftfahrzeugs, mit anderen Worten in Fahrzeuglängsrichtung, verbessert realisiert werden. Somit kann bei einer einzigen Rotation bereits eine verbesserte Abtastung der Umgebung mit unterschiedlichen Abtastbereichen realisiert werden.
• Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die zumindest drei Spiegelflächen eine jeweilige Krümmung aufweisen, wobei die jeweiligen Krümmungen gleich ausgebildet sind. Mit anderen Worten können die Krümmungen einen gleichen Krümmungsradius aufweisen. Dadurch ist es ermöglicht, dass mit einer einzigen Strahlablenkeinrichtung und einer einzigen Rotation bereits mehrfach, insbesondere vorliegend insbesondere drei Mal, die Umgebung bei einer einzigen Rotation erfasst werden kann. Somit können Objekte in der Umgebung frühzeitig und sehr häufig nachverfolgt werden, so dass eine verbesserte Erfassung der Umgebung und beispielsweise ein verbessertes Objekttracking realisiert ist.
• Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Krümmung eine parabelförmige Krümmung ist. Insbesondere kann bei der parabelförmigen Krümmung somit eine konstante Scangeschwindigkeit realisiert werden, wobei sich der Scanbereich dabei sowohl vergrößern als auch verkleinern kann. Die Drehgeschwindigkeit und die Anzahl der Polygonseiten beziehungsweise der Strahlablenkeinrichtung sind dabei konstant.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform beschreibt die Krümmung eine Krümmung vierter Ordnung. Insbesondere, sollte beispielsweise bei der Strahlablenkeinrichtung zumindest eine der Spiegelflächen durch ein Polynom höherer Ordnung beschrieben werden, zum Beispiel ein Polynom vierter Ordnung, so lässt sich die entsprechende Scangeschwindigkeit über den Sockelbereich kontrolliert verändern. Die Polynomordnungszahl ist rein beispielhaft zu sehen ist, es kann auch ein Polynom fünfter Ordnung, sechster Ordnung, siebter Ordnung oder höher genutzt werden kann. Zum Beispiel können eine geringe Geschwindigkeit und eine sich daraus ergebende höhere Auflösung in der Mitte, beispielsweise in Fahrtrichtung, und eine hohe Scangeschwindigkeit mit geringerer Auflösung am Rand durch die Polynome höherer Ordnung realisiert werden.
• Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest eine der drei Spiegelflächen in Richtung der Rotationsachse betrachtet eine Verkippung gegenüber der Rotationsachse aufweist. Insbesondere ist somit eine Verkippung in der Fahrzeughochrichtung bei Verbau der Strahlablenkeinrichtung vorgesehen. Dadurch ist es ermöglicht, dass innerhalb unterschiedlicher vertikaler Ebenen eine Abtastung der Umgebung realisiert werden kann. Dies kann mit einer einzigen Strahlablenkeinrichtung realisiert werden, so dass mit einer einzigen Rotation der Strahlablenkeinrichtung unterschiedliche Ebenen vertikal betrachtet erfasst werden können. Beispielsweise kann hierzu vorgesehen sein, dass mittels der drei Spiegelflächen, welche eine unterschiedliche Verkippung gegeneinander aufweisen, bereits drei Scanlinien in der Vertikalen betrachtet erfasst werden können.
• In einer weitere Ausgestaltungsform weist die Strahlablenkeinrichtung eine Motoreinrichtung, insbesondere eine elektrische Motoreinrichtung, zum Rotieren des Rotationselements auf, wobei eine elektronische Recheneinrichtung der Motoreinrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer geometrischen Ausgestaltungsform des Rotationselements und/oder in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Abtastbereich in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder in Abhängigkeit von einer vorgegebene Abtastrate die Rotation des Rotationselements zu steuern. Unter geometrischer Ausgestaltungsform können beispielsweise die Anzahl von Spiegelflächen sowie deren Ausrichtung/Verkippung und Krümmung betrachtet werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit davon dann vorgesehen sein, dass beispielsweise eine Geschwindigkeit zum Rotieren des Rotationselements durch die Steuereinrichtung bestimmt und vorgegeben wird. Je nach Anwendungsbereich kann somit in Abhängigkeit der geometrischen Ausgestaltungsform dann wiederum das Rotationselement entsprechend gesteuert werden. Ferner kann auch in Abhängigkeit eines vorgegebenen Abtastbereichs, beispielsweise ob der Frontbereich eines Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung betrachtet oder die Randbereiche erfasst werden sollen, die Scangeschwindigkeit beziehungsweise die Rotationsgeschwindigkeit angepasst werden. Ferner kann auch die Abtastrate, also mit welcher Auflösung die Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst werden soll, dazu dienen, die Rotation des Rotationselements zu steuern.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Laservorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer Strahlablenkeinrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt. Die Laservorrichtung kann dabei insbesondere als sogenannter Lidarsensor ausgebildet sein.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Laservorrichtung weist die Laservorrichtung in Richtung der Rotationsachse betrachtet zumindest zwei übereinander angeordnete Strahlablenkeinrichtungen auf. Insbesondere können dabei die Strahlablenkeinrichtungen unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise können die Strahlablenkeinrichtungen eine unterschiedliche Anzahl von Spiegelflächen aufweisen. Ferner können unterschiedliche Krümmungen sowie Verkippungen der Strahlablenkeinrichtungen beziehungsweise deren jeweiligen Spiegelflächen realisiert werden. Dadurch ist es ermöglicht, dass die Umgebung mit den unterschiedlichen Strahlablenkeinrichtungen unterschiedlich erfasst werden kann, wodurch eine vollumfängliche Erfassung der Umgebung verbessert ermöglicht ist.
• Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Laservorrichtung zumindest zwei Lasereinrichtungen aufweist, welche zum Erzeugen eines jeweiligen Laserstrahls ausgebildet sind, wobei ein erster der zumindest zwei Laserstrahlen in einem ersten Einfallswinkel auf die zumindest eine Strahlablenkeinrichtung auftrifft und ein zweiter der zumindest zwei Laserstrahlen in einem zum ersten Einfallswinkel unterschiedlichen zweiten Einfallswinkel auf die zumindest eine Strahlablenkeinrichtung auftrifft. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Laservorrichtung zwei Strahlablenkeinrichtungen aufweist, wobei der erste Laserstrahl auf die erste Strahlablenkeinrichtung auftrifft und der zweite Laserstrahl auf die zweite Strahlablenkeinrichtung auftrifft. Es können auch mehr als zwei Laserstrahlen durch mehr als zwei Lasereinrichtungen erzeugt werden.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Laservorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug kann dabei bevorzugt zumindest teilweise automatisiert oder auch vollautomatisiert ausgebildet sein.
• Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Strahlablenkeinrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Laservorrichtung sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen.
• Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Laservorrichtung sowie des Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Strahlablenkeinrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Laservorrichtung und des Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
• Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
• Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
• 1 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform einer Laservorrichtung mit einer Ausführungsform einer Strahlablenkeinrichtung;
• 2 eine schematische Perspektivansicht gemäß einer Ausführungsform einer Laservorrichtung; und
• 3 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Strahlablenkeinrichtung.
• Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
• In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Ausführungsform einer Laservorrichtung 2. Das Kraftfahrzeug 1 kann bevorzugt als zumindest teilweise automatisiert betriebenes Kraftfahrzeug beziehungsweise vollautomatisiert betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Die Laservorrichtung 2 weist zumindest eine Strahlablenkeinrichtung 4 auf. Die Strahlablenkeinrichtung 4 weist zumindest ein rotierendes Rotationselement 3 auf, welches in einer Rotationsebene 17, welche vorliegend durch eine x-Richtung und eine y-Richtung ausgebildet ist, wobei die x-Richtung der Fahrzeuglängsrichtung entspricht und die y-Richtung einer Fahrzeugquerrichtung entspricht, ausgebildet ist. In der Rotationsebene 17 des Rotationselements 3 betrachtet weist das Rotationselement 3 zumindest drei Spiegelflächen 5, 6, 7 auf, wobei eine jeweilige Spiegelfläche 5, 6, 7 zum Reflektieren eines auf die jeweilige Spiegelfläche 5, 6, 7 auftreffenden Laserstrahls 8, 9 ausgebildet ist. Vorliegend weist das Rotationselement 3 insbesondere eine erste Spiegelfläche 5, eine zweite Spiegelfläche 6 sowie eine dritte Spiegelfläche 7 auf. Ein auftreffender Laserstrahl 8 von einer Lasereinrichtung 10 (2) wird vorliegend von der zweiten Spiegelfläche 6 reflektiert und als reflektierter Laserstrahl 9 in eine Umgebung 11 des Kraftfahrzeugs 1 ausgesendet.
• Insbesondere ist zu sehen, dass zumindest eine der zumindest drei Spiegelflächen 5, 6, 7 in der Rotationsebene 17 betrachtet eine Krümmung K₁, K₂, K₃ (3) aufweist. Vorliegend kann insbesondere vorgesehen sein, dass die zumindest drei Spiegelflächen 5, 6, 7 eine jeweilige Krümmung K₁, K₂, K₃ aufweisen, wobei die jeweiligen Krümmungen K₁, K₂, K₃ gleich ausgebildet sind. Ferner ist insbesondere gezeigt, dass die Krümmung K₁, K₂, K₃ eine parabelförmige Krümmung ist.
• 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht gemäß einer Ausführungsform der Laservorrichtung 2. Vorliegend ist insbesondere gezeigt, dass die Strahlablenkeinrichtung 4 auch mehr als drei Spiegelflächen 5, 6, 7 aufweisen kann. Beispielsweise kann die Strahlablenkeinrichtung 4 auch zwölf oder mehr Spiegelflächen 5, 6, 7 aufweisen.
• Ferner ist gezeigt, dass die Laservorrichtung 2 eine Primäroptik 12 aufweisen kann, mittels welcher beispielsweise der Laserstrahl 8, 9 der Lasereinrichtung 10 fokussiert werden kann. Auch eine nachgeschaltete Optik, insbesondere für den reflektierten Laserstrahl 9, kann vorgesehen sein, um beispielsweise eine Augensicherheit für Personen in der Umgebung 11 sicherstellen zu können.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zumindest drei Spiegelflächen 5, 6, 7 eine jeweilige Krümmung K₁, K₂, K₃ aufweisen, wobei die jeweiligen Krümmungen K₁, K₂, K₃ zueinander unterschiedlich ausgebildet sind. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der drei Spiegelflächen 5, 6, 7 in Richtung einer Rotationsachse z, was vorliegend einer z-Richtung also einer Fahrzeughochrichtung entspricht, betrachtet eine Verkippung gegenüber der Rotationsachse z aufweist. Vorliegend ist insbesondere gezeigt, dass die gesamte Strahlablenkeinrichtung 4 verkippt ist. Alternativ kann, wie bereits erwähnt, jeweils eine Spiegelfläche 5, 6, 7 gegenüber der z-Achse verkippt sein.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass die Laservorrichtung 2 in Richtung der Rotationsachse z betrachtet zumindest zwei übereinander angeordnete Strahlablenkeinrichtungen 4, 13 aufweist, wobei dies durch eine weitere Strahlablenkeinrichtung 13 vorliegend dargestellt ist. Es können auch mehr als zwei Strahlablenkeinrichtungen 4, 13 übereinander angeordnet sein. Insbesondere sind die zwei Strahlablenkeinrichtungen im Wesentlichen übereinander angeordnet, was bedeutet, dass diese Beispielsweise in z-Richtung betrachtet dennoch einen Verkippung in z-Richtung aufweisen können. Insbesondere können die Strahlablenkeinrichtungen 4, 13 dann unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise eine unterschiedliche Anzahl an Spiegelflächen 5, 6, 7 sowie unterschiedliche Krümmungen K₁, K₂, K₃ aufweisen. Insbesondere kann dann vorgesehen sein, dass die Laservorrichtung 2 auch zumindest zwei Lasereinrichtungen 10 aufweisen kann, welche zum Erzeugen eines jeweiligen Laserstrahls 8, 9 ausgebildet sind, wobei eine erste der zumindest zwei Laserstrahlen 8, 9 in einem ersten Einfallswinkel Φ auf die zumindest eine Strahlablenkeinrichtung 4, 13 auftrifft und ein zweiter Laserstrahl der zumindest zwei Laserstrahlen 8, 9 in einem zum ersten Einfallswinkel Φ unterschiedlichen zweiten Einfallswinkel Φ auf die zumindest eine Strahlablenkeinrichtung 4, 13 auftrifft.
• Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Strahlablenkeinrichtung 4, 13eine Motoreinrichtung 14 zum Rotieren des Rotationselements 4 aufweist, wobei eine elektronische Recheneinrichtung 15 der Motoreinrichtung 14 dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer geometrischen Ausgestaltungsform des Rotationselements 3 und/oder in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Abtastbereich in der Umgebung 11 des Kraftfahrzeugs 1 und/oder in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Abtastrate die Rotation des Rotationselements 3 steuert.
• Insbesondere zeigt somit die 2, dass beispielsweise die Laserstrahlen 8 ,9 der Laservorrichtung 2 gebündelt auf den Polygonreflektor, insbesondere der Strahlablenkeinrichtung 4, gerichtet sind. Die Strahlablenkeinrichtung 4 besitzt gekrümmte Seiten 5, 6, 7. Aus der Seitenkrümmung lässt sich der zeitliche und räumliche Verlauf der Scantrajektorie berechnen und damit steuern beziehungsweise an eine jeweilige Anwendung anpassen. Weist die Strahlablenkeinrichtung 4 eine Seitenkrümmung auf, die durch eine Parabel beschrieben ist, ist die Scangeschwindigkeit konstant, aber der Scanbereich vergrößert oder verkleinert sich. Die Drehgeschwindigkeit und die Anzahl der Spiegelflächen 5, 6, 7 ist dabei konstant. Weist die Strahlablenkeinrichtung 4 eine Krümmung K₁, K₂, K₃ auf, die durch ein Polynom einer höheren Ordnung beschrieben werden kann, zum Beispiel vierter Ordnung, so lässt sich die Scangeschwindigkeit über dem Scanbereich kontrolliert verändern, wobei beispielsweise eine geringe Geschwindigkeit eine hohe Auflösung beispielsweise in der Mitte in Fahrzeuglängsrichtung, also in x-Richtung betrachtet, gibt und eine hohe Scangeschwindigkeit in einer geringeren Auflösung am Rand.
• Insbesondere ist somit der Einsatz von einem Polygonspiegel mit gekrümmten Seiten vorgeschlagen, um die Breite des Scanbereichs und die lokale Scangeschwindigkeit an die Einsatzanforderungen anzupassen. Es sind dabei mehrere Spiegelflächen 5, 6, 7 mit unterschiedlichen Krümmungen K₁, K₂, K₃ ausgebildet. Es können dabei mehrere Strahlablenkeinrichtungen 4, 13 übereinander angeordnet werden. Ferner können auch mehrere Lasereinrichtungen 10 mit einem Versatz der optischen Achsen erweitert werden, um eine höhere Systemflexibilität realisieren zu können.
• Insbesondere ermöglicht somit die Erfindung eine Systemkosteneinsparung durch gezielte Abtastung wichtiger Raumbereiche, wodurch keine übermäßige Abtastung der weniger interessanten Bereiche realisiert werden kann. Ferner sind weitere Freiheitsgrade des Systemdesigns realisiert, wodurch mehr Optimierungsmöglichkeiten zum gleichen Ergebnis führen können, was insbesondere den Abtastbereich, die Anzahl der Spiegelflächen 5, 6, 7 sowie die Scangeschwindigkeit betrifft. Es kann somit eine breitere Auswahl der Zukaufkomponenten, insbesondere bezüglich der Lasereinrichtung 10 sowie der elektronischen Recheneinrichtung 15 realisiert werden. Des Weiteren kann eine Bauraumeinsparung realisiert werden.
• 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Strahlablenkeinrichtung, wobei hierbei die geometrischen Berechnungen beziehungsweise Grundlagen gezeigt sind. Insbesondere fällt vorliegend auf die zweite Spiegelfläche 6 der eintreffende Laserstrahl 8 auf und wird an der mit einer zweiten Krümmung K₂ gekrümmten zweiten Spiegelfläche 6 in die Umgebung 11 abgelenkt. Es ist hierbei ein Einfallslot 16 sowie eine erste Tangente T₁ an der zweiten Spiegelfläche 6 sowie eine zweite Tangente T₂ an der zweiten Spiegelfläche 6 gezeigt, wobei die Tangenten insbesondere an dem Auftreffpunkt des auftreffenden Laserstrahls 8 auf die zweite Spiegelfläche 6 ausgebildet ist. Hierbei ergibt sich zwischen der ersten Tangente T₁ und der zweiten Tangente T₂ ein Winkelunterschied Σ zwischen der gekrümmten und einer geraden Polygonseite gezeigt. Ferner sind die Einfallswinkel Φ beziehungsweise die Rotationswinkel Φ bezüglich der Symmetrieachse der Polygonseite gezeigt.
• Auf Basis dessen kann beispielsweise die Scangeschwindigkeit des Laserstrahls 8, 9 als Funktion der Reflektorseitenkrümmung bestimmt werden. Beispielsweise wenn die zweite Ableitung der Reflektorkrümmung null ist, ist die Scangeschwindigkeit konstant. Eine parabolische Krümmung K₁, K₂, K₃ bedeutet, dass die gleiche Scangeschwindigkeit, wie bei geraden Seiten ist. Die Breite des gescannten Bereichs kann durch die Parabelform angepasst werden: $$\phi \left(x\right)=2\frac{x}{r}+2ƒ\text{'}\left(x\right);$$

  

  $$\phi \text{'}\left(x\right)=2\frac{1}{r}+2ƒ\text{'}\text{'}\left(x\right)$$

  
• Mit φ, was dem Ablenkwinkel des Laserstrahls 8, 9 entspricht, mit φ, was der Ablenkwinkeländerung (Scangeschwindigkeit) des Laserstrahls 8, 9 entspricht, mit r, was dem Radius des Polygonspiegels entspricht, und mit f, was dem Verlauf der Seitenkrümmung, beschrieben durch eine Funktion im lokalen Koordinatensystem, beschreibt.
• Bezugszeichenliste

1

Kraftfahrzeug

2

Laservorrichtung

3

Rotationselement

4

Strahlablenkeinrichtung

5

erste Spiegelfläche

6

zweite Spiegelfläche

7

dritte Spiegelfläche

8

auftreffender Laserstrahl

9

reflektierter Laserstrahl

10

Lasereinrichtung

11

Umgebung

12

Primäroptik

13

weitere Strahlablenkeinrichtung

14

Motoreinrichtung

15

elektronische Recheneinrichtung

16

Einfallslot

17

Rotationsebene

z

Rotationsachse

K1

erste Krümmung

K2

zweite Krümmung

K3

dritte Krümmung

T1

erste Tangente

T2

zweite Tangente

Φ

Einfallswinkel

Σ

Winkel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 20200284883 A1 [0003]
• US 20100253599 A1 [0004]
• US 20190107607 A1 [0005]

Claims (10)

1. Strahlablenkeinrichtung (4) für eine Laservorrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs (1), mit zumindest einem rotierenden Rotationselement (3), welches in einer Rotationsebene (17) des Rotationselements (3) betrachtet zumindest drei Spiegelflächen (5, 6, 7) aufweist, wobei eine jeweilige Spiegelfläche (5, 6, 7) zum Reflektieren eines auf die jeweilige Spiegelfläche (5, 6, 7) auftreffenden Laserstrahls (8) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der zumindest drei Spiegelflächen (5, 6, 7) in der Rotationsebene (17) betrachtet eine Krümmung (K₁, K₂, K₃) aufweist.
2. Strahlablenkeinrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest drei Spiegelflächen (5, 6, 7) eine jeweilige Krümmung (K₁, K₂, K₃) aufweisen, wobei die jeweiligen Krümmungen (K₁, K₂, K₃) zueinander unterschiedlich ausgebildet sind.
3. Strahlablenkeinrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest drei Spiegelflächen (5, 6, 7) eine jeweilige Krümmung (K₁, K₂, K₃) aufweisen, wobei die jeweiligen Krümmungen (K₁, K₂, K₃) gleich ausgebildet sind.
4. Strahlablenkeinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung (K₁, K₂, K₃) eine parabelförmige Krümmung (K₁, K₂, K₃) ist.
5. Strahlablenkeinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung (K₁, K₂, K₃) eine Kurve vierter Ordnung beschreibt.
6. Strahlablenkeinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der drei Spiegelflächen (5, 6, 7) in Richtung einer Rotationsachse (z) des Rotationselements (3) betrachtet eine Verkippung gegenüber der Rotationsachse (z) aufweist.
7. Strahlablenkeinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkeinrichtung (4) eine Motoreinrichtung (14) zum Rotieren des Rotationselements (3) aufweist, wobei eine elektronische Recheneinrichtung (15) der Motoreinrichtung (14) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer geometrischen Ausgestaltungsform des Rotationselements (3) und/oder in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Abtastbereich in einer Umgebung (11) des Kraftfahrzeugs (1) und/oder in Abhängigkeit von einer vorgegebene Abtastrate die Rotation des Rotationselements (3) zu steuern.
8. Laservorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit zumindest einer Strahlablenkeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Laservorrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung (2) in Richtung einer Rotationsachse (z) betrachtet zumindest zwei im Wesentlichen übereinander angeordnete Strahlablenkeinrichtungen (4, 13) aufweist.
10. Laservorrichtung (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung (2) zumindest zwei Lasereinrichtungen (10) aufweist, welche zum Erzeugen eines jeweiligen Laserstrahls (8, 9) ausgebildet sind, wobei ein erster der zumindest zwei Laserstrahlen (8, 9) in einem ersten Einfallswinkel (Φ) auf die zumindest eine Strahlablenkeinrichtung (4) auftrifft und ein zweiter der zumindest zwei Laserstrahlen (8, 9) in einem zum ersten Einfallswinkel (Φ) unterschiedlichen zweiten Einfallswinkel (Φ) auf die zumindest eine Strahlablenkeinrichtung (4) auftrifft.

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