EP3658948A1 - Sendevorrichtung für ein abtastendes optisches detektionssystem eines fahrzeugs, detektionssystem, fahrerassistenzsystem und verfahren zum optischen abtasten eines überwachungsbereichs - Google Patents

Sendevorrichtung für ein abtastendes optisches detektionssystem eines fahrzeugs, detektionssystem, fahrerassistenzsystem und verfahren zum optischen abtasten eines überwachungsbereichs

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Publication number
EP3658948A1
EP3658948A1 EP18745582.9A EP18745582A EP3658948A1 EP 3658948 A1 EP3658948 A1 EP 3658948A1 EP 18745582 A EP18745582 A EP 18745582A EP 3658948 A1 EP3658948 A1 EP 3658948A1
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EP
European Patent Office
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signal
transmission
diffraction unit
transmission signal
beam directions
Prior art date
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Pending
Application number
EP18745582.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd BERTSCHINGER
Daniel STRICKER-SHAVER
Jan Simon
Thomas Schuler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of EP3658948A1 publication Critical patent/EP3658948A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith

Definitions

  • the invention relates to a transmitting device for a scanning optical detection system of a vehicle for monitoring at least one monitoring area on objects, with at least one light source for generating at least one optical transmission signal and at least one diffractive unit diffractively acting on the at least one transmission signal for controlling at least one beam direction of the at least a transmission signal.
  • the invention relates to a scanning optical detection system of a vehicle for monitoring a surveillance area on objects, comprising
  • At least one transmitting device having at least one light source for generating at least one optical transmission signal and at least one diffraction unit diffractively acting on the at least one transmission signal for controlling at least one beam direction of the at least one transmission signal,
  • At least one receiving device for receiving at least one optical received signal resulting from at least one transmitted signal which is reflected at an object
  • control and / or evaluation device for controlling the at least one transmitting device and / or the at least one receiving device and / or for evaluating received signals received by the at least one receiving device.
  • the invention relates to a driver assistance system of a vehicle
  • At least one scanning optical detection system for monitoring a surveillance area on objects which has at least one detection system
  • At least one transmitting device having at least one light source for generating at least one optical transmission signal and at least one diffraction unit diffractively acting on the at least one transmission signal for controlling at least one beam direction of the at least one transmission signal, at least one receiving device for receiving at least one optical received signal resulting from at least one transmitted signal which is reflected at an object,
  • control and / or evaluation device for controlling the at least one transmitting device and / or the at least one receiving device and / or for evaluating received signals received by the at least one receiving device
  • driver assistance system has at least one control and / or evaluation device for processing object information detected by the at least one detection system.
  • the invention further relates to a method for optically scanning a surveillance area for objects with a detection system of a vehicle, in which at least one optical transmission signal is generated and diffracted to control at least one beam direction of the at least one transmission signal with at least one diffractive diffraction unit.
  • US 20160161600 A1 discloses a LIDAR-based system and a method which are used for beam shaping and control of laser beams using an optical phased array (OPA) photonic integrated circuit (PIC) and the detection of laser beams using done by photodetectors.
  • OPA optical phased array
  • PIC photonic integrated circuit
  • the invention has for its object to design a transmitting device, a detection system, a driver assistance system and a method of the type mentioned, in which the transmission energy of the at least one light source can be used more efficiently and an opening angle of a field of view of the detection system can be increased overall.
  • the object is achieved in the transmission device characterized in that at least one diffraction unit is arranged in at least two different signal paths of a transmission signal or different transmission signals, said transmission unit being adjustable for setting the beam directions belonging to the respective signal paths,
  • At least one beam alignment device is arranged for aligning the set beam directions in the at least one monitoring area
  • one or more transmission signals are diffracted with at least two different signal paths with at least one diffractive diffraction unit in order to set their respective beam direction.
  • separate diffraction units can be arranged in at least two of the signal paths. In this way, the beam directions in the signal paths can be set independently.
  • a separate diffraction unit can be arranged in each of the signal paths.
  • the at least one beam alignment device it is achieved that the transmission signals diffracted by the at least one diffraction unit are respectively radiated into the surveillance area.
  • the at least one angular offset between the set beam directions ensures that the respective set beam directions are inclined to each other. In this way, a corresponding larger opening angle can be covered.
  • a transmission signal diffracted at a diffraction unit propagates in a main lobe and at least one sidelobe.
  • the transmission energy of the transmission signal is divided between the main lobe and the sidelobes, wherein the greater part of the transmission energy usually falls on the main lobe.
  • suitable arrangements can be provided in the signal paths in front of the at least one beam alignment device in order to predetermine the at least one angular offset.
  • the at least one angular offset between the set beam directions can be predetermined with the at least one beam alignment device.
  • the detection system can operate according to a light transit time method.
  • Optical pulse detection time-of-flight optical detection systems may be configured and referred to as time-of-flight (TOF), light-detection-and-ranging (LiDAR), laser-detection-and-ranging (LaDAR) systems, or the like become.
  • TOF time-of-flight
  • LiDAR light-detection-and-ranging
  • LaDAR laser-detection-and-ranging
  • the detection system may be a scanning system.
  • a monitoring area can be scanned, ie scanned, with transmission signals.
  • the corresponding transmission signals in particular transmission beams, can be swiveled with respect to their propagation direction over the monitoring area by means of at least one diffraction unit.
  • the detection system can be a laser-based measuring system, in particular a distance measuring system.
  • the laser-based distance measuring system can have as light source at least one laser, in particular a diode laser.
  • pulsed transmission beams can be transmitted as transmission signals with the at least one laser.
  • a laser coherent light can be generated with high energy density.
  • the laser transmission signals can be emitted in visible or invisible to the human eye frequency ranges.
  • a receiving device may have a detector designed for the frequency of the emitted light, in particular an angle-resolving detector.
  • the laser-based measuring system can advantageously be a laser scanner. With a laser scanner, a surveillance area can be scanned with in particular pulsed laser beams.
  • the invention is used in a vehicle, in particular a motor vehicle.
  • the invention can be used in a land vehicle, in particular a passenger car, truck, a bus, a motorcycle or the like, an aircraft and / or a watercraft.
  • the invention can also be used in autonomous or at least partially autonomous vehicles.
  • the detection system may advantageously be connected to or part of at least one electronic control device of the vehicle, in particular a driver assistance system and / or a chassis control and / or a driver information device and / or a parking aid.
  • a driver assistance system and / or a chassis control and / or a driver information device and / or a parking aid.
  • the object data detected by the detection system in particular the distance, orientation and / or relative speed of an object relative to the vehicle, transmitted to the control device and for influencing driving functions, in particular the speed, a brake function, a steering function and / or an output a warning and / or warning signal in particular for the driver to be used.
  • an angular offset between at least two set beam directions of a half-width can correspond to at least one of the diffracted transmission signals.
  • a dense array of diffracted transmission signals can be generated. This allows a more efficient sampling of the monitored area.
  • the transmission energies of the main lobes and / or the side lobes of the at least two beam directions add up.
  • an angular offset between at least two set beam directions may be predetermined such that respective envelopes of the diffracted transmission signals overlap.
  • an angular offset can be predetermined depending on a wavelength of the light generating the transmission signals.
  • an angular offset between two set beam directions between about 15 ° and 25 °, in particular about 22 °, amount.
  • overall a total opening angle of the field of view of the transmitting device and thus of the detection system can be increased.
  • a total opening angle of 66 ° and more and with six diffraction units a total opening angle of 132 ° and more, in particular 154 °, can be achieved.
  • a single opening angle, within which a beam direction can be adjusted, in particular pivoted, can be in the respective signal path behind at least one diffraction unit approximately between 15 ° and 25 °, in particular 22 °.
  • an angular offset between two set beam directions can be approximately of the order of magnitude which corresponds to an aperture angle for at least one of the beam directions. In this way, a better overlap of the diffracted transmission signals can take place.
  • At least one angular offset can be realized by means of a spatial arrangement of at least one diffraction unit and / or at least one light source.
  • a corresponding spatial arrangement of the components involved can be easily mounted and / or adjusted.
  • At least two mutually inclined light sources can be provided, with which transmission signals can be emitted whose respective beam directions are inclined at an angle offset to each other. This way you can the angular offset in the radiation path in front of the at least one diffraction unit can be realized.
  • At least two diffraction units can be provided with which at least two jet directions inclined at an angle to each other can be adjusted.
  • At least one beam alignment device can comprise or consist of at least one polarized beam splitter and / or at least one prism arrangement.
  • a polarizing beam splitter With a polarizing beam splitter, set beam directions coming from different directions can be aligned by respectively linearly polarized transmission signals into the surveillance area.
  • the at least one beam alignment device may have at least one different type of component, in particular a prism arrangement or the like. With a prism arrangement set beam directions can be aligned.
  • At least one prism arrangement can have different prism sections, with each of which a set beam direction can be aligned.
  • the prism sections can be designed to align the beam directions taking into account the angular offset.
  • At least one diffraction unit can have or consist of an optical phased array.
  • OPA optical phased array
  • the phase of light waves can be controlled, which is transmitted through a two-dimensional surface of adjustable surface elements or reflected at this.
  • the light can be diffracted to adjust a beam direction of transmission signals that have the form of light waves.
  • the diffraction by means of an OPA can be done with lower energy losses than a reflection on a known particular micromechanical mirror.
  • the control of the beam direction with an OPA can be based on the Huygens Fresnel principle.
  • an arbitrary waveform is generated by superposing a number of spherical secondary waves. With an OPA such secondary waves can be generated and controlled. In this case, an amplitude and / or a phase of the spherical secondary waves can be modified.
  • At least one diffraction unit can be designed and / or arranged to be reflective, transmissive or emitting with respect to the at least one transmission signal.
  • a reflective arrangement lower energy losses than in a transmissive embodiment can be realized.
  • a reflective arrangement can also be realized more compactly.
  • At least one transmission signal striking at least one diffraction unit can be circularly polarized. In this way, in particular when using an OPA as a diffraction unit, a diffraction efficiency can be improved.
  • At least one diffracted transmission signal striking at least one beam-alignment device can be linearly polarized.
  • the diffracted transmission signal in particular when using a polarizing beam splitter as a beam-alignment device, can be aligned in a more targeted manner while maintaining or generating an angular offset in the monitoring area.
  • the at least one diffracted transmission signal or the different diffracted transmission signals which strike at least one beam alignment device on the at least two signal paths can be obliquely, in particular perpendicular, linearly polarized relative to one another.
  • diffracted transmission signals coming from different directions onto the at least one beam alignment unit can experience different deflection to the respective alignment into the monitoring area.
  • one of the diffracted transmission signals can be guided in a straight path through the at least one beam alignment device and transmitted to the surveillance area.
  • the corresponding other transmission signal can come from another direction with the at least one beam alignment device deflected accordingly and also be aligned in the surveillance area.
  • the diffracted transmission signals in the radiation path behind the at least one beam alignment device can thus be distinguished or achieve different effects.
  • the corresponding transmit signals can also be received as differently polarized receive signals and processed accordingly.
  • At least one component which changes a polarization of the corresponding transmission signal in particular a ⁇ / 4 plate, can be arranged.
  • the corresponding polarization-changing component With the corresponding polarization-changing component, the polarization type and / or the polarization directions of the transmission signal can be changed.
  • a linear polarization of a transmission signal can be converted into a circular polarization.
  • the transmission signals having a circular polarization can achieve a better diffraction efficiency with the at least one diffraction unit.
  • the circular polarization of the diffracted transmission signal can be converted into a linear polarization.
  • the transmission signal behind the polarization-changing component in particular a polarizing beam splitter can be supplied and directed accordingly.
  • a generated with a light source linearly polarized transmission signal can be deflected via a polarizing beam splitter according to its polarization direction and sent after conversion with the polarization-changing device to the at least one diffraction unit.
  • the circularly polarized diffracted transmission signal with the polarization-changing component can be transformed into a linearly polarized diffracted transmission signal with an oblique, in particular vertical, linear polarization direction oblique to the original linear polarization direction. be formed.
  • the linearly polarized diffracted transmission signal can thus be conducted in a different way through the polarizing beam splitter as the linearly polarized transmission signal originally coming from the light source.
  • At least one polarization-changing component can be realized as a retardation plate, in particular ⁇ / 4 plates. In this way, the polarization of transmission signals can be changed by simple means.
  • At least one polarization-changing component, at least one optical lens and / or at least one beam-deflecting component, in particular a prism, can be combined in a single, in particular optical element. In this way, a material and / or assembly costs can be reduced.
  • At least one light source, at least one polarizing beam splitter, at least one polarization-altering component and at least one diffraction unit can be designed as a module.
  • Several such modules can be combined with each other.
  • at least one diffracted transmission signal can be output, the beam direction of which can be changed, in particular pivoted, by means of the respective at least one diffraction unit.
  • the set beam directions of the transmission signals of the two modules can be aligned with the at least one beam alignment device in the monitoring area.
  • At least one polarizing beam splitter can be arranged in a respective signal path between the at least one light source and the at least one diffraction unit. In this way, at least one linearly polarized transmission signal coming from the light source can be conducted via the polarized beam splitter to the at least one diffraction unit. The transmission signal diffracted by the at least one diffraction unit can be conducted with the at least one polarizing beam splitter in another way into the surveillance area.
  • At least one signal path before and / or behind at least one diffraction unit and optionally before and / or at least one beam-deflecting component, in particular at least one prism, can be arranged behind at least one polarization-changing component.
  • a beam direction of a transmission signal coming from the light source can be aligned with the at least one diffraction unit.
  • At least one set beam direction of a diffracted transmission signal can be aligned, in particular in the surveillance area.
  • the beam deflecting device may be arranged with respect to a reflective diffraction unit both in the signal path of the incoming transmission signal and the diffracted transmission signal. In this way, with the beam-deflecting component, the at least one incoming transmission signal can be aligned with the at least one diffraction unit and the transmission signal, which is diffracted by the at least one diffraction unit, can be aligned in particular into the monitoring area.
  • At least one optical lens can be arranged in at least one signal path in front of and / or behind at least one diffraction unit.
  • the transmission signal can be focused on an active surface of the diffraction unit. Accordingly, with an optical lens behind the at least one diffraction unit, the transmission signal can be correspondingly shaped.
  • the at least one optical lens may be arranged with respect to a reflective diffraction unit both in the signal path of the upcoming transmission signal and the diffracted transmission signal. In this way, with the at least one optical lens, the at least one incoming transmission signal can be focused on the at least one diffraction unit and the transmission signal diffracted by the at least one diffraction unit can be correspondingly adapted.
  • the technical problem is solved according to the invention in the detection system in that at least one diffraction unit is arranged in at least two different signal paths of a transmission signal or different transmission signals, said transmission unit being adjustable for setting the beam directions belonging to the respective signal paths,
  • At least one beam alignment device is arranged for aligning the set beam directions in the at least one monitoring area
  • At least one diffraction unit is arranged in at least two different signal paths of a transmission signal or different transmission signals, said transmission unit being adjustable for setting the beam directions belonging to the respective signal paths,
  • At least one beam alignment device is arranged for aligning the set beam directions in the at least one monitoring area
  • a transmission signal or different transmission signals are transmitted in at least two different signal paths to at least one diffraction unit
  • At least one angular offset is generated before or after the at least one diffraction unit between the set beam directions.
  • at least one angular offset between the at least two beam directions can be predetermined so that respective envelopes of the diffracted transmission signals overlap. In this way, an opening angle of the total field of view of the monitoring system for monitoring the surveillance area can be increased.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle with a driver assistance system and a scanning optical detection system for monitoring a monitoring area in the direction of travel in front of the motor vehicle;
  • FIG. 2 shows the motor vehicle and the monitoring area from FIG. 1 in FIG.
  • FIG. 3 shows a functional representation of the motor vehicle with the driver assistance system and the detection system from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a transmitting device of the detection system from FIGS. 1 to 3 according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows an amplitude-angle diagram of a transmission signal laser beam generated by a module of the transmission device from FIG. 4;
  • Figure 6 is an amplitude-angle diagram of two superimposed transmit-signal laser beams generated by two modules of the transmitter of Figure 4;
  • FIG. 7 shows amplitude-angle diagrams of the individual transmitted-signal laser beams and of the resulting transmitted-signal laser beam from FIG. 6;
  • Figure 9 shows the transmitting device of Figure 8 in plan view
  • FIG. 10 shows the transmitting device from FIGS. 8 and 9 in cross section
  • Figure 1 1 is a detailed view of a prism arrangement of the transmitting device from the
  • FIGS. 8 to 10 are identical to FIGS. 8 to 10;
  • Figure 12 is an amplitude-angle diagram of three superimposed transmit-signal laser beams generated by the transmitter of Figure 4;
  • FIG. 13 shows amplitude-angle diagrams of the individual transmitted-signal laser beams and of the resulting transmitted-signal laser beam from FIG. 12;
  • FIG. 14 shows a transmission device according to a third exemplary embodiment, which is similar to the transmission devices from FIGS. 4 and 8 to 10 and which can be used for the detection system from FIGS. 1 to 3;
  • FIG. 15 shows an amplitude-angle diagram of six superposed transmit-signal laser beams which are generated by two modules of the transmission device from FIG.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 10 in the form of a passenger car in front view.
  • FIG. 2 shows the motor vehicle 10 in plan view.
  • the motor vehicle 10 has a scanning optical detection system 12 by way of example in the form of a laser scanner.
  • the detection system 12 is arranged by way of example in the front bumper of the motor vehicle 10.
  • the detection system 12 With the detection system 12, a For example, in the figures 2 and 3 indicated monitoring area 14 in the direction of travel 16 in front of the motor vehicle 10 are monitored for objects 18 out.
  • the detection system 12 can also be arranged elsewhere on the motor vehicle 10 and aligned differently.
  • the objects 18 may, for example, be other vehicles, persons, obstacles, road bumps, for example potholes or stones, roadway boundaries or the like.
  • an object 18 is indicated by way of example as a checkered rectangle.
  • FIG. 3 is otherwise merely a functional diagram of some components of the motor vehicle 10 and of the detection system 12, which does not serve the spatial orientation.
  • the detection system 12 operates according to a light pulse transit time method. With the detection system 12, for example, a distance, a direction and a speed of the object 18 relative to the motor vehicle 10 can be determined.
  • the detection system 12 is part of or may be connected to a driver assistance system 20.
  • a driver of the motor vehicle 10 can be supported.
  • the motor vehicle 10 can at least partially drive or park autonomously with the aid of the driver assistance system 20.
  • driving functions of the motor vehicle 10 for example a motor control, a brake function or a steering function can be influenced or instructions or warning signals can be output.
  • the driver assistance system 20 is connected to functional devices 22 in a regulating and / or controlling manner. In FIG. 3, two functional devices 22 are shown by way of example.
  • the functional devices 22 may be, for example, an engine control system, a brake system, a steering system, a chassis control or a signal output system.
  • the driver assistance system 20 has an electronic control device 24 with which corresponding electronic control and regulating signals can be transmitted to the functional devices 22 and / or received and processed by them.
  • the detection system 12 comprises a transmitting device 26, a receiving device 28 and an electronic control and evaluation device 30.
  • the transmitting device 26 pulsed optical transmission signals 32 in the monitoring area 14th be sent.
  • the transmit signals 32 are reflected at the object 18 and sent back to the detection system 12 as correspondingly pulsed optical receive signals 34. From the time of light, ie from the time between the transmission of the transmission signal 32 and the reception of the corresponding reception signal 34, the distance of the object 16 is determined with the electronic control and evaluation device 30.
  • the control and evaluation device 30 is signal technically connected to the control device 24. With the control device 24, depending on object information of the detection system 12, driving functions of the motor vehicle 10 can be controlled / regulated. For the invention, it is not essential whether electrical control and / or evaluation devices, such as the control device 24, the control and evaluation device 30, an engine control unit of the motor vehicle 10 or the like, integrated in one or more components or groups of components or at least partially decentralized components or component groups are realized.
  • the transmitting device 26 is shown schematically according to a first embodiment.
  • FIGS. 1, 2 and 4 respective coordinate axes of a Cartesian x-y-z coordinate system are shown.
  • the transmitting device 26 comprises two modules 36a and 36b and a beam-alignment device 38 in the form of a polarizing beam splitter.
  • a correspondingly first transmission signal 32a is transmitted.
  • a corresponding second transmission signal 32b is emitted.
  • the transmission signals 32a and 32b are matched to one another and thus form in total the transmission signal 32 emitted by the transmission device 26.
  • the first module 36a comprises a light source 40a in the form of a laser. With the light source 40a transmission signals 32a are emitted.
  • a signal path 41a of the transmission signals 32a includes a polarizing beam splitter 42b, a prism arrangement 44a, a polarization-changing component in the form of a ⁇ / 4 plate 46a, an optical lens 48a and a diffractive diffraction unit, for example in the form of an optical phased array (OPA) 50a arranged.
  • OPA optical phased array
  • a signal path 41 b the transmission signals 32b of a laser light source 40b of the second module 36b, a polarizing beam splitter 42b, a prism assembly 44b, a ⁇ / 4 plate 46b, an optical lens 48b, and an OPA 50b.
  • the signal paths 41 a and 41 b are the paths taking the respective transmission signals 32 a and 32 b from the respective light sources 40 a and 40 b to the monitoring area 14.
  • the first module 36a will first be described in more detail below.
  • the laser 40a is located, for example, above a pivoting plane 52.
  • the transmission signal 32a emitted by the laser 40a in the form of a laser beam is changed in a pivoting direction 56 by changing its beam direction 66a, as indicated in FIG pivoted to optically scan the monitoring area 14 back and forth.
  • the pivot plane 52 runs by way of example horizontally, parallel to the x-y plane.
  • In the pivot plane 52 extends an imaginary main axis 74 of the transmitting device 26.
  • the main axis 74 extends parallel to the x-axis.
  • the light source 40a is oriented such that the pulsed, linearly polarized laser beam produced by it is directed, for example, perpendicular to the pivoting plane 52 with a beam direction 58a.
  • the polarization direction 60a of the transmission signal 32a is initially oriented horizontally by way of example.
  • the horizontal polarization direction 60a is indicated in FIG. 4 by a double arrow.
  • the horizontal polarization direction 60 a is aligned, for example, parallel to the main axis 74 of the transmission device 26.
  • the transmission signal 32a with the beam direction 58a strikes an input side of the beam splitter 42a and, because of its horizontal polarization direction 60a, is deflected by 90 ° away from the monitoring region 14.
  • the prism arrangement 44a, the ⁇ / 4 plate 46a and the OPA 50a are arranged in succession.
  • the deflected transmit signal 32a with the beam direction 62a passes through the prism array 44a and passes through the ⁇ / 4 plate 46a. With the ⁇ / 4 plate 46a, the horizontal polarization direction 60a is converted into an exemplary right-hand circular polarization direction 60a. Transformation direction 64a transformed, which is indicated in the figure 4 by a corresponding circular curved arrow. The transmission signal 32a with the right circular polarization direction 64a is focused with the lens 48a on the OPA 50a.
  • the OPA 50a is exemplarily operated in reflection. As is known, by means of the OPA 50a, by controlling the phase of the transmission signal 32a in the form of a light wave, a beam direction 54a of the transmission signal 32a diffracted by the OPA 50a can be adjusted. By appropriately driving the OPA 50a, the transmission signal 32a is swiveled back and forth with the set beam direction 66a in the pivot plane 52.
  • the reflected transmission signal 32a is sent back to the lens 48a with the correspondingly adjusted beam direction 66a.
  • the beam direction 66a is referred to as "set beam direction 66a.”
  • the polarization direction is reversed so that the transmission signal 32a having the set beam direction 66a has a left circular polarization direction 68a in the figure 4 indicated by a corresponding circularly curved arrow.
  • the transmission signal 32a with the set beam direction 66a passes through the lens 48a to the ⁇ / 4 plate 46a.
  • the left circular polarization direction 68a of the transmission signal 32a is converted into a vertical linear polarization direction 70a.
  • the vertical polarization direction 70a is oriented perpendicular to the horizontal polarization direction 60a, parallel to the z-axis.
  • the transmission signal 32a with the set beam direction 66a and the vertical polarization direction 70a passes to the polarizing beam splitter 42a.
  • the polarizing beam splitter 42a is straight-through from the corresponding exemplary first input side for the transmission signal 32a with the set beam direction 66a and the vertical polarization direction 70a.
  • the transmission signal 32a with the set beam direction 66a and the vertical polarization direction 70a leaves the first module 36a and reaches the beam alignment device 38 in the form of another polarizing beam splitter.
  • the jet exhaust Direction device 38 is arranged in the signal path 41 a of the transmission signal 32 a of the first module 36 a. With the beam alignment device 38, the transmission signal 32a is aligned with the set beam direction 66a and the vertical polarization direction 70a in a straight path in the monitoring area 14.
  • FIG. 5 shows a schematic amplitude-angle diagram of an adjusted transmission signal 32a, which is diffracted by way of example on the OPA 50a.
  • the incoming transmit signal 32a is diffracted with the beam direction 58a of adjustable diffraction elements such that a portion of the transmit energy of the transmit signal 32a in a main lobe 72H and a portion of the energy of the transmit signal 32a in sidelobes 72N is transmitted into the monitor area 14.
  • the main lobe 72H and the sidelobes 72N are surrounded by an envelope 76a.
  • the modules 36a and 36b are identical in their construction and operation.
  • the second module 36b is pivoted 90 ° down from the light source 40a with respect to the first module 36a with respect to the beam pointing device 38.
  • the linear polarization direction 70b of the transmission signal 32b emerging from the second light source 40b is aligned with the beam direction 58b perpendicular to the horizontal polarization direction 60a of the corresponding transmission signal 32a with the beam direction 58a of the first light source 40a, ie vertically.
  • the polarization direction 60b of the diffracted transmission signal 32b with the set beam direction 66b of the second module 36b perpendicular to the vertical polarization direction 70a of the diffracted transmission signal 32a is aligned with the set beam directions 66a of the first module 36a, ie horizontally.
  • the beam alignment device 38 is arranged in the signal path 41b of the transmission signals 32b of the second module 36b.
  • the diffracted transmission signal 32b with the set signal direction 66b of the second module 36b is directed to the second input side of the beam alignment device 38a and with this polarization dependent while maintaining the horizontal polarization direction 60b by 90 ° from the first module 36a away in the pivot plane 52 and so into the Monitor area 14 aligned.
  • the first module 36a, the second module 36b and the beam alignment device 38 are arranged such that a set beam direction 66a of the diffracted transmission signal 32a of the first module 36a and a set beam direction 66b of the diffracted transmission signal 32b of the second module 36b have an angular offset as indicated in FIG 78 in the pivot plane 52 have.
  • the angular offset 78 is selected to overlap the main lobes 72H of the diffracted transmit signal 32a and the main lobe 72H of the diffracted transmit signal 32b, thus adding the transmit energies accordingly.
  • the angular offset 78 corresponds to a half width of the envelope 76a of the diffracted transmission signal 32a of the first module 36a.
  • the half width of the envelope 76a preferably corresponds to the half width of the envelope 76b of the diffracted transmit signal 32b of the second module 36b.
  • the angular offset 78 in the embodiment shown is 22 °.
  • a total opening angle 80 indicated in FIG. 2, of a total field of view of the detection system 12 in the pivoting plane 52 is further increased overall.
  • the total field of view of the detection system 12 is composed of the superposition of the individual fields of view of the modules 36a and 36b. Accordingly, the total opening angle 80 is formed from the individual opening angles 82 of the modules 36a and 36a.
  • the individual fields of view are defined by the individual aperture angles 82 within which the adjusted beam directions 66a and 66b are respectively pivoted back and forth.
  • the diffracted transmission signal 32a of the first module 36a and the diffracted transmission signal 32b of the second module 36b are different linearly polarized, the corresponding reception signals on the receiver side are distinguishable from each other.
  • the diffracted transmission signals 32a and 32b are shown in an amplitude-angle diagram by way of example in a phase of pivoting the set beam directions 66a of the first module 36a and 66b of the second module 36b.
  • the beam direction 66a of the diffracted transmission signal 32a is inclined at an angle of 11 ° with respect to the main axis 74, which is at 0 °.
  • the beam direction 66b of the diffracted transmission signal 32b is opposite by an angle of -1 1 ° the main axis 74 inclined.
  • the envelope 76a of the diffracted transmit signal 32a of the first module 36a and the envelope 76b of the diffracted transmit signal 32b of the second module 36b are surrounded by a total envelope 84 of the total transmit signal 32.
  • the modules 36a and 36b each have a single opening angle 82 of about 22 °.
  • FIG. 7 shows in the swivel phase according to FIG. 6 in an amplitude-angle diagram above the diffracted transmission signal 32a of the first module 36a, in the middle the diffracted transmission signal 32b of the second module 36b and below the overall transmission signal 32 as superimposition of the both diffracted transmission signals 32a and 32b.
  • the main lobe 72H of the diffracted transmit signal 32a and the main lobe 72H of the diffracted transmit signal 32b are transmitted into the monitor area 14 at the same angle with respect to the major axis 74, by way of example at 0 °. Due to the superposition of the diffracted transmit signals 32a and 32b, the signal energy of the total transmit signal 32 is doubled at said angle.
  • FIGS. 8 to 10 show a transmitting device 126 consisting of a module 136 for a detection system 12 according to a second exemplary embodiment. Those elements which are similar to those of the first embodiment of Figures 1 to 7, are given the same reference numerals plus 100. In contrast to the first exemplary embodiment from FIGS. 1 to 7, the module 136 has three light sources 140a, 140b and 140c and three corresponding OPAs 150a, 150b and 150c.
  • the light sources 140a, 140b and 140c are each configured as a laser.
  • the light sources 140a, 140b, and 140c are exemplified, as shown in FIG. 8, above the pivot plane 52 and the main axis 174 of the transmitter 126.
  • respective transmit signals 132a, 132b, and 132c are pulsed , horizontally linearly polarized laser beams are generated and sent in respective beam directions 158a, 158b and 158c.
  • the horizontal polarization direction 160 is aligned parallel to the main axis 174 of the transmitting device 126 and indicated in the figure 8 double arrows.
  • the light sources 140a, 140b, and 140c are arranged and aligned such that the respective beam directions 158a, 158b, and 158c are in a common plane when viewed perpendicular to the main axis 174.
  • the respectively adjacent beam directions 158a, 158b and 158c are directed at a polarization beam splitter 142 at an angular offset 178 in such a way that they intersect at a common point of intersection. Due to the corresponding spatial orientation of the light sources 140a, 140b and 140c, a total of three different signal paths 141a, 141b and 141c are realized for the corresponding transmit signals 132a, 132b and 132c.
  • the angular displacement 178 is maintained on the signal paths 141 a, 141 b, and 141 c of the transmission signals 132 a, 132 b, and 132 c from the respective light sources 140 a, 140 b, and 140 c to the monitoring area 14.
  • the angular offset 178 is for example about 22 °.
  • the angular misalignment 178 is achieved by the arrangement of the light sources 140a, 140b and 140c in the corresponding inclination by mechanical means.
  • the beam directions 158a, 158b and 158c are deflected while maintaining their angular offset 178 with the beam splitter 142 by 90 ° parallel to the main axis 174 of the monitoring area 1 14 away to a prism array 144 toward.
  • the prism assembly 144 is shown in detail in FIG.
  • the prism assembly 144 has two outer prism portions 144a and 144c and one inner prism portion 144b.
  • the plane side of the prism arrangement 144 facing away from the beam splitter 142 extends over all three prism sections 144a, 144b and 144c and extends perpendicularly to the main axis 174.
  • the outer prism sections 144a and 144c are symmetrically designed and arranged.
  • the planar sides of the outer prism sections 144a and 144c, which face the beam splitter 142, each extend perpendicular to the xy plane and at a prism angle ⁇ obliquely to the side facing away from the beam splitter 142 of the prism array 144.
  • the plane side of the inner facing the beam splitter 142 Prismaabitess 144b is parallel to the beam splitter 142 facing away from the flat side.
  • the two outer transmission signals 132a and 132c with the beam directions 158a and 158c respectively hit one of the outer prism portions 144a and 144c.
  • the central transmission signal 132b with the beam direction 158b strikes the inner prism section 144b.
  • the transmit signals 132a and 132c are respectively refracted with the beam directions 158a and 158c so that the beam directions 158a and 158c behind the prism array 144 are parallel to each other and to the corresponding OPAs 150a and 150c are directed.
  • the offset angle ⁇ corresponds to the angular offset 178
  • ni is the refractive index for air, which is approximately 1
  • n 2 is the refractive index of the prism material, by way of example 1, 5.
  • the result is a prism angle ⁇ of about 33 °.
  • the transmit signals 132a, 132b and 132c pass through the prism arrangement 144 on their respective signal paths 141a, 141b and 141c respectively a respective ⁇ / 4-plate 146, with which in a known manner the horizontal polarization direction 160 is transformed into right circular polarization directions 164.
  • the right circularly polarized transmit signals 132a, 132b and 132c are focused by a respective optical lens 148a, 148b and 148c onto the respective OPA 150a, 150b and 150c.
  • the OPAs 150a, 150b and 150c are in a common plane that extends perpendicular to the main axis 174.
  • the transmission signals 132a, 132b and 132c are controlled analogously to the first embodiment and their beam directions 158a, 158b and 158c in the pivot plane 152 and swung her.
  • the pivot plane 152 is located in FIG. 10 by way of example in the drawing plane.
  • the right circular polarization directions 164 are transformed into left circular polarization directions 168.
  • the left circular polarization directions 168 are converted into vertical linear polarization directions 170.
  • the diffracted transmission signals 132a, 132b and 132c pass through the respectively corresponding prism sections 144a, 144b and 144c and are aligned with the monitoring zone 14 while maintaining the angular offset 178.
  • the prism assembly 144 thus acts as a beam aligner for the adjusted beam directions 166a, 166b and 166c.
  • the control of the OPAs 150a, 150b, and 150c causes the controlled beam directions 166a, 166b, and 166c to respectively pivot within a respective single field of view with a respective single aperture angle 182a, 182b, and 182c.
  • the diffracted transmission signals 132a, 132b and 132c with vertical polarization direction 170 pass through the beam splitter 142 in a straight line while maintaining the angular offset 178 in the pivot plane 52.
  • Behind the beam splitter 142 arises due to the superposition of the individual fields of view of the individual diffracted transmission signals 132a, 132b and 132c a total field of view with a total opening angle 180 for the detection system 1 12, which is significantly larger than the individual fields of view with the individual opening angles 182a, 182b and 182c.
  • FIG. 12 shows an amplitude-angle diagram with the envelopes 176a, 176b and 176c of the diffracted transmission signals 132a, 132b and 132c. It can be seen from FIG. 12 that the beam directions 166a and 166b and the beam directions 166b and 166c are each offset by the angular offset 178 of 22 °, which corresponds to the half-width of the respective ligen envelopes 176a, 176b and 176c, are inclined to each other. The superimposition of the envelopes 176a to 176c of the diffracted transmit signals 132a, 132b and 132c results in a total envelope 184 for the total transmit signal 132 sent into the monitor area 14.
  • FIG. 13 shows, in corresponding amplitude-angle diagrams in an exemplary pivoting phase of the transmission device 26 above, the transmission signal 132b generated by the second light source 140b and diffracted by the second OPA 150b, in second the one generated by the first light source 140a and by the first OPA 150a diffracted transmit signal 132a, in third the generated with the third light source 140b and diffracted with the third OPA 150c transmission signal 1 32c and below the total transmission signal 132 as a superposition of the three diffracted transmission signals 132a, 132b and 132c.
  • one of the lobes 172b of the second diffracted transmit signal 132b and one of the lobes 172a of the first diffracted transmit signal 132a at the same angle with respect to the major axis 174, for example at an angle of 1 1 °, in the monitoring area 1 14th Posted.
  • the other lobe 172b of the second diffracted transmit signal 132b and one of the lobes 172c of the third diffracted transmit signal 132c are transmitted into the monitor area 14 at the same angle with respect to the main axis 174, by way of example at -1 -1 °. Due to the superimposition of the diffracted transmit signals 132a and 132b or 132b and 132c, the signal energy of the total transmit signal 132 is doubled at said angles.
  • FIG. 14 shows a transmission device 226 according to a third exemplary embodiment.
  • the transmission device 226 according to the third exemplary embodiment has a similar construction to the transmission device 26 according to the first embodiment from FIGS. 1 to 7, with the difference that instead of the two modules 36a and 36b, two modules 136a and 136b are used which correspond to the module 136 of FIG second embodiment of Figures 8 to 13 correspond.
  • the transmitting device 226, a total of six separate signal paths can be realized, of which in FIG. 14, for example, only the signal path 141a is designated for each module 136a and 136b.
  • the signals from the first module 136a are combined. with the three set beam directions, of which only the beam direction 166a is shown in FIG. 14, on three separate signal paths, of which only the signal path 141 in FIG a is aligned in the pivoting plane 152 in a straight path while maintaining its vertical polarization direction 170 in the monitoring area 1 14.
  • the diffracted horizontally polarized transmission signals 132b-a, 132b-b and 132b-c coming from the second module 136b with the three set beam directions, of which only the beam direction 166a is shown in FIG. 14, are deflected by 90 ° into the pivot plane 152 and on three separate signal paths 141 b are also aligned in the monitoring area 1 14, while maintaining their horizontal polarization direction 170.
  • an amplitude-angle diagram is shown with the envelopes 176a-a, 176a-b and 176a-c of the diffracted transmit signals 132a-a, 132a-b and 132a-c of the first module 136a and the envelopes 176b-a, 176b-b and 176c-c of the diffracted transmit signals 132b-a, 132b-b and 132b-c of the second module 136b.
  • the respective adjacent ones of the diffracted transmit signals 132a-a, 132a-b, 132a-c, 132b-a, 132b-b, and 132b-c are offset by the angular offset 178 of 22 ° which corresponds to the half-width of the respective envelope 176a-a, 176a. b, 176a-c, 176b-a, 176b-b, 176c-c are inclined to each other.
  • the set beam directions 166a-a, 166a-b and 166a-c of the first module 136a are thus inclined to each other by the angular offset 178 as in the second embodiment of Figures 8 to 13.
  • the adjusted beam directions 166b-a, 166b-b and 166b-c of the second module 136a are inclined relative to one another by the angular offset 178.
  • the set of beam directions 166b-a, 166b-b and 166b-c of the second module 136a is inclined by 66 ° with respect to the set of beam directions 166a-a, 166a-b and 166a-c of the first module 136a.
  • the beam direction 166a-c of the first module 136a and the beam direction 166b-a of the second module 136b, which are adjacent, are likewise inclined relative to one another by the angular offset 178.
  • the beam directions 166a-a, 166a-b, 166a-c, 166b-a, 166b-b and 166b-c of both modules 136a and 136b detect an angle of about 1 54 ° in total.
  • ⁇ / 4 plates 46; 146, the prism assemblies 44; 144 and / or the optical lenses 48; 148 may each be combined in an example optical element.

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Abstract

Es wird eine Sendevorrichtung (26) für ein abtastendes optisches Detektionssystem eines Fahrzeugs zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs (14) auf Objekte hin beschrieben, mit wenigstens einer Lichtquelle (40a, 40b) zur Erzeugung wenigstens eines optischen Sendesignals (32a, 32b) und mit wenigstens einer auf das wenigstens eine Sendesignal (32a, 32b) diffraktiv wirkenden Beugungseinheit (50a, 0b) zur Steuerung wenigstens einer Strahlrichtung (66a, 66b) des wenigstens einen Sendesignals (32a, 32b). In wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen (41a, 41b) eines Sendesignals oder verschiedener Sendesignale (32a, 32b) ist wenigstens eine Beugungseinheit (50a, 50b) angeordnet, die zur Einstellung der zu den jeweiligen Signalwegen (41a, 41b;) gehörenden Strahlrichtungen (66a, 66b) einstellbar ist. In den je-weiligen Signalwegen (41a, 41b) hinter der wenigstens einen Beugungseinheit (50a, 0b) ist wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung (38) angeordnet zum Ausrichten der eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b) in den wenigstens einen Überwachungs- bereich (14) unter Beibehaltung von wenigstens einem vor der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung (38) erzeugten Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b) oder unter Erzeugung von wenigstens einem Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen.

Description

Sendevorrichtung für ein abtastendes optisches Detektionssystem eines Fahrzeugs, Detektionssystem, Fahrerassistenzsystem und Verfahren zum optischen
Abtasten eines Überwachungsbereichs
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung für ein abtastendes optisches Detektionssystem eines Fahrzeugs zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin, mit wenigstens einer Lichtquelle zur Erzeugung wenigstens eines optischen Sendesignals und mit wenigstens einer auf das wenigstens eine Sendesignal diffraktiv wirkenden Beugungseinheit zur Steuerung wenigstens einer Strahlrichtung des wenigstens einen Sendesignals.
Ferner betrifft die Erfindung ein abtastendes optisches Detektionssystem eines Fahrzeugs zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin, aufweisend
- wenigstens eine Sendevorrichtung, mit wenigstens einer Lichtquelle zur Erzeugung wenigstens eines optischen Sendesignals und mit wenigstens einer auf das wenigstens eine Sendesignal diffraktiv wirkenden Beugungseinheit zur Steuerung wenigstens einer Strahlrichtung des wenigstens einen Sendesignals,
- wenigstens eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen von wenigstens einem optischen Empfangssignal, welches von wenigstens einem Sendesignal herrührt, das an einem Objekt reflektiert wird,
- und wenigstens eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung zur Steuerung der wenigstens einen Sendevorrichtung und/oder der wenigstens einen Empfangsvorrichtung und/oder zur Auswertung von mit der wenigstens einen Empfangsvorrichtung empfangenen Empfangssignalen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs,
- mit wenigstens einem abtastenden optischen Detektionssystem zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin, wobei das wenigstens eine Detektionssystem aufweist
- wenigstens eine Sendevorrichtung, mit wenigstens einer Lichtquelle zur Erzeugung wenigstens eines optischen Sendesignals und mit wenigstens einer auf das wenigstens eine Sendesignal diffraktiv wirkenden Beugungseinheit zur Steuerung wenigstens einer Strahlrichtung des wenigstens einen Sendesignals, - wenigstens eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen von wenigstens einem optischen Empfangssignal, welches von wenigstens einem Sendesignal herrührt, das an einem Objekt reflektiert wird,
- und wenigstens eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung zur Steuerung der wenigstens einen Sendevorrichtung und/oder der wenigstens einen Empfangsvorrichtung und/oder zur Auswertung von mit der wenigstens einen Empfangsvorrichtung empfangenen Empfangssignalen,
- wobei das Fahrerassistenzsystem wenigstens eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung zum Verarbeiten von mit dem wenigstens einen Detektionssystem erfassten Objektinformationen aufweist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum optischen Abtasten eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin mit einem Detektionssystem eines Fahrzeugs, bei dem wenigstens ein optisches Sendesignal erzeugt und zur Steuerung wenigstens einer Strahlrichtung des wenigstens einen Sendesignals mit wenigstens einer diffraktiv wirkenden Beugungseinheit gebeugt wird.
Stand der Technik
Aus der US 20160161600 A1 sind ein LIDAR-basiertes System und ein Verfahren bekannt, welche zur Strahlformung und Steuerung von Laserstrahlen verwendet werden, bei denen ein Optical Phased Array (OPA) Photonic Integrated Circuit (PIC) verwendet werden und die Detektion von Laserstrahlen unter Verwendung von Fotodetektoren erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sendevorrichtung, ein Detektionssystem, ein Fahrerassistenzsystem und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen die Sendenergie der wenigstens einen Lichtquelle effizienter genutzt werden kann und ein Öffnungswinkel eines Sichtfelds des Detektionssystems insgesamt vergrößert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der Sendevorrichtung dadurch gelöst, dass - in wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen eines Sendesignals oder verschiedener Sendesignale wenigstens eine Beugungseinheit angeordnet ist, die zur Einstellung der zu den jeweiligen Signalwegen gehörenden Strahlrichtungen einstellbar ist,
- in den jeweiligen Signalwegen hinter der wenigstens einen Beugungseinheit wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung angeordnet ist zum Ausrichten der eingestellten Strahlrichtungen in den wenigstens einen Überwachungsbereich
- unter Beibehaltung von wenigstens einem vor der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung erzeugten Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen
- oder unter Erzeugung von wenigstens einem Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen.
Erfindungsgemäß werden ein oder mehrere Sendesignale mit wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen mit wenigstens einer diffraktiv wirkenden Beugungseinheit gebeugt, um ihre jeweilige Strahlrichtung einzustellen.
Vorteilhafterweise können in wenigstens zwei der Signalwege separate Beugungseinheiten angeordnet sein. Auf diese Weise können die Strahlrichtungen in den Signalwegen unabhängig voneinander eingestellt werden. Bevorzugt kann in jedem der Signalwege eine eigene Beugungseinheit angeordnet sein.
Mit der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung wird erreicht, dass die von der wenigstens einen Beugungseinheit gebeugten Sendesignale jeweils in den Überwachungsbereich gestrahlt werden.
Der wenigstens eine Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen sorgt dafür, dass die jeweiligen eingestellten Strahlrichtungen zueinander geneigt sind. Auf diese Weise kann ein entsprechender größerer Öffnungswinkel abgedeckt werden.
Aus Gründen der Interferenz breitet sich ein an einer Beugungseinheit gebeugtes Sendesignal in einer Hauptkeule und wenigstens einer Nebenkeule aus. Dabei teilt sich die Sendeenergie des Sendesignals auf die Hauptkeule und die Nebenkeulen auf, wobei der größere Teil der Sendeenergie in der Regel auf die Hauptkeule fällt. Durch einen geeigneten Winkelversatz kann erreicht werden, dass sich die Sendeenergien der je- weiligen Hauptkeulen und/oder Nebenkeulen von benachbarten Signalwegen addieren können.
Vorteilhafterweise können in den Signalwegen vor der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung geeignete Anordnungen vorgesehen sein, um den wenigstens einen Winkelversatz vorzugeben.
Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen mit der wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung vorgegeben werden.
Vorteilhafterweise kann das Detektionssystem nach einem Lichtlaufzeitverfahren arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Detektionssysteme können als Time-of-Flight- (TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (LiDAR), La- ser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Sendesignals, insbesondere eines Lichtpulses, mit der Sendevorrichtung und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Empfangssignals mit einer Empfangsvorrichtung gemessen und daraus eine Entfernung zwischen den Detektionssystem und dem erkannten Objekt ermittelt.
Vorteilhafterweise kann das Detektionssystem ein scannendes System sein. Dabei kann mit Sendesignalen ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die entsprechenden Sendesignale, insbesondere Sendestrahlen, bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung über den Überwachungsbereich mithilfe wenigstens einer Beugungseinheit geschwenkt werden.
Vorteilhafterweise kann das Detektionssystem ein laserbasiertes Messsystem, insbesondere Entfernungsmesssystem, sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Sendestrahlen als Sendesignale gesendet werden. Mit einem Laser kann kohärentes Licht mit hoher Energiedichte erzeugt werden. Mit dem Laser können Sendesignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Ent- sprechend kann eine Empfangsvorrichtung einen für die Frequenz des ausgesendeten Lichts ausgelegten Detektor, insbesondere einen winkelauflösenden Detektor, aufweisen. Das laserbasierte Messsystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit insbesondere gepulsten Laserstrahlen abgetastet werden.
Die Erfindung wird bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei autonomen oder wenigstens teilweise autonomen Fahrzeugen eingesetzt werden.
Das Detektionssystem kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einer Einparkhilfe, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise können die mit dem Detektionssystem erfassten Objektdaten, insbesondere die Entfernung, Orientierung und/oder Relativgeschwindigkeit eines Objekts relativ zum Fahrzeug, an die Steuervorrichtung übermittelt und zur Beeinflussung von Fahrfunktionen, insbesondere der Geschwindigkeit, einer Bremsfunktion, einer Lenkungsfunktion und/oder einer Ausgabe eines Hinweis- und/oder Warnsignals insbesondere für den Fahrer, verwendet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein Winkelversatz zwischen wenigstens zwei eingestellten Strahlrichtungen einer Halbwertsbreite wenigstens einem der gebeugten Sendesignale entsprechen. Auf diese Weise kann ein dichtes Feld von gebeugten Sendesignalen erzeugt werden. So kann eine effizientere Abtastung des Überwachungsbereichs erfolgen. Außerdem kann so erreicht werden, dass sich die Sendeenergien der Hauptkeulen und/oder der Nebenkeulen der wenigstens zwei Strahlrichtungen addieren. Vorteilhafterweise kann ein Winkelversatz zwischen wenigstens zwei eingestellten Strahlrichtungen so vorgegeben sein, dass sich jeweilige Einhüllende der gebeugten Sendesignale überlappen.
Vorteilhafterweise kann ein Winkelversatz abhängig von einer Wellenlänge des die Sendesignale erzeugenden Lichts vorgegeben werden.
Vorteilhafterweise kann ein Winkelversatz zwischen zwei eingestellten Strahlrichtungen zwischen etwa 15° und 25°, insbesondere etwa 22°, betragen. Auf diese Weise kann insgesamt ein gesamter Öffnungswinkel des Sichtfeldes der Sendevorrichtung und damit des Detektionssystems vergrößert werden. Bei einer Kombination von zwei Beugungseinheiten kann vorteilhafterweise ein Gesamt-Öffnungswinkel für das Gesamt- Sichtfeld von etwa 44° und mehr erreicht werden. Mit drei Beugungseinheiten kann ein Gesamt-Öffnungswinkel von 66° und mehr und mit sechs Beugungseinheiten ein Gesamt-Öffnungswinkel von 132° und mehr, insbesondere 154°, erreicht werden.
Vorteilhafterweise kann ein Einzel-Öffnungswinkel, innerhalb dem eine Strahlrichtung eingestellt, insbesondere geschwenkt, werden kann, im jeweiligen Signalweg hinter wenigstens einer Beugungseinheit etwa zwischen 15° und 25°, insbesondere 22°, betragen.
Vorteilhafterweise kann ein Winkelversatz zwischen zwei eingestellten Strahlrichtungen etwa in der Größenordnung liegen, welche einem Öffnungswinkel für wenigstens einen der Strahlrichtungen entspricht. Auf diese Weise kann eine bessere Überlappung der gebeugten Sendesignale erfolgen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Winkelversatz mittels einer räumlichen Anordnung wenigstens einer Beugungseinheit und/oder wenigstens einer Lichtquelle realisiert sein. Eine entsprechende räumlichen Anordnung der beteiligten Bauteile kann einfach montiert und/oder justiert werden.
Vorteilhafterweise können wenigstens zwei zueinander geneigte Lichtquellen vorgesehen sein, mit denen Sendesignale ausgesendet werden können, deren jeweilige Strahlrichtungen unter einem Winkelversatz zueinander geneigt sind. Auf diese Weise kann der Winkelversatz im Strahlungsweg vor der wenigstens einen Beugungseinheit realisiert werden.
Vorteilhafterweise können wenigstens zwei Beugungseinheiten vorgesehen sein, mit denen wenigstens zwei unter einem Winkelversatz zueinander geneigte Strahlrichtungen eingestellt werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung wenigstens einen polarisierten Strahlteiler und/oder wenigstens eine Prismaanordnung aufweisen oder daraus bestehen. Mit einem polarisierenden Strahlteiler können aus unterschiedlichen Richtungen kommende eingestellte Strahlrichtungen von entsprechend linear polarisierte Sendesignalen jeweils in den Überwachungsbereich ausgerichtet werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung wenigstens ein andersartiges Bauteil, insbesondere eine Prismaanordnung oder dergleichen, aufweisen. Mit einer Prismaanordnung können eingestellte Strahlrichtungen ausgerichtet werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Prismaanordnung unterschiedliche Prismaabschnitte aufweisen, mit denen jeweils eine eingestellte Strahlrichtungen ausgerichtet werden kann. Die Prismaabschnitte können zu Ausrichtung der Strahlrichtungen unter Berücksichtigung des Winkelversatzes ausgestaltet sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Beugungseinheit ein Optical Phased Array aufweisen oder daraus bestehen. Mit einem Optical Phased Array (OPA) kann die Phase von Lichtwellen kontrolliert werden, welche durch eine zweidimensionale Oberfläche von einstellbaren Oberflächenelementen hindurch transmittiert oder an dieser reflektiert wird. Mithilfe des OPA kann das Licht gebeugt und so eine Strahlrichtung von Sendesignalen, welche die Form von Lichtwellen aufweisen, eingestellt werden. Die Beugung mithilfe eines OPA kann mit geringeren Energieverlusten erfolgen als eine Reflexion an einem bekannten insbesondere mikromechanischen Spiegel. Die Steuerung der Strahlrichtung mit einem OPA kann auf dem Huygens-Fresnel- Prinzip beruhen. Demnach wird eine willkürliche Wellenform durch Überlagerung einer Anzahl von sphärischen Sekundärwellen generiert. Mit einem OPA können derartige Sekundärwellen erzeugt und gesteuert werden. Dabei kann eine Amplitude und/oder eine Phase der sphärischen Sekundärwellen modifiziert werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Beugungseinheit in Bezug auf das wenigstens eine Sendesignal reflektierend, transmittierend oder emittieren ausgestaltet und/oder angeordnet sein. Bei einer reflektierenden Anordnung können geringere Energieverluste als bei einer transmittierenden Ausgestaltung realisiert werden. Eine reflektierende Anordnung kann ferner kompakter realisiert werden.
Bei der weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein auf wenigstens eine Beugungseinheit treffendes Sendesignal zirkulär polarisiert sein. Auf diese Weise kann insbesondere bei Verwendung eines OPA als Beugungseinheit eine Beugungseffizienz verbessert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein auf wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung treffendes gebeugtes Sendesignal linear polarisiert sein. Auf diese Weise kann das gebeugte Sendesignal insbesondere bei der Verwendung eines polarisierenden Strahlteilers als Strahlausrichtungseinrichtung gezielter unter Beibehaltung oder Erzeugung eines Winkelversatzes in den Überwachungsbereich ausgerichtet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können das wenigstens eine gebeugte Sendesignal oder die unterschiedlichen gebeugten Sendesignale, welche auf den wenigstens zwei Signalwegen auf wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung treffen, schräg, insbesondere senkrecht, zu einander linear polarisiert sein. Auf diese Weise können aus unterschiedlichen Richtungen auf die wenigstens eine Strahlausrichtungseinheit treffende gebeugte Sendesignale unterschiedliche Umlenkung zur jeweiligen Ausrichtung in den Überwachungsbereich erfahren. So kann eines der gebeugten Sendesignale auf geradem Wege durch die wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung geführt und in den Überwachungsbereich gesendet werden. Das entsprechend andere Sendesignal kann von einer anderen Richtung kommend mit der wenigstens ein Strahl- ausrichtungseinrichtung entsprechend umgelenkt und ebenfalls in den Überwachungsbereich ausgerichtet werden.
Ferner können so die gebeugten Sendesignale im Strahlungsweg hinter der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung unterschieden werden oder unterschiedliche Wirkungen erzielen. Die entsprechenden Sendesignale können so auch als unterschiedlich polarisierte Empfangssignale empfangen und entsprechend verarbeitet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in wenigstens einem jeweiligen Signalweg vor und/oder hinter wenigstens einer Beugungseinheit wenigstens ein eine Polarisation des entsprechenden Sendesignals änderndes Bauelement, insbesondere ein λ/4- Plättchen, angeordnet sein. Mit dem entsprechenden polarisationsändernden Bauelement kann die Polarisationsart und/oder die Polarisationsrichtungen des Sendesignals geändert werden.
Mit einem polarisationsändernden Bauelement im Signalweg vor der wenigstens einen Beugungseinheit kann eine lineare Polarisation eines Sendesignals zu in eine zirkuläre Polarisation umgewandelt werden. Der Sendesignale mit einer zirkulären Polarisation kann eine bessere Beugungseffizienz mit der wenigstens einen Beugungseinheit erreicht werden.
Mit demselben oder einem anderen polarisationsändernden Bauelement im Signalweg hinter der wenigstens einen Beugungseinheit kann die zirkuläre Polarisation des gebeugten Sendesignals in ein lineare Polarisation umgewandelt werden. Auf diese Weise kann das Sendesignal hinter dem polarisationsändernden Bauelement insbesondere einem polarisierenden Strahlteiler zugeführt und entsprechend geleitet werden.
So kann ein mit einer Lichtquelle erzeugtes linear polarisiertes Sendesignal über einen polarisierenden Strahlteiler entsprechend seiner Polarisationsrichtung umgelenkt und nach Umwandlung mit dem polarisationsändernden Bauelement zu der wenigstens einen Beugungseinheit gesendet werden. Auf dem Rückweg kann das zirkulär polarisierte gebeugte Sendesignal mit dem polarisationsändernden Bauelement zu einem linear polarisierten gebeugten Sendesignal mit einer zu der ursprünglichen linearen Polarisationsrichtung schrägen, insbesondere senkrechten, linearen Polarisationsrichtung trans- formiert werden. Das linear polarisierte gebeugte Sendesignal kann so auf einem anderen Weg durch den polarisierenden Strahlteiler geleitet werden wie das ursprünglich von der Lichtquelle kommende linear polarisierte Sendesignal.
Wenigstens ein polarisationsänderndes Bauelement kann als Verzögerungsplatte, insbesondere λ/4-Plättchen, realisiert sein. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln die Polarisation von Sendesignalen verändert werden.
Wenigstens ein polarisationsänderndes Bauelement, wenigstens eine optische Linse und/oder wenigstens ein strahlumlenkendes Bauelement, insbesondere ein Prisma, können in einem einzigen insbesondere optischen Element kombiniert sein. Auf diese Weise kann ein Material- und/oder Montageaufwand verringert werden.
Vorteilhafterweise können wenigstens eine Lichtquelle, wenigstens ein polarisierender Strahlteiler, wenigstens ein polarisationsänderndes Bauelement und wenigstens eine Beugungseinheit als Modul ausgestaltet sein. Es können mehrere solcher Module miteinander kombiniert werden. Mit jedem Modul kann wenigstens ein gebeugtes Sendesignal ausgegeben werden, dessen Strahlrichtung mithilfe der jeweiligen wenigstens einen Beugungseinheit geändert, insbesondere geschwenkt, werden kann. Die eingestellten Strahlrichtungen der Sendesignale der beiden Module können mit der wenigstens einer Strahlausrichtungseinrichtung in den Überwachungsbereich ausgerichtet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in einem jeweiligen Signalweg zwischen der wenigstens einen Lichtquelle und der wenigstens einen Beugungseinheit wenigstens ein polarisierender Strahlteiler angeordnet sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein von der Lichtquelle kommendes linear polarisiertes Sendesignal über den polarisierten Strahlteiler zu der wenigstens einen Beugungseinheit geleitet werden. Das von der wenigstens einen Beugungseinheit gebeugte Sendesignal kann mit dem wenigstens einen polarisierenden Strahlteiler auf einem anderen Weg in den Überwachungsbereich geleitet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in wenigstens einem Signalweg vor und/oder hinter wenigstens einer Beugungseinheit und gegebenenfalls vor und/oder hinter wenigstens einem polarisationsändernden Bauelement wenigstens ein strahlumlenkendes Bauelement, insbesondere wenigstens ein Prisma, angeordnet sein. Mit dem wenigstens einen strahlumlenkenden Bauelement vor der wenigstens einen Beugungseinheit kann eine Strahlrichtung eines von der Lichtquelle kommenden Sendesignals auf die wenigstens eine Beugungseinheit ausgerichtet werden.
Mit einem hinter der wenigstens einen Beugungseinheit angeordneten strahlumlenkenden Bauelement kann wenigstens eine eingestellte Strahlrichtung eines gebeugten Sendesignals insbesondere in Überwachungsbereich ausgerichtet werden.
Das strahlumlenkende Bauelement kann bezüglich einer reflektierenden Beugungseinheit sowohl in dem Signalweg des ankommenden Sendesignals als auch des gebeugten Sendesignals angeordnet sein. Auf diese Weise kann mit dem strahlumlenkenden Bauelement das wenigstens eine ankommende Sendesignal auf die wenigstens eine Beugungseinheit ausgerichtet und das von der wenigstens einen Beugungseinheit gebeugte Sendesignal insbesondere in den Überwachungsbereich ausgerichtet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in wenigstens einem Signalweg vor und/oder hinter wenigstens einer Beugungseinheit wenigstens eine optische Linse angeordnet sein. Mithilfe einer optischen Linse vor der wenigstens einen Beugungseinheit kann das Sendesignal auf eine aktive Fläche der Beugungseinheit fokussiert werden. Entsprechend kann mit einer optischen Linse hinter der wenigstens einen Beugungseinheit das Sendesignal entsprechend geformt werden.
Die wenigstens eine optische Linse kann bezüglich einer reflektierenden Beugungseinheit sowohl in dem Signalweg des kommenden Sendesignals als auch des gebeugten Sendesignals angeordnet sein. Auf diese Weise kann mit der wenigstens einen optischen Linse das wenigstens eine ankommende Sendesignal auf die wenigstens eine Beugungseinheit fokussiert und das von der wenigstens einen Beugungseinheit gebeugte Sendesignal entsprechend angepasst werden.
Ferner wird die technische Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Detektionssystem dadurch gelöst, dass - in wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen eines Sendesignals oder verschiedener Sendesignale wenigstens eine Beugungseinheit angeordnet ist, die zur Einstellung der zu den jeweiligen Signalwegen gehörenden Strahlrichtungen einstellbar ist,
- in den jeweiligen Signalwegen hinter der wenigstens einen Beugungseinheit wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung angeordnet ist zum Ausrichten der eingestellten Strahlrichtungen in den wenigstens einen Überwachungsbereich
- unter Beibehaltung von wenigstens einem vor der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung erzeugten Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen
- oder unter Erzeugung von wenigstens einem Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen.
Außerdem wird die technische Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrerassistenzsystem dadurch gelöst, dass
- in wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen eines Sendesignals oder verschiedener Sendesignale wenigstens eine Beugungseinheit angeordnet ist, die zur Einstellung der zu den jeweiligen Signalwegen gehörenden Strahlrichtungen einstellbar ist,
- in den jeweiligen Signalwegen hinter der wenigstens einen Beugungseinheit wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung angeordnet ist zum Ausrichten der eingestellten Strahlrichtungen in den wenigstens einen Überwachungsbereich
- unter Beibehaltung von wenigstens einem vor der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung erzeugten Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen
- oder unter Erzeugung von wenigstens einem Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen.
Des Weiteren wird die technische Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass
- ein Sendesignal oder verschiedene Sendesignale in wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen zu wenigstens einer Beugungseinheit gesendet werden,
- mit der wenigstens einen Beugungseinheit zu den jeweiligen Signalwegen gehörende jeweilige Strahlrichtungen des wenigstens einen Sendesignals eingestellt werden
- und die eingestellten Strahlrichtungen in den wenigstens ein Überwachungsbereich ausgerichtet werden,
- wobei vor oder nach der wenigstens einen Beugungseinheit zwischen den eingestellten Strahlrichtungen wenigstens ein Winkelversatz erzeugt wird. Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Winkelversatz zwischen den wenigstens zwei Strahlrichtungen so vorgegeben werden, dass sich jeweilige Einhüllende der gebeugten Sendesignale überlappen. Auf diese Weise kann ein Öffnungswinkel des Gesamt- Sichtbereichs des Detektionssystems zur Überwachung des Überwachungsbereiches vergrößert werden.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sendevorrichtung, dem erfindungsgemäßen Detektionssystem, dem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem 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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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
Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem und einem abtastenden optischen Detektionssystem zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug;
Figur 2 das Kraftfahrzeug und der Überwachungsbereich aus der Figur 1 in der
Draufsicht;
Figur 3 eine Funktionsdarstellung des Kraftfahrzeugs mit dem Fahrerassistenzsystem und dem Detektionssystem aus der Figur 1 ;
Figur 4 eine Sendevorrichtung des Detektionssystems aus den Figuren 1 bis 3 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 5 ein Amplituden-Winkel-Diagramm eines mit einem Modul der Sendevorrichtung aus der Figur 4 erzeugten Sendesignal-Laserstrahls; Figur 6 ein Amplituden-Winkel-Diagramm von zwei überlagerten Sendesignal- Laserstrahlen, die mit zwei Modulen der Sendevorrichtung aus der Figur 4 erzeugt werden;
Figur 7 Amplituden-Winkel-Diagramme der einzelnen Sendesignal-Laserstrahlen und des resultierenden Sendesignal-Laserstrahls aus der Figur 6;
Figur 8 eine Sendevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in der
Seitenansicht, welches ähnlich ist zu der Sendevorrichtung aus der Figur 4 und das für das Detektionssystem aus den Figuren 1 bis 3 verwendet werden kann;
Figur 9 die Sendevorrichtung aus Figur 8 in der Draufsicht;
Figur 10 die Sendevorrichtung aus den Figuren 8 und 9 im Querschnitt;
Figur 1 1 eine Detailansicht einer Prismaanordnung der Sendevorrichtung aus den
Figuren 8 bis 10;
Figur 12 ein Amplituden-Winkel-Diagramm von drei überlagerten Sendesignal- Laserstrahlen, die mit der Sendevorrichtung aus der Figur 4 erzeugt werden;
Figur 13 Amplituden-Winkel-Diagramme der einzelnen Sendesignal-Laserstrahlen und des resultierenden Sendesignal-Laserstrahls aus der Figur 12;
Figur 14 eine Sendevorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, welches ähnlich ist zu den Sendevorrichtungen aus den Figuren 4 und 8 bis 10 und das für das Detektionssystem aus den Figuren 1 bis 3 verwendet werden kann;
Figur 15 ein Amplituden-Winkel-Diagramm von sechs überlagerten Sendesignal- Laserstrahlen, die mit zwei Modulen der Sendevorrichtung aus der Figur 14 erzeugt werden.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Figur 2 zeigt das Kraftfahrzeug 10 in der Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 10 verfügt über ein abtastendes optisches Detektionssystem 12 beispielhaft in Form eines Laserscanners. Das Detektionssystem 12 ist beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet. Mit dem Detektionssystem 12 kann ein beispielsweise in den Figuren 2 und 3 angedeuteter Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung 16 vor dem Kraftfahrzeug 10 auf Objekte 18 hin überwacht werden. Das Detek- tionssystem 12 kann auch an anderer Stelle am Kraftfahrzeug 10 angeordnet und anders ausgerichtet sein. Bei den Objekten 18 kann es sich beispielsweise um andere Fahrzeuge, Personen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, beispielsweise Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen oder dergleichen handeln. In der Figur 3 ist ein Objekt 18 beispielhaft als kariertes Rechteck angedeutet. Die Figur 3 ist ansonsten lediglich ein Funktionsschaubild einiger Bauteile des Kraftfahrzeugs 10 und des Detek- tionssystems 12, das nicht der räumlichen Orientierung dient.
Das Detektionssystem 12 arbeitet nach einem Lichtimpulslaufzeitverfahren. Mit dem Detektionssystem 12 kann beispielsweise eine Entfernung, eine Richtung und eine Geschwindigkeit des Objektes 18 relativ zum Kraftfahrzeug 10 ermittelt werden.
Das Detektionssystem 12 ist Teil eines Fahrerassistenzsystems 20 oder kann mit diesem verbunden sein. Mit dem Fahrerassistenzsystem 20 kann beispielsweise ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 unterstützt werden. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug 10 mithilfe des Fahrerassistenzsystems 20 wenigstens teilweise autonom fahren oder einparken. Mit dem Fahrerassistenzsystem 20 können Fahrfunktionen des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise eine Motorsteuerung, eine Bremsfunktion oder eine Lenkfunktion beeinflusst oder Hinweise oder Warnsignale ausgegeben werden. Hierzu ist das Fahrerassistenzsystem 20 mit Funktionseinrichtungen 22 regelnd und/oder steuernd verbunden. In der Figur 3 sind beispielhaft zwei Funktionseinrichtungen 22 dargestellt. Bei den Funktionseinrichtungen 22 kann es sich beispielsweise um ein Motorsteuerungssystem, ein Bremssystem, ein Lenksystem, eine Fahrwerksteuerung oder ein Signalausgabesystem handeln.
Das Fahrerassistenzsystem 20 weist eine elektronische Steuereinrichtung 24 auf, mit der entsprechende elektronische Steuer- und Regelsignale an die Funktionseinrichtungen 22 übermittelt und/oder von diesen empfangen und verarbeitet werden können.
Das Detektionssystem 12 umfasst eine Sendevorrichtung 26, eine Empfangsvorrichtung 28 und eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 30. Mit der Sendevorrichtung 26 können gepulste optische Sendesignale 32 in den Überwachungsbereich 14 gesendet werden. Die Sendesignale 32 werden an dem Objekt 18 reflektiert und als entsprechend gepulste optische Empfangssignale 34 zu dem Detektionssystem 12 zurückgesendet. Aus der Lichtlaufzeit, also aus der Zeit zwischen dem Versenden des Sendesignals 32 und dem Empfangen des entsprechenden Empfangssignals 34, wird mit der elektronischen Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 die Entfernung des Objekts 16 ermittelt.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 ist signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 24 verbunden. Mit der Steuereinrichtung 24 können abhängig von Objektinformationen des Detektionssystems 12 Fahrfunktionen des Kraftfahrzeugs 10 gesteuert/geregelt werden. Für die Erfindung ist es nicht wesentlich, ob elektrische Steuer- und/oder Auswertevorrichtungen, wie beispielsweise die Steuereinrichtung 24, die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30, ein Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs 10 oder dergleichen, in einem oder mehreren Bauteilen oder Bauteilgruppen integriert oder wenigstens teilweise als dezentrale Bauteile oder Bauteilgruppen realisiert sind.
In der Figur 4 ist die Sendevorrichtung 26 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Der einfacheren Orientierung wegen sind in den Figuren 1 , 2 und 4 jeweilige Koordinatenachsen eines kartesisches x-y-z-Koordinatensystems gezeigt.
Die Sendevorrichtung 26 umfasst zwei Module 36a und 36b und eine Strahlausrichtungseinrichtung 38 in Form eines polarisierenden Strahlteilers. Mit dem ersten Modul 36a wird ein entsprechend erstes Sendesignal 32a ausgesendet. Mit dem zweiten Modul 36b wird ein entsprechendes zweites Sendesignal 32b ausgesendet. Die Sendesignale 32a und 32b sind aufeinander abgestimmt und bilden so insgesamt das mit der Sendevorrichtung 26 ausgesendete Sendesignal 32.
Das erste Modul 36a umfasst eine Lichtquelle 40a in Form eines Lasers. Mit der Lichtquelle 40a werden Sendesignale 32a ausgesendet. In einem Signalweg 41 a der Sendesignale 32a sind ein polarisierender Strahlteiler 42b, eine Prismaanordnung 44a, ein polarisationsänderndes Bauelement in Form eines λ/4- Plättchens 46a, eine optische Linse 48a und eine diffraktiv wirkende Beugungseinheit, beispielhaft in Form eines opti- cal phased array (OPA) 50a angeordnet. Entsprechend sind in einem Signalweg 41 b der Sendesignale 32b einer Laser-Lichtquelle 40b des zweiten Moduls 36b, ein polarisierender Strahlteiler 42b, eine Prismaanordnung 44b, ein λ/4-Plättchen 46b, eine optische Linse 48b und ein OPA 50b angeordnet. Die Signalwege 41 a und 41 b sind die Wege, welche die entsprechenden Sendesignale 32a und 32b von der jeweiligen Lichtquelle 40a und 40b bis zum Überwachungsbereich 14 nehmen.
Im Folgenden wird zunächst das erste Modul 36a näher beschrieben. Der Laser 40a befindet sich beispielhaft oberhalb einer Schwenkebene 52. In der Schwenkebene 52 wird beim Betrieb des Detektionssystems 12 das mit dem Laser 40a ausgesendete Sendesignal 32a in Form eines Laserstrahls durch Ändern seiner Strahlrichtung 66a, wie in der Figur 2 angedeutet, in einer Schwenkrichtung 56 zum optischen Abtasten des Überwachungsbereichs 14 hin und her geschwenkt. Die Schwenkebene 52 verläuft beispielhaft horizontal, parallel zur x-y-Ebene. In der Schwenkebene 52 erstreckt sich eine gedachte Hauptachse 74 der Sendevorrichtung 26. Die Hauptachse 74 erstreckt sich parallel zur x-Achse.
Die Lichtquelle 40a ist so ausgerichtet, dass der von ihr erzeugte gepulste, linear polarisierter Laserstrahl mit einer Strahlrichtung 58a beispielhaft senkrecht zur Schwenkebene 52 gerichtet ist. Die Polarisationsrichtung 60a des Sendesignals 32a ist zunächst beispielhaft horizontal ausgerichtet. Die horizontale Polarisationsrichtung 60a ist in der Figur 4 durch einen Doppelpfeil angedeutet. Die horizontale Polarisationsrichtung 60a ist beispielhaft parallel zu der Hauptachse 74 der Sendevorrichtung 26 ausgerichtet.
Das Sendesignal 32a mit der Strahlrichtung 58a trifft auf eine Eingangsseite des Strahlteilers 42a und wird wegen seiner horizontalen Polarisationsrichtung 60a um 90° vom Überwachungsbereich 14 weg umgelenkt.
Im Strahlungsweg 41 a des umgelenkten Sendesignals 32a mit der Strahlrichtung 62a sind hintereinander die Prismaanordnung 44a, das λ/4-Plättchen 46a und das OPA 50a angeordnet.
Das umgelenkte Sendesignal 32a mit der Strahlrichtung 62a durchläuft die Prismaanordnung 44a und passiert das λ/4-Plättchen 46a. Mit dem λ/4-Plättchen 46a wird die horizontale Polarisationsrichtung 60a in eine beispielhaft rechtszirkulare Polari- sationsrichtung 64a transformiert, welche in der Figur 4 durch einen entsprechend kreisförmig gebogenen Pfeil angedeutet ist. Das Sendesignal 32a mit der rechtszirkularen Polarisationsrichtung 64a wird mit der Linse 48a auf das OPA 50a fokussiert.
Das OPA 50a wird beispielhaft in Reflexion betrieben. Mit dem OPA 50a kann bekanntermaßen durch entsprechende Steuerung der Phase des Sendesignals 32a, welches die Form einer Lichtwelle aufweist, eine Strahlrichtung 54a des von dem OPA 50a gebeugten Sendesignals 32a eingestellt werden. Durch entsprechendes Ansteuern des OPA 50a wird das Sendesignal 32a mit der eingestellten Strahlrichtung 66a in der Schwenkebene 52 hin- und hergeschwenkt.
Das reflektierte Sendesignal 32a wird mit der entsprechend eingestellten Strahlrichtung 66a zur Linse 48a zurückgesendet. Im Folgenden wird die Strahlrichtung 66a der einfacheren Unterscheidbarkeit wegen als„eingestellte Strahlrichtung 66a" bezeichnet. Bei der Beugung an dem OPA 50a wird die Polarisationsrichtung umgekehrt, sodass das Sendesignal 32a mit der eingestellten Strahlrichtung 66a eine linkszirkulare Polarisationsrichtung 68a aufweist. Die linkszirkulare Polarisationsrichtungen 68a ist in der Figur 4 durch einen entsprechenden kreisförmig gebogenen Pfeil angedeutet.
Das Sendesignal 32a mit der eingestellten Strahlrichtung 66a gelangt durch die Linse 48a zum λ/4-Plättchen 46a. Mit dem λ/4-Plättchen 46a wird die linkszirkulare Polarisationsrichtung 68a des Sendesignals 32 a in eine vertikale lineare Polarisationsrichtung 70a umgewandelt. Die vertikale Polarisationsrichtung 70a ist senkrecht zur horizontalen Polarisationsrichtung 60a, parallel zur z-Achse, ausgerichtet.
Das Sendesignal 32a mit der eingestellten Strahlrichtung 66a und der vertikalen Polarisationsrichtung 70a gelangt zu dem polarisierenden Strahlteiler 42a. Der polarisierende Strahlteiler 42a ist von der entsprechenden, beispielhaft ersten, Eintrittsseite für das Sendesignal 32a mit der eingestellten Strahlrichtung 66a und der vertikalen Polarisationsrichtung 70a auf geradem Wege durchlässig.
Das Sendesignal 32a mit der eingestellten Strahlrichtung 66a und der vertikalen Polarisationsrichtung 70a verlässt das erste Modul 36a und gelangt zu der Strahlausrichtungseinrichtung 38 in Form eines weiteren polarisierenden Strahlteilers. Die Strahlaus- richtungseinrichtung 38 ist in dem Signalweg 41 a der Sendesignal 32a des ersten Moduls 36a angeordnet. Mit der Strahlausrichtungseinrichtung 38 wird das Sendesignal 32a mit der eingestellten Strahlrichtung 66a und der vertikalen Polarisationsrichtung 70a auf geradem Wege in den Überwachungsbereich 14 ausgerichtet.
In der Figur 5 ist ein schematisches Amplituden-Winkel-Diagramm eines beispielhaft an dem OPA 50a gebeugten, eingestellten Sendesignals 32a gezeigt. Mit dem OPA 50a wird das ankommende Sendesignal 32a mit der Strahlrichtung 58a an einstellbaren Beugungselementen so gebeugt, dass ein Teil der Sendeenergie des Sendesignals 32a in einer Hauptkeule 72H und ein Teil der Energie des Sendesignals 32a in Nebenkeulen 72N in den Überwachungsbereich 14 gesendet wird. Die Hauptkeule 72H und die Nebenkeulen 72N werden von einer Einhüllenden 76a umgeben.
Die Module 36a und 36b sind bezüglich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise identisch. Das zweite Modul 36b ist gegenüber dem ersten Modul 36a bezüglich der Strahlausrichtungseinrichtung 38 von der Lichtquelle 40a weg um 90° nach unten geschwenkt.
Entsprechend ist die lineare Polarisationsrichtung 70b des aus der zweiten Lichtquelle 40b austretenden Sendesignals 32b mit der Strahlrichtung 58b senkrecht zu der horizontalen Polarisationsrichtung 60a des entsprechenden Sendesignals 32a mit der Strahlrichtung 58a der ersten Lichtquelle 40a, also vertikal, ausgerichtet. Ferner ist die Polarisationsrichtung 60b des gebeugten Sendesignals 32b mit der eingestellten Strahlrichtung 66b des zweiten Moduls 36b senkrecht zur vertikalen Polarisationsrichtung 70a des gebeugten Sendesignals 32a mit der eingestellten Strahlrichtungen 66a des ersten Moduls 36a, also horizontal, ausgerichtet.
Die Strahlausrichtungseinrichtung 38 ist in dem Signalweg 41 b der Sendesignale 32b des zweiten Moduls 36b angeordnet. Das gebeugte Sendesignal 32b mit der eingestellten Signalrichtung 66b des zweiten Moduls 36b wird auf die zweite Eingangsseite der Strahlausrichtungseinrichtung 38a geleitet und mit dieser polarisationsabhängig unter Beibehaltung der horizontalen Polarisationsrichtung 60b um 90° von dem ersten Modul 36a weg in die Schwenkebene 52 umgelenkt und so in den Überwachungsbereich 14 ausgerichtet. Das erste Modul 36a, das zweite Modul 36b und die Strahlausrichtungseinrichtung 38 sind so angeordnet, dass eine eingestellte Strahlrichtung 66a des gebeugten Sendesignals 32a des ersten Moduls 36a und eine eingestellte Strahlrichtung 66b des gebeugten Sendesignals 32b des zweiten Moduls 36b einen in der Figur 2 angedeuteten Winkelversatz 78 in der Schwenkebene 52 aufweisen. Der Winkelversatz 78 ist so gewählt, dass sich die Hauptkeulen 72H des gebeugten Sendesignals 32a und die Hauptkeule 72H des gebeugten Sendesignals 32b überlagern und so die Sendeenergien entsprechend addiert werden. Beispielhaft entspricht der Winkelversatz 78 einer Halbwertsbreite der Einhüllenden 76a des gebeugten Sendesignals 32a des ersten Modul 36a. Die Halbwertsbreite der Einhüllenden 76a entspricht bevorzugt der Halbwertsbreite der Einhüllenden 76b des gebeugten Sendesignals 32b des zweiten Modul 36b. Der Winkelversatz 78 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt 22°.
Durch den Winkelversatz 78 wird ferner ein in der Figur 2 angedeuteter Gesamt- Öffnungswinkel 80 eines Gesamt-Sichtfeldes des Detektionssystems 12 in der Schwenkebene 52 insgesamt vergrößert. Das Gesamt-Sichtfeld des Detektionssystems 12 setzt sich aus der Überlagerung der Einzel-Sichtfelder der Module 36a und 36b zusammen. Entsprechend wird der Gesamt-Öffnungswinkel 80 aus den Einzelöffnungswinkeln 82 der Module 36a und 36a gebildet. Die Einzel-Sichtfelder werden durch die Einzelöffnungswinkel 82 definiert, innerhalb denen die eingestellten Strahlrichtungen 66a und 66b jeweils hin und her geschwenkt werden.
Dadurch, dass das gebeugte Sendesignal 32a des ersten Moduls 36a und das gebeugte Sendesignal 32b des zweiten Moduls 36b unterschiedlich linear polarisiert sind, sind die entsprechenden Empfangssignale auf der Empfängerseite voneinander unterscheidbar.
In der Figur 6 die gebeugten Sendesignale 32a und 32b beispielhaft in einer Phase des Schwenkens der eingestellten Strahlrichtungen 66a des ersten Moduls 36a und 66b des zweiten Moduls 36b in einem Amplituden-Winkel-Diagramm gezeigt. In dieser Schwenkphase ist die Strahlrichtung 66a des gebeugten Sendesignals 32a um einen Winkel von 1 1 ° gegenüber der Hauptachse 74, welche bei 0° liegt, geneigt. Die Strahlrichtung 66b des gebeugten Sendesignals 32b ist um einen Winkel von -1 1 ° gegenüber der Hauptachse 74 geneigt. Die Einhüllende 76a des gebeugten Sendesignals 32a des ersten Moduls 36a und die Einhüllende 76b des gebeugten Sendesignals 32b des zweiten Moduls 36b werden von einer Gesamt-Einhüllenden 84 des Gesamt-Sendesignals 32 umgeben. Abhängig von der Wellenlänge λ der verwendeten Sendesignale 32a und 32b haben die Module 36a und 36b jeweils einen Einzel-Öffnungswinkel 82 von etwa 22°. Durch die Überlagerung der gebeugten Sendesignale 32a und 32b der beiden Module 36a und 36b wird, wie in der Figur 6 angedeutet, beispielhaft ein Gesamt- Öffnungswinkel 80 des Gesamt-Sendesignals 32 von 44° erreicht.
Figur 7 zeigt in der Schwenkphase entsprechend der Figur 6 in einem Amplituden- Winkel-Diagrammen oben das gebeugte Sendesignal 32a des ersten Moduls 36a, in der Mitte das gebeugte Sendesignal 32b des zweiten Modul 36b und unten das Ge- samt-Sendesignal 32 als Überlagerung der beiden gebeugten Sendesignale 32a und 32b. In diesem Ausführungsbeispiel werden aufgrund des speziell gewählten Winkelversatzes 78 die Hauptkeule 72H des gebeugten Sendesignals 32a und die Hauptkeule 72H des gebeugten Sendesignals 32b im selben Winkel bezüglich der Hauptachse 74, beispielhaft in Winkel von 0°, in den Überwachungsbereich 14 gesendet. Aufgrund der Überlagerung der gebeugten Sendesignale 32a und 32b wird die Signalenergie des Gesamt-Sendesignals 32 bei dem besagten Winkel verdoppelt.
In den Figuren 8 bis 10 ist eine Sendevorrichtung 126 bestehend aus einem Modul 136 für ein Detektionssystem 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den Figuren 1 bis 7 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen zuzüglich 100 versehen. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus den Figuren 1 bis 7 weist das Modul 136 drei Lichtquellen 140a, 140b und 140c und drei entsprechende OPAs 150a, 150b und 150c auf.
Die Lichtquellen 140a, 140b und 140c sind jeweils als Laser ausgestaltet. Die Lichtquellen 140a, 140b und 140c befinden sich beispielhaft, wie in der Figur 8 gezeigt, oberhalb der Schwenkebene 52 und der Hauptachse 174 der Sendevorrichtung 126. Mit den Lichtquellen 140a, 140b und 140c werden jeweilige Sendesignale 132a, 132b und 132c in Form von gepulsten, horizontal linear polarisierten Laserstrahlen erzeugt und in jeweilige Strahlrichtungen 158a, 158b und 158c gesendet. Die horizontale Polarisations- richtung 160 ist parallel zur Hauptachse 174 der Sendevorrichtung 126 ausgerichtet und in der Figur 8 Doppelpfeilen angedeutet.
Die Lichtquellen 140a, 140b und 140c sind so angeordnet und ausgerichtet, dass sich die jeweiligen Strahlrichtungen 158a, 158b und 158c senkrecht zur Hauptachse 174 betrachtet in einer gemeinsamen Ebene befinden. In Richtung der Hauptachse 174 betrachtet sind die jeweils benachbarten Strahlrichtungen 158a, 158b und 158c unter einem Winkelversatz 178 so auf einen polarisierenden Strahlteiler 142 gerichtet, dass sie sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt kreuzen. Durch die entsprechende räumliche Ausrichtung der Lichtquellen 140a, 140b und 140c werden für die entsprechenden Sendesignale 132a, 132b und 132c insgesamt drei unterschiedliche Signalwege 141 a, 141 b und 141 c realisiert.
Der Winkelversatz 178 wird auf den Signalwegen 141 a, 141 b und 141 c der Sendesignale 132a, 132b und 132c von den jeweiligen Lichtquellen 140a, 140b und 140c bis in den Überwachungsbereich 1 14 beibehalten. Der Winkelversatz 178 beträgt beispielhaft etwa 22°. Der Winkelversatz 178 wird durch die Anordnung der Lichtquellen 140a, 140b und 140c in der entsprechenden Neigung auf mechanischem Wege erreicht.
Die Strahlrichtungen 158a, 158b und 158c werden unter Beibehaltung ihres Winkelversatzes 178 mit dem Strahlteiler 142 um 90° parallel zur Hauptachse 174 von dem Überwachungsbereich 1 14 weg zu einer Prismaanordnung 144 hin umgelenkt.
Die Prismaanordnung 144 ist in der Figur 10 im Detail gezeigt. Die Prismaanordnung 144 weist zwei äußere Prismaabschnitte 144a und 144c und einen inneren Prismaabschnitt 144b auf. Die dem Strahlteiler 142 abgewandten ebene Seite der Prismaanordnung 144 erstreckt sich über alle drei Prismaabschnitte 144a, 144b und 144c und erstreckt sich senkrecht zur Hauptachse 174. Die äußeren Prismaabschnitte 144a und 144c sind symmetrisch ausgestaltet und angeordnet. Die ebenen Seiten der äußeren Prismaabschnitte 144a und 144c, welche dem Strahlteiler 142 zugewandt sind, verlaufen jeweils senkrecht zur x-y-Ebene und unter einem Prismawinkel Θ schräg zu der dem Strahlteiler 142 abgewandten Seite der Prismaanordnung 144. Die dem Strahlteiler 142 zugewandte ebene Seite des inneren Prismaabschnitts 144b verläuft parallel zu der dem Strahlteiler 142 abgewandten ebenen Seite. Die die beiden äußeren Sendesignale 132a und 132c mit den Strahlrichtungen 158a und 158c treffen jeweils auf einen der äußeren Prismaabschnitte 144a und 144c. Das mittlere Sendesignal 132b mit der Strahlrichtung 158b trifft auf den inneren Prismaabschnitt 144b.
Aufgrund der schrägen Eingangsseiten der beiden äußeren Prismaabschnitte 144a und 144c werden die Sendesignale 132a und 132c mit den Strahlrichtungen 158a und 158c jeweils so gebrochen, dass die Strahlrichtungen 158a und 158c hinter der Prismaanordnung 144 zueinander parallel verlaufen und auf die entsprechenden OPAs 150 a und 150 c gerichtet sind.
In der Figur 1 1 ist eine Detailansicht des in der Figur 10 linken Prismaabschnitts 144a gezeigt. Nach dem Snelliusschen Brechungsgesetz gilt folgender Zusammenhang zwischen dem Prismawinkel Θ und einem Offsetwinkel φ: n2 sin(0) = n-ι sin(cp + Θ)
Dabei entspricht der Offsetwinkel φ dem Winkelversatz 178, ni ist der Brechungsindex für Luft, welcher etwa 1 beträgt, und n2 ist der Brechungsindex des Prismamaterials, beispielhaft 1 ,5. Für den Offsetwinkel φ von 22° ergibt sich demnach ein Prismawinkel Θ von etwa 33°.
Die Sendesignale 132a, 132b und 132c durchlaufen nach der Prismaanordnung 144 auf ihren jeweiligen Signalwegen 141 a, 141 b und 141 c jeweils ein entsprechendes λ/4- Plättchen 146, mit denen in bekannter Weise die horizontale Polarisationsrichtung 160 in rechtszirkulare Polarisationsrichtungen 164 transformiert wird. Die rechtszirkular polarisierten Sendesignale 132a, 132b und 132c werden mittels einer jeweiligen optischen Linse 148a, 148b und 148c auf das jeweilige OPA 150a, 150b und 150c fokussiert.
Die OPAs 150a, 150b und 150c befinden sich in einer gemeinsamen Ebene, welche sich senkrecht zur Hauptachse 174 erstreckt. Mit den OPAs 150a, 150b und 150c werden die Sendesignale 132a, 132b und 132c analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel gesteuert und ihre Strahlrichtungen 158a, 158b und 158c in der Schwenkebene 152 hin und her geschwenkt. Die Schwenkebene 152 befindet sich in der Figur 10 beispielhaft in der Zeichenebene. Außerdem werden mit den OPAs 150a, 150b und 150c analog zum ersten Ausführungsbeispiel die rechtszirkularen Polarisationsrichtungen 164 in linkszirkulare Polarisationsrichtungen 168 transformiert.
Die gebeugten Sendesignale 132a, 132b und 132c mit ihren eingestellten Strahlrichtungen 166a, 166b und 166c, welche beispielsweise in der Figur 10 bezeichnet sind, durchlaufen unter Beibehaltung des Winkelversatzes 178 auf separaten Signalwegen 141 a, 141 b und 141 c die entsprechenden Linsen 148a, 148b, 148c und das λ/4- Plättchen 146. Mit dem λ/4-Plättchen 146 werden die linkszirkulare Polarisationsrichtungen 168 in vertikal-lineare Polarisationsrichtungen 170 umgewandelt.
Anschließend durchlaufen die gebeugten Sendesignale 132a, 132b und 132c mit ihren eingestellten Strahlrichtungen 166a, 166b und 166c die jeweils entsprechenden Prismaabschnitte 144a, 144b und 144c und werden unter Beibehaltung des Winkelversatzes 178 zum Überwachungsbereich 1 14 hin ausgerichtet. Die Prismaanordnung 144 wirkt so als Strahlausrichtungseinrichtung für die eingestellten Strahlrichtungen 166a, 166b und 166c. Die Steuerung der OPAs 150a, 150b und 150c bewirkt, dass die gesteuerten Strahlrichtungen 166a, 166b und 166c jeweils innerhalb eines jeweiligen Einzel-Sichtfeldes mit einem entsprechenden Einzel-Öffnungswinkel 182a, 182b und 182c geschwenkt werden.
Die gebeugten Sendesignale 132a, 132b und 132c mit vertikaler Polarisationsrichtung 170 durchlaufen den Strahlteiler 142 auf geradem Wege unter Beibehaltung des Winkelversatzes 178 in der Schwenkebene 52. Hinter dem Strahlteiler 142 entsteht aufgrund der Überlagerung der Einzel-Sichtfelder der einzelnen gebeugten Sendesignale 132a, 132b und 132c ein Gesamt-Sichtfeld mit einem Gesamt-Öffnungswinkel 180 für das Detektionssystem 1 12, welcher deutlich größer ist als die Einzel-Sichtfelder mit den Einzel-Öffnungswinkel 182a, 182b und 182c.
In der Figur 12 ist ein Amplituden-Winkel-Diagramm mit den Einhüllenden 176a, 176b und 176c der gebeugten Sendesignale 132a, 132b und 132c gezeigt. Aus der Figur 12 ergibt sich, dass die Strahlrichtungen 166a und 166b und die Strahlrichtungen 166b und 166c jeweils um den Winkelversatz 178 von 22°, welcher der Halbwertsbreite der jewei- ligen Einhüllen 176a, 176b und 176c entspricht, zueinander geneigt sind. Durch die Überlagerung der Einhüllenden 176a bis 176c der gebeugten Sendesignale 132a, 132b und 132c ergibt sich eine gesamte Einhüllende 184 für das in den Überwachungsbereich 14 gesendete Gesamt-Sendesignal 132.
Figur 13 zeigt in entsprechenden Amplituden-Winkel-Diagrammen in einer exemplarischen Schwenkphase der Sendevorrichtung 26 oben das mit der zweiten Lichtquelle 140b erzeugte und mit dem zweiten OPA 150b gebeugte Sendesignal 132b, an zweiter Stelle das mit der ersten Lichtquelle 140a erzeugte und mit dem ersten OPA 150a gebeugte Sendesignal 132a, an dritter Stelle das mit der dritten Lichtquelle 140b erzeugte und mit dem dritten OPA 150c gebeugte Sendesignal 1 32c und unten das Gesamt- Sendesignal 132 als Überlagerung der drei gebeugten Sendesignale 132a, 132b und 132c. In diesem Ausführungsbeispiel werden aufgrund des speziell gewählten Winkelversatzes 178 eine der Keulen 172b des zweiten gebeugten Sendesignals 132b und eine der Keulen 172a des ersten gebeugten Sendesignals 132a im selben Winkel bezüglich der Hauptachse 174, beispielhaft im Winkel von 1 1 °, in den Überwachungsbereich 1 14 gesendet. Entsprechend werden die andere Keule 172b des zweiten gebeugten Sendesignals 132b und eine der Keulen 172c des dritten gebeugten Sendesignals 132c im selben Winkel bezüglich der Hauptachse 174, beispielhaft im Winkel von -1 1 °, in den Überwachungsbereich 1 14 gesendet. Aufgrund der Überlagerung der gebeugten Sendesignale 132a und 132b beziehungsweise 132b und 132c wird die Signalenergie des Gesamt-Sendesignals 132 bei den besagten Winkeln verdoppelt.
In der Figur 14 ist eine Sendevorrichtung 226 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Sendevorrichtung 226 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist ähnlich aufgebaut wie die Sendevorrichtung 26 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus den Figuren 1 bis 7, mit dem Unterschied, dass anstelle der beiden Module 36a und 36b zwei Module 136a und 136b verwendet werden, die dem Modul 136 des zweiten Ausführungsbeispiels aus den Figuren 8 bis 13 entsprechen. Mit der Sendevorrichtung 226 können insgesamt sechs getrennte Signalwege realisiert werden, von denen in der Figur 14 für jedes Modul 136a und 136b beispielhaft jeweils nur der Signalweg 141 a bezeichnet ist.
Mit dem polarisierenden Strahlteiler 138 werden die von dem ersten Modul 136a kom- menden gebeugten vertikal polarisierten Sendesignale 132a-a, 132a-b und 132a-c mit den drei eingestellten Strahlrichtungen, von denen in der Figur 14 nur die Strahlrichtung 166a gezeigt ist, auf drei getrennten Signalwegen, von denen in der Figur 14 nur der Signalweg 141 a gezeigt ist, in der Schwenkebene 152 auf geradem Wege unter Beibehaltung ihrer vertikalen Polarisationsrichtung 170 in den Überwachungsbereich 1 14 ausgerichtet. Die von dem zweiten Modul 136b kommenden gebeugten horizontal polarisierten Sendesignale 132b-a, 132b-b und 132b-c mit den drei eingestellten Strahlrichtungen, von denen der Figur 14 nur die Strahlrichtung 166a gezeigt ist, werden um 90° in die Schwenkebene 152 umgelenkt und auf drei getrennten Signalwegen 141 b ebenfalls in den Überwachungsbereich 1 14 ausgerichtet, wobei sie ihre horizontale Polarisationsrichtung 170 beibehalten.
In der Figur 15 ist ein Amplituden-Winkel-Diagramm mit den Einhüllenden 176a-a, 176a-b und 176a-c der gebeugten Sendesignale 132a-a, 132a-b und 132a-c des ersten Moduls 136a und die Einhüllenden 176b-a, 176b-b und 176c-c der gebeugten Sendesignale 132b-a, 132b-b und 132b-c des zweiten Moduls 136b gezeigt. Die jeweils Benachbarten der gebeugten Sendesignale 132a-a, 132a-b, 132a-c, 132b-a, 132b-b und 132b-c sind um den Winkelversatz 178 von 22°, welcher der Halbwertsbreite der jeweiligen Einhüllenden 176a-a, 176a-b, 176a-c, 176b-a, 176b-b, 176c-c entspricht, zueinander geneigt. Die eingestellten Strahlrichtungen 166a-a, 166a-b und 166a-c des ersten Moduls 136a sind also wie beim zweiten Ausführungsbeispiel aus den Figuren 8 bis 13 um den Winkelversatz 178 zueinander geneigt. Ebenso sind die eingestellten Strahlrichtungen 166b-a, 166b-b und 166b-c des zweiten Moduls 136a um den Winkelversatz 178 zueinander geneigt. Das Set der Strahlrichtungen 166b-a, 166b-b und 166b-c des zweiten Moduls 136a ist gegenüber dem Set der Strahlrichtungen 166a-a, 166a-b und 166a-c des ersten Moduls 136a um 66° geneigt. Dabei sind die Strahlrichtung 166a-c des ersten Moduls 136a und die Strahlrichtung 166b-a des zweiten Moduls 136b, welche benachbart sind, ebenso um den Winkelversatz 178 zueinander geneigt. Die Strahlrichtungen 166a-a, 166a-b, 166a-c, 166b-a, 166b-b und 166b-c beider Module 136a und 136b erfassen insgesamt einen Winkel von etwa 1 54°.
Durch die Überlagerung der Einhüllenden 176a-a, 176a-b, 176a-c, 176b-a, 176b-b, 176c-c aller gebeugten Sendesignale 132a-a, 132a-b, 132a-c, 132b-a, 132b-b und 132b-c ergibt sich eine Gesamt-Einhüllende 284 für das in den Überwachungsbereich 1 14 gesendeten Gesamt-Sendesignal 132.
Für alle beschriebenen Ausführungsbeispiele gilt, dass die λ/4-Plättchen 46; 146, die Prismaanordnungen 44; 144 und/oder die optischen Linsen 48; 148 jeweils in einem beispielsweise optischen Element kombiniert sein können.

Claims

Ansprüche
1 . Sendevorrichtung (26; 126; 226) für ein abtastendes optisches Detektionssystem (12) eines Fahrzeugs (10) zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs (14; 1 14) auf Objekte (18) hin, mit wenigstens einer Lichtquelle (40a, 40b; 140a, 140b, 140c) zur Erzeugung wenigstens eines optischen Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) und mit wenigstens einer auf das wenigstens eine Sendesignal (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) diffraktiv wirkenden Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) zur Steuerung wenigstens einer Strahlrichtung (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) des wenigstens einen Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c), dadurch gekennzeichnet, dass
- in wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) eines Sendesignals oder verschiedener Sendesignale (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) wenigstens eine Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) angeordnet ist, die zur Einstellung der zu den jeweiligen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) gehörenden Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) einstellbar ist,
- in den jeweiligen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) hinter der wenigstens einen Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung (38; 138, 144) angeordnet ist zum Ausrichten der eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) in den wenigstens einen Überwachungsbereich (14; 1 14)
- unter Beibehaltung von wenigstens einem vor der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung (38; 138, 144) erzeugten Winkelversatz (78; 178) zwischen den eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c)
- oder unter Erzeugung von wenigstens einem Winkelversatz zwischen den eingestellten Strahlrichtungen.
2. Sendevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelversatz (78; 178) zwischen wenigstens zwei eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) einer Halbwertsbreite wenigstens eines der gebeugten Sendesignale (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) entspricht.
3. Sendevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Winkelversatz (78; 178) mittels einer räumlichen Anordnung wenigs- tens einer Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) und/oder wenigstens einer Lichtquelle (40a, 40b; 140a, 140b, 140c) realisiert ist.
4. Sendevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung wenigstens einen polarisierten Strahlteiler (38; 138) und/oder wenigstens eine Prismaanordnung (144) aufweist oder daraus besteht.
5. Sendevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) ein Optical Phased Array aufweist oder daraus besteht.
6. Sendevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein auf wenigstens eine Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) treffendes Sendesignal (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) zirkulär polarisiert ist.
7. Sendevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein auf wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung (38; 138) treffendes gebeugtes Sendesignal (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) linear polarisiert ist.
8. Sendevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine gebeugte Sendesignal oder die unterschiedlichen gebeugten Sendesignale (32a, 32b; 132a, 132b, 132c), welche auf den wenigstens zwei Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) auf wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung (38; 138) treffen, schräg, insbesondere senkrecht, zu einander linear polarisiert sind.
9. Sendevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem jeweiligen Signalweg (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) vor und/oder hinter wenigstens einer Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) wenigstens ein eine Polarisation des entsprechenden Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) änderndes Bauelement, insbesondere ein λ/4-Plättchen (46a, 46b; 146), angeordnet ist.
10. Sendevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem jeweiligen Signalweg (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) zwischen der wenigstens einen Lichtquelle (40a, 40b; 140a, 140b, 140c) und der wenigstens einen Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) wenigstens ein polarisierender Strahlteiler (42a, 42b; 142) angeordnet ist.
1 1 . Sendevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Signalweg (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) vor und/oder hinter wenigstens einer Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) und gegebenenfalls vor und/oder hinter wenigstens einem polarisationsändernden Bauelement (46a, 46b; 146) wenigstens ein strahlumlenkendes Bauelement (44a, 44b; 144), insbesondere wenigstens ein Prisma, angeordnet ist.
12. Sendevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Signalweg (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) vor und/oder hinter wenigstens einer Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) wenigstens eine optische Linse (48a, 48b; 148a, 148b, 148c) angeordnet ist.
13. Detektionssystem (12) eines Fahrzeugs (10) zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (14; 1 14) auf Objekte (18) hin, aufweisend
- wenigstens eine Sendevorrichtung (26; 126; 226), mit wenigstens einer Lichtquelle (40a, 40b; 140a, 140b, 140c) zur Erzeugung wenigstens eines optischen Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) und mit wenigstens einer auf das wenigstens eine Sendesignal (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) diffraktiv wirkenden Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) zur Steuerung wenigstens einer Strahlrichtung (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) des wenigstens einen Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c),
- wenigstens eine Empfangsvorrichtung (28) zum Empfangen von wenigstens einem optischen Empfangssignal (34), welches von wenigstens einem Sendesignal (32; 132) herrührt, das an einem Objekt (18) reflektiert wird,
- und wenigstens eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung (30) zur Steuerung der wenigstens einen Sendevorrichtung (26; 126; 226) und/oder der wenigstens einen Empfangsvorrichtung (28) und/oder zur Auswertung von mit der wenigstens einen Empfangsvorrichtung empfangenen Empfangssignalen (34), dadurch gekennzeichnet, dass
- in wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) eines Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) oder verschiedener Sendesignale (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) wenigstens eine Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) angeordnet ist, die zur Einstellung der zu den jeweiligen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) gehörenden Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) einstellbar ist,
- in den jeweiligen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) hinter der wenigstens einen Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung (38; 138, 144) angeordnet ist zum Ausrichten der eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) in den wenigstens einen Überwachungsbereich (14; 1 14)
- unter Beibehaltung von wenigstens einem vor der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung (38; 138, 144) erzeugten Winkelversatz (78; 178) zwischen den eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c)
- oder unter Erzeugung von wenigstens einem Winkelversatz (78; 178) zwischen den eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c).
14. Fahrerassistenzsystem (20) eines Fahrzeugs (10), mit wenigstens einem abtastenden optischen Detektionssystem (12) zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (14; 1 14) auf Objekte (18) hin, wobei das wenigstens eine Detektionssystem (12) aufweist wenigstens eine Sendevorrichtung (26; 126; 226), mit wenigstens einer Lichtquelle (40a, 40b; 140a, 140b, 140c) zur Erzeugung wenigstens eines optischen Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) und mit wenigstens einer auf das wenigstens eine Sendesignal (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) diffraktiv wirkenden Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) zur Steuerung wenigstens einer Strahlrichtung (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) des wenigstens einen Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c), wenigstens eine Empfangsvorrichtung (28) zum Empfangen von wenigstens einem optischen Empfangssignal (34), welches von wenigstens einem Sendesignal (32; 132) herrührt, das an einem Objekt (18) reflektiert wird, und wenigstens eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung (30) zur Steuerung der wenigstens einen Sendevorrichtung (26; 126; 226) und/oder der wenigstens einen Empfangsvorrichtung (28) und/oder zur Auswertung von mit der wenigstens einen Empfangsvorrichtung (28) empfangenen Empfangssignalen (32; 132),
- wobei das Fahrerassistenzsystem (20) wenigstens eine Steuer- und/oder Aus- Werteeinrichtung (24) zum Verarbeiten von mit dem wenigstens einen Detekti- onssystem (12) erfassten Objektinformationen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) eines Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) oder verschiedener Sendesignale (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) wenigstens eine Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) angeordnet ist, die zur Einstellung der zu den jeweiligen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) gehörenden Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) einstellbar ist, in den jeweiligen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) hinter der wenigstens einen Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) wenigstens eine Strahlausrichtungseinrichtung (38; 138, 144) angeordnet ist zum Ausrichten der eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) in den wenigstens einen Überwachungsbereich (14; 1 14) unter Beibehaltung von wenigstens einem vor der wenigstens einen Strahlausrichtungseinrichtung (38; 138, 144) erzeugten Winkelversatz (78; 178) zwischen den eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) oder unter Erzeugung von wenigstens einem Winkelversatz (78; 178) zwischen den eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c).
15. Verfahren zum optischen Abtasten eines Überwachungsbereichs (14; 1 14) auf Objekte (18) hin mit einem Detektionssystem (12) eines Fahrzeugs (10), bei dem wenigstens ein optisches Sendesignal (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) erzeugt und zur Steuerung wenigstens einer Strahlrichtung (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) des wenigstens einen Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) mit wenigstens einer diffraktiv wirkenden Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) gebeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Sendesignal oder verschiedene Sendesignale (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) in wenigstens zwei unterschiedlichen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) zu wenigstens einer Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) gesendet werden,
- mit der wenigstens einen Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) zu den jeweiligen Signalwegen (41 a, 41 b; 141 a, 141 b, 141 c) gehörende jeweilige Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) des wenigstens einen Sendesignals (32a, 32b; 132a, 132b, 132c) eingestellt werden
- und die eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) in den wenigstens ein Überwachungsbereich (14; 1 14) ausgerichtet werden,
- wobei vor oder nach der wenigstens einen Beugungseinheit (50a, 50b; 150a, 150b, 150c) zwischen den eingestellten Strahlrichtungen (66a, 66b; 166a, 166b, 166c) wenigstens ein Winkelversatz (78; 178) erzeugt wird.
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