EP3918365A1 - Positionserfassungseinrichtung für eine lichtsignalumlenkeinrichtung einer optischen messvorrichtung zur erfassung von objekten, lichtsignalumlenkeinrichtung, messvorrichtung und verfahren zum betreiben einer positionserfassungseinrichtung - Google Patents

Positionserfassungseinrichtung für eine lichtsignalumlenkeinrichtung einer optischen messvorrichtung zur erfassung von objekten, lichtsignalumlenkeinrichtung, messvorrichtung und verfahren zum betreiben einer positionserfassungseinrichtung

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EP3918365A1
EP3918365A1 EP20701730.2A EP20701730A EP3918365A1 EP 3918365 A1 EP3918365 A1 EP 3918365A1 EP 20701730 A EP20701730 A EP 20701730A EP 3918365 A1 EP3918365 A1 EP 3918365A1
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EP
European Patent Office
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area
deflection
light
detection device
light signals
Prior art date
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EP20701730.2A
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English (en)
French (fr)
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Ho-Hoai-Duc Nguyen
Thomas Schuler
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G02B26/106—Scanning systems having diffraction gratings as scanning elements, e.g. holographic scanners

Definitions

  • Position detection device for a light signal deflection device of an optical measuring device for detecting objects, light signal deflection device, measuring device and method for operating a position detection device
  • the invention relates to a position detection device for a light signal deflecting device of an optical measuring device for detecting objects in a surveillance area, which is designed to provide at least one deflection we at least one deflection area of the light signal deflection device, the at least one deflection area for deflecting at least one serves a light signal and can be rotated at least partially around at least one axis in at least one direction of rotation.
  • the invention relates to a light signal deflection device for an optical measuring device for detecting objects in a monitoring area, the light signal deflection device having
  • At least one deflection region which serves to deflect at least one light signal and which can be rotated at least partially circumferentially with respect to an axis in at least one direction of rotation
  • At least one position detection device with which at least one position signal corresponding to a deflection of at least one deflection region can be provided.
  • the invention relates to an optical measuring device for detecting objects in a monitoring area with
  • At least one transmission device for transmitting light signals in the monitoring area
  • At least one receiving device with which light signals reflected on objects present in the surveillance area can be received
  • At least one light signal deflection device with at least one deflection area for deflecting light signals
  • At least one position detection device which is designed to at least one for deflecting at least one deflection region of the light signal deflection. to provide the corresponding position signal
  • At least one control and evaluation device With at least one control and evaluation device, with which the at least one transmitting device, the at least one receiving device and the at least one light signal deflection device can be controlled and with which received light signals and position signals can be evaluated.
  • the invention relates to a method for operating a position detection device for a light signal deflection device of an optical measuring device for detecting objects in a monitoring area, in which at least one position signal corresponding to a deflection of at least one deflection area of the light signal deflection device is provided, the at least one deflection area is at least partially rotated with respect to at least one axis in at least one direction of rotation and at least one light signal is deflected with the at least one deflection region.
  • a micromirror arrangement for deflecting a light beam from a laser source is known, with a deflectable micromirror and a position detector which is designed to provide a position signal corresponding to a deflection of the micromirror.
  • the invention is based on the object of designing a position detection device, a light signal deflection device, an optical measuring device and a method of the type mentioned at the outset, in which a deflection of at least one deflection area of the light signal deflection device can be detected and / or adjusted more easily and / or more precisely.
  • this object is achieved with the position detection device in that
  • the position detection device has at least one position area which is mechanically coupled to the at least one deflection area of the light signal deflection device such that the at least one position area can also carry out rotations of the at least one deflection area, -
  • the at least one position area is designed to provide at least one position signal corresponding to a deflection of the at least one deflection area and
  • the at least one position area has at least one diffractive structure, which is designed such that light signals can be shaped as position light signals depending on their incidence on the at least one position area.
  • At least one diffractive structure is used in order to shape the light signals which strike the at least one position area into position light signals.
  • the deflection of the at least one deflection area can be determined from the position light signals. In this way, the deflection of at least one deflection area can be recorded better, in particular more precisely and more quickly.
  • the deflection of the at least one deflection area can be detected with high precision.
  • the deflection can be determined independently of an oscillation frequency or rotational speed of the at least one deflection area.
  • a feedback about the deflection can take place in real time. Control of the optical measuring device can be improved accordingly.
  • Diffractive structures can be easily implemented and handled. An adjustment effort can be reduced compared to the position detector known from the prior art. The requirements regarding the quality of the light signals can also be reduced. Furthermore, diffractive structures can be individually adapted to achieve the desired shaping of the light signals.
  • diffractive structures are structures on which light beams, in particular laser beams, can be formed. This is done as a diffraction on optical gratings.
  • the diffractive structures can be designed individually. They can be implemented in such a way that an incident light beam is shaped accordingly depending on the angle of incidence and / or an incidence on the diffractive structure. Diffractive structures can be operated in transmission and / or reflection.
  • a light signal deflection device for an optical measuring device tion can be realized with a durable and maintenance-free position detection device. Furthermore, the position detection device can be designed simply and compactly. This enables a high degree of flexibility to be achieved without the need for a complex optical design.
  • the at least one deflection area with at least one drive device can be driven in a rotating or oscillating manner.
  • a vibration of the at least one deflection region about the axis in the sense of the invention is a partial circumferential rotation in which the direction of rotation is reversed when the corresponding reversal point is reached.
  • the at least one position area is mechanically coupled to the at least one deflection area such that the at least one position area can also carry out rotations of the at least one deflection area.
  • an incidence of the light signals used for the position detection on the at least one position area is changed.
  • the incidence is characterized by the angle of incidence and the point of incidence at which the light signal strikes the at least one position area.
  • To change the incidence either the angle of incidence or the incidence or both can be changed.
  • At least one light signal hitting the at least one position area can be implemented as a light pulse.
  • a beginning and an end of a light pulse can be determined, in particular measured.
  • the light signal deflection device can advantageously be designed as a micromirror arrangement which has at least one micromirror which can be rotated or pivoted about an axis.
  • the mirror surface of the micromirror forms a deflection region around which serves to deflect at least one light signal.
  • the light signal deflection device can have at least one diffractive structure as the deflection region.
  • the at least one diffractive structure can be arranged on a substrate, which in turn is rotatable or pivotable about the axis. In this way, the at least one diffractive structure of the deflection area can be rotated or pivoted.
  • At least one position area can accordingly be arranged on the at least one micromirror or the at least one substrate. To this The at least one position area can be rotated or pivoted together with the respective deflection area, namely a mirror surface or another diffractive structure.
  • the optical measuring device can advantageously operate according to a light transit time method, in particular a light pulse transit time method.
  • Optical measuring devices operating according to the light pulse transit time method can be designed and designated as time-of-flight (TOF), light detection and ranging systems (LiDAR), laser detection and ranging systems (LaDAR) or the like .
  • TOF time-of-flight
  • LiDAR light detection and ranging systems
  • LaDAR laser detection and ranging systems
  • a transit time from the emission of a light signal with the transmitting device and the reception of the corresponding reflected light signal with a corresponding receiving device of the measuring device is measured and a distance between the measuring device and the detected object is determined therefrom.
  • the optical measuring device can advantageously be designed as a scanning system.
  • a monitoring area can be scanned with light signals.
  • the beam directions of the corresponding light signals can be pivoted over the monitoring area, so to speak.
  • At least one light signal deflection device is used here.
  • the optical measuring device can advantageously be designed as a laser-based distance measuring system.
  • the laser-based distance measuring system can have at least one laser, in particular a diode laser, as the transmitter light source.
  • pulsed laser signals can be sent as light signals with the at least one laser.
  • the laser can emit light signals in frequency ranges that are visible or invisible to the human eye.
  • at least one receiving device can have a detector designed for the frequency of the emitted light, in particular a (avalanche) photodiode, a diode array, a CCD array or the like.
  • the laser-based distance measuring system can advantageously be a laser scanner.
  • a laser scanner can be used to scan a monitoring area with, in particular, pulsed laser signals.
  • the invention can advantageously be used in a vehicle, in particular a motor vehicle.
  • the invention can be used in a land vehicle, in particular a passenger car, a truck, a bus, a motorcycle or the like, an aircraft and / or a watercraft.
  • the invention can also be used in vehicles that can be operated autonomously or at least partially autonomously.
  • the invention can also be used in a stationary measuring device.
  • standing or moving objects in particular vehicles, people, animals, obstacles, road bumps, in particular potholes or stones, road boundaries, free spaces, in particular parking spaces, or the like, can be detected.
  • the optical measuring device can be part of a driver assistance system and / or a chassis control of a vehicle or be connected to it.
  • the information determined with the optical measuring device can be used to control functional components of the vehicle.
  • the functional components can be used in particular to control driving functions, in particular steering, a braking system and / or a motor, and / or signaling devices of the vehicle.
  • the vehicle can be steered with the corresponding functional components and / or its speed changed, in particular stopped, and / or at least one signal can be output.
  • At least one diffractive structure can be configured as a diffractive optical element.
  • Diffractive optical elements DoE
  • DoE can be individually manufactured and adapted to the corresponding requirements. With diffractive optical elements, a targeted and individually definable shaping of the light signals can be achieved.
  • At least one position area can have a transparent effect on the light signals and / or at least one position area can have a reflective effect on the light signals.
  • the position detection device can either have position areas which are transparent to the light signals or have position areas which have a reflective effect on the light signals.
  • the position detection device can have both at least one translucent position area and at least one reflective position area.
  • Position areas permeable to light signals have the advantage that a light source for generating the light signals striking the at least one position area can be arranged on the side of the at least one position area opposite a position detector which serves to receive the position light signals. In this way, there are no zones that are covered by the light source.
  • Reflective position areas have the advantage that they can shine into the rear space in which the at least one light source can be located.
  • At least one position area can be realized in, on and / or on at least one substrate.
  • Mechanical stability can be increased with the substrate.
  • the substrate can serve as a mechanical holder. So the substrate can in particular be mounted on at least one corre sponding axis about which it can be rotated.
  • the substrate can advantageously be transparent to light signals.
  • the at least one position area can also be arranged on a light exit side of the substrate.
  • the substrate can advantageously be made of glass, plastic or the like, onto which the respective diffractive structure can be realized by coating or removal, in particular etching or the like.
  • At least one substrate can advantageously be implemented as a thin layer.
  • at least one position area can be arranged on the light entry side of a substrate and / or at least one position area can be arranged on the light exit side of a substrate.
  • the corresponding shaping of the light signals can take place before entering the substrate.
  • the light signals can be shaped when leaving the substrate.
  • the position detection device can have or use at least one light source with which it can generate light signals that can be transmitted at least partially to at least one position range. In this way, the light signals can be sent to at least one position range.
  • the position detection device can advantageously use a transmitter light source of a transmitter device of the optical measuring device as the light source. In this way, an existing transmitter light source can be turned over.
  • a light beam from the transmitter light source can be divided or fanned out in particular by means of at least one optical system.
  • part of the light beam can be sent to the monitoring area, while another part of the light beam is sent to at least one position area.
  • the division or fanning out of the light beam of the light beam from the transmitter light source can be carried out with the aid of at least one optical system, in particular at least one optical lens.
  • the position detection device can advantageously have its own light source. In this way, the position detection device can be operated independently of the transmission device.
  • At least one light source can advantageously have at least one laser. Light pulses can be emitted with a laser.
  • the at least one The light source can consist of at least one laser. Alternatively, at least one laser can be part of the at least one light source.
  • At least one light source can advantageously have at least one surface emitter (VCSEL), an edge emitter, a fiber laser, a diode laser or another type of laser, in particular a semiconductor laser.
  • VCSEL surface emitter
  • edge emitter a fiber laser
  • diode laser a diode laser
  • semiconductor laser a semiconductor laser
  • the position detection device can advantageously have or use at least one optical system which is arranged between at least one light source and at least one position area.
  • the light signals can be shaped accordingly, in particular focused and / or expanded.
  • the position detection device can advantageously use at least one optical system of the transmitting device and / or one receiving device of the optical measuring device. This means that there is no need for separate optical systems.
  • the position detection device can use at least one of its own optical systems. In this way, the position detection device can be operated independently of the transmitting device and / or the receiving device.
  • At least one optical system can advantageously have at least one optical lens.
  • Light signals can be shaped with an optical lens.
  • the position detection device can have or use at least one receiver with which position light signals can be received and converted into electrical signals.
  • the position detection device can advantageously use at least one receiver of a receiving device of the optical measuring device. In this way, an already existing receiver can be turned. Alternatively or additionally, the position detection device can advantageously have its own receiver. In this way, the position detection device can be operated independently of the receiving device.
  • At least one receiver that is used by the position detection device can have at least one detector, in particular a (avalanche) photodiode, a diode array, a CCD array or the like.
  • a detector in particular a (avalanche) photodiode, a diode array, a CCD array or the like.
  • the position light signals can be received and processed in a spatially resolved manner.
  • At least one position area can be designed such that it can be used to provide light signals with a code which corresponds to the incidence of the light signals.
  • coded position light signals can be generated, which can be decoded on the receiver side.
  • the coded position light signals can correspond to the deflection of the at least one deflection area.
  • the position detection device can advantageously have at least one code table le for coding the light signals and / or for decoding the position light signals. In this way, the deflection of the at least one deflection area can be determined faster and more efficiently.
  • the light signals can advantageously be binary coded with the at least one diffractive structure.
  • Binary codes can be generated, transmitted and decoded easily and reliably.
  • At least one diffractive structure of at least one position area can be designed such that light signals can be shaped into position light signals depending on their angle of incidence on the at least one diffractive structure. In this way, the deflection of the at least one deflection area can be determined directly from the angle of incidence.
  • At least one position area can have a plurality of diffractive structures which are at different distances from the at least one axis are arranged side by side and have different light signal shaping properties, and / or at least one position area can have at least one diffractive structure which has different light signal shaping properties at different distances from the at least one axis.
  • the light signals can be shaped differently at different points of incidence.
  • the deflection of at least one deflection area can thus be determined from the change in the point of incidence of the light signals to the at least one position area when the deflection area is rotated.
  • At least one position region can advantageously have a plurality of diffractive structures, which can be arranged next to one another. Accordingly, many different individual shapes of the light signals can be realized along the extent of the at least one position range.
  • a light signal shaping property of at least one position area can vary over its extent in at least one direction of expansion. In this way, a variation in the shaping of the light signals depending on the point of incidence can be realized in particular continuously.
  • At least one light signal can be directed at at least one of the axes and / or at least one light signal can be directed at at least one of the axes.
  • At least one light signal can be directed onto the at least one axis.
  • the deflection of the at least one deflection area can be determined directly from the angle of incidence of the light signals onto the corresponding diffractive structure of the at least one position area.
  • the size of the diffractive structure can be limited to the environment around the axis.
  • At least one light signal can be directed next to at least one axis.
  • the deflection of the at least one deflection region can be determined from the angle of incidence and / or the point of incidence of the light signals onto the at least one position region.
  • the position detection device has at least one position area which is mechanically coupled to the at least one deflection area of the light signal deflection device such that the at least one position area can also carry out rotations of the at least one deflection area,
  • the at least one position area is designed to provide at least one position signal corresponding to a deflection of the at least one deflection area and
  • the at least one position area has at least one diffractive structure, which is designed such that light signals can be shaped as position light signals depending on their incidence on the at least one position area.
  • the light signals with the at least one diffractive structure are shaped into position light signals.
  • a deflection of the at least one deflection region can thus be detected more easily and more precisely.
  • the object is achieved according to the invention in the optical measuring device in that
  • the position detection device has at least one position area which is mechanically coupled to the at least one deflection area of the light signal deflection device such that the at least one position area can also carry out rotations of the at least one deflection area,
  • the at least one position area is designed to provide at least one position signal corresponding to a deflection of the at least one deflection area and
  • the at least one position area has at least one diffractive structure, which is designed such that light signals can be shaped as position light signals depending on their incidence on the at least one position area.
  • the at least one position detection device can advantageously be designed as a position detection device according to the invention.
  • the position detection device has at least one position area which is mechanically coupled to the at least one deflection area of the light signal deflection device and is also rotated with the at least one deflection area,
  • a position signal corresponding to a deflection of the at least one deflection area is provided with the at least one position area and
  • At least one diffractive structure is used to convert the light signals striking the at least one position area into position light signals.
  • FIG. 1 shows a front view of a vehicle with an optical measuring device which is connected to a driver assistance system
  • FIG. 2 shows an optical measuring device according to a first exemplary embodiment with a driver assistance system, which is in the vehicle from FIG can be used;
  • FIG. 3 shows a light signal deflection device of a transmission device of the measuring device from FIG. 2 in a view in the direction of an axis with which the light signal deflection device can be rotated;
  • FIG. 4 shows a position detection device of the optical measuring device from FIGS. 1 to 3;
  • FIG. 5 shows a coding table of the position detection device from FIG. 4;
  • Figure 6 shows a position detection device of an optical measuring device according to a second embodiment.
  • the vehicle 10 has an optical measuring device 12, for example a laser scanner.
  • the optical measuring device 12 is arranged, for example, in a front bumper of the vehicle 10.
  • the vehicle 10 has a driver assistance system 14 with which the vehicle 10 can be operated autonomously or partially autonomously.
  • the optical measuring device 12 is functionally connected to the driver assistance system 14, so that information that can be obtained with the measuring device 12 can be transmitted to the driver assistance system 14.
  • a monitoring area 16 in the exemplary embodiment shown, in the direction of travel in front of the motor vehicle 10, can be monitored for objects 18.
  • the measuring device 12 works according to a time-of-flight method.
  • light signals 20 for example in the form of laser pulses, are sent to the monitoring area 16.
  • Light signals 22 reflected on any object 18 are received by the measuring device 12.
  • a distance between the object 18 and the measuring device 12 is determined from a transit time between the transmission of the light signals 20 and the reception of the reflected light signals 22.
  • the beam direction of the light signals 20 is pivoted over the monitoring area 16 during the measurements. In this way, the monitoring area 16 is scanned. From the beam direction of the light signals 20, which are reflected on the object 18, a direction of the Object 18 is determined relative to the measuring device 12.
  • the measuring device 12 comprises a transmitting device 24, a receiving device 26 and an electronic control and evaluation device 28.
  • the transmission device 24 which is shown by way of example in FIG. 2, comprises a transmission light source 30, an optical system in the form of a transmission lens 32 and a transmitter light signal deflection device 34.
  • the receiving device 26 comprises an optical receiver 36, a receiver lens 38 and a receiver light signal deflection device 40.
  • the transmitter light source 30 has a laser, for example. Pulsed laser signals can be generated as light signals 20 with the transmitted light source 30.
  • the light signals 20 can be expanded in a direction transverse to their beam direction. This is indicated in FIG. 2 by a dashed trapezoid.
  • the light signals 20 are expanded with the transmitter lens 32 in the direction of an axis 46, for example in the vertical direction.
  • the transmitter light signal deflection device 34 is located in the beam path of the transmitter light source 30 behind the transmitter lens 32. With the aid of the transmitter light signal deflection device 34, the beam direction of the light signals 20 can be pivoted in one plane. For example, the swivel plane runs perpendicular to the direction in which the light signals 20 are expanded with the transmitter lens 32, for example horizontally. In this way, the monitoring area 16 can be scanned in the horizontal direction with successive light signals 20.
  • the receiver 36 is designed, for example, as a CCD chip, array, photodiode or other type of detector for receiving the reflected light signals 22 in the form of laser pulses.
  • the received light signals 22 are converted into electronic signals.
  • the electronic signals are transmitted to the control and evaluation device 28.
  • the transmitting device 24 and the receiving device 26 are controlled. Furthermore, with the control and evaluation devices 28, the electronic signals obtained from the received light signals 22 are evaluated. With the control and evaluation devices 28, the light propagation time and therefrom the distance of the object 18 at which the light signals 22 were reflected are determined. In addition, the direction of the object 18 is determined with the control and evaluation devices 28.
  • the transmitter light deflection device 24 includes, for example, a transmitter deflection area 42a in the form of a diffractive structure.
  • the diffractive structure is realized, for example, as a so-called diffractive optical element.
  • the transmitter deflection area 42a is realized, for example, on a rectangular, flat substrate 44.
  • the substrate 44 is, for example, a glass plate or plastic plate, also as a thin film, which is permeable to the light signals 20.
  • the transmitter deflection region 42a is arranged on the side of the substrate 44 which faces away from the transmission lens 32.
  • the transmitter deflection region 42a extends as a strip almost over the entire width of the substrate 44 transversely to the axis 46.
  • the substrate 44 is fixed on the axis 46.
  • the axis 46 in turn is driven by a motor 50, so that the substrate 44 and with it the deflection region 42a is pivoted back and forth about the axis 46.
  • the pivoting direction of the substrate 44 and thus the deflection area 42a is indicated in FIG. 2 by a double arrow 48.
  • the motor 50 is, for example, a voice coil motor.
  • the motor 50 is controllably connected to the control and evaluation device 28. Instead of a voice coil motor, a different type of drive device can also be provided as the motor 50.
  • the transmitter deflection region 42a is, as is also shown in FIG. 3, in the beam path of the light signals 20 of the transmission device 24.
  • FIG. 3 shows the transmitter lens 32 and the transmitter light signal deflection device 34 viewed from above in the direction of the axis 46.
  • the light signals 20 are diffracted depending on their incidence on the deflection area 42a.
  • the incidence is defined by an angle of incidence 52 and an incidence 53.
  • the angle of incidence 52 is the angle between an incident beam direction 54 of the light signals 20 and the entrance surface of the transmitter deflection area 42a.
  • the diffractive structure of the transmitter deflection area 42a is configured, for example, such that a diffraction angle 56 on the exit side is constant relative to the exit surface of the deflection area 42a regardless of the angle of incidence 52.
  • a deflection angle 58 between the incident beam direction 54 and the exit beam direction 57 of the deflected light signals 20 is composed of the incident angle 52 and the constant diffraction angle 56.
  • the transmitter deflection region 42 is pivoted about the axis 46, which is only leads to a change in the angle of incidence 52.
  • the exit beam direction 57 of the light signals 20 is pivoted in the monitoring area 16.
  • a viewing area 64 which defines the monitoring area 16, can be scanned.
  • the viewing area limits 49 of the viewing area 64 are indicated in FIG. 3 with dashed lines.
  • the receiver light signal deflection device 40 comprises a receiver deflection area 42b.
  • the receiver deflection area 42b is a diffractive structure, for example a diffractive optical element.
  • the receiver deflection area 42b is realized on the same substrate 44 on which the transmitter deflection area 42a is also realized.
  • the receiver deflection region 42b is arranged on the side of the substrate 44 which faces the receiver lens 38.
  • the receiver deflection area 42b extends almost over the entire width of the substrate 44 transversely to the axis 46.
  • the extent of the receiver deflection area 42b in the direction of the axis 46 is greater than the corresponding extent of the transmitter deflection area 42a.
  • the transmission light deflection device 34 and the receiver light signal deflection device 40 are mechanically coupled with the aid of the common substrate 44. In this way, the transmitter deflection area 42a and the receiver deflection area 42b can be pivoted together with the axis 46. Only a single motor 50 is required for this.
  • the receiver deflection area 42b is designed in such a way that light signals 22, which come from the monitoring area 16, are reflected therewith in every pivot position of the receiver deflection area 42b, or the substrate 44, onto the receiver lens 38.
  • the deflected reflected light signals 22 are focused on the receiver 36 with the receiver lens 38.
  • the measuring device 12 also has a position detection device 60. With the position detection device 60, a deflection of the substrate 44 and thus the transmitter light deflecting device 34 or the transmitter deflecting area 42a and the receiver light signal deflecting devices 40 or the receiver deflecting area 42b can be determined.
  • the position detection device 60 comprises a position area 62 in the form of a diffractive structure 63, for example a diffractive optical element, and an optical position detector 66.
  • the position region 62 is arranged on the side of the substrate 44 which faces the light source 30.
  • the position area 62 viewed in the direction of the axis 46, is, for example, between the transmitter deflection area 42a and the receiver deflection area 42b.
  • the position area 62 extends, as is also shown in FIG. 4, as a strip, for example perpendicular to the axis 46, almost over the entire width of the substrate 44.
  • the position area 62 is arranged close enough to the transmitter deflection area 42 that part of the with the transmitter lens 32 fanned light signal 20, as shown in FIG. 2, falls on the position area 62.
  • the diffractive structure 63 of the position area 62 is designed in such a way that light signals 20 which strike the position area 62 are coded as a function of the angle of incidence 52 of the light signals 20 on the position area 62.
  • the coding character Here, the respective angle of incidence 52.
  • the angle of incidence 52 corresponds to a pivoting angle 72 of the substrate 44 and thus the transmitter deflection regions 42a and the receiver deflection region 42b, which characterizes the deflection thereof.
  • the coding is carried out, for example, in accordance with a coding table 74 shown in FIG. 5 in a binary code 76.
  • a swivel angle 72 of 0.05 ° corresponds to the binary code 76 “10001 10”.
  • a swivel angle 72 of 0.1 ° corresponds to binary code 76 "0100101”.
  • a swivel angle 72 of 0.15 ° corresponds to binary code 76 "001001 1”.
  • a swivel angle 72 of 0.2 ° corresponds to binary code 76 "0001 1 1 1".
  • the light signals 20 are encoded and reflected as position light signals 68 and sent to the position detector 66.
  • the position detector 66 is arranged, for example, next to the transmitter light source 30 at the same height.
  • the position detector 66 can be configured, for example, as a single detector, line detector or area detector.
  • a CCD chip, a photodiode or the like can be used for this.
  • the coded light signals 68 are converted with the position detector 66 into electrical position signals and transmitted to the control and evaluation devices 28.
  • the electrical position signals are decoded with the control and evaluation devices 28 on the basis of the coding table 74.
  • the swivel angle 72 of the position area 62 and thus of the substrate 44, the transmitter deflection area 42a and the receiver deflection area 42b is determined from the decoded electrical position signals.
  • a current deflection of the transmitter light deflection device 34 and the receiver light signal deflection device 40 is thus determined with the aid of the position detection device 60.
  • the position area 62 can be designed for transmission instead of for reflection of the light signals.
  • the position detector 66 is located on the opposite side of the transmitter light source 30 from the position region 62.
  • light signals 20 pulsed with the transmission light source 30 are transmitted through the transmission lens 32 to the transmission deflection region 42a and the position region 62.
  • the light signals 20 are directed to the axis 46.
  • the light signals 20 are sent depending on the angle of incidence 52, that is, depending on the deflection of the substrate 44, in the monitoring area 16.
  • the transmitter deflection area 42 is shown in two deflections.
  • the light signals 22 reflected on the object 18 are directed onto the receiver lens 38 with the receiver deflection area 42. With the receiver lens 38, the reflected light signals 22 are focused on the receiver 36.
  • the reflected light signals 22 are converted into electrical signals with the receiver 36 and transmitted to the control and evaluation device 28.
  • the transit time of the light signals 20 and the corresponding reflected light signals 22 is determined with the control and evaluation devices 28 and a distance from the detected object 18 to the measuring device 12 is determined therefrom.
  • FIG. 4 shows the position range 62 in the two deflections which correspond to FIG. 3.
  • the swivel angle 72 is determined from the position light signals 68.
  • the direction of the detected object 18 relative to the measuring device 12 is determined from the swivel angle 72, ie the deflection of the transmitter light signal deflection device 34 and the receiver light signal deflection device 40.
  • the axis 46 is rotated by the motor 50 and the substrate 44 is thus pivoted back and forth. In this way, successively emitted pulsed light signals 20 experience different deflections in the monitoring area 16. Thus, the monitoring area 16 is scanned with the pulsed light signals 20.
  • FIG. 6 shows a position detection device 60 according to a second embodiment. example shown. Those elements which are similar to those of the position detection device 60 according to the first exemplary embodiment from FIGS. 1 to 5 are provided with the same reference numerals.
  • the position region 62 of the position detection device 60 according to the second exemplary embodiment has a plurality of diffractive structures 53 in the form of diffractive optical elements.
  • the diffractive structures 53 are arranged next to one another at different distances from the axis 46.
  • the diffractive structures 53 have different light signal shaping properties. In this way, when a light signal 20 strikes one of the diffractive structures 53, it is correspondingly individually coded.
  • the light signals 20 are directed next to the axis 46.
  • the light signals 20 hit the position region 62 at different incidence points 53 and thus encounter different diffractive structures 53.
  • the light signals 20 strike fourth diffractive structure 53 from the left, for example.
  • the light signals 20 hit the third diffractive structure 53 from the left, for example.
  • the light signals 20 are encoded in the position area 62 with the corresponding diffractive structures 53 and sent to the receiver 66.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungseinrichtung (60) für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) einer optischen Messvorrichtung (12) zur Erfassung von Objekten (18) in einem Überwachungsbereich (16), eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40), eine optische Messvorrichtung (12) und ein Verfahren zum Betreiben einer Positionserfassungseinrichtung (60). Die Positionserfassungseinrichtung (60) ist dazu ausgelegt, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen. Der wenigstens eine Umlenkbereich (42a, 42b) dient zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals (20, 22) und ist bezüglich wenigstens einer Achse (46) in wenigstens einer Drehrichtung (48) wenigstens teilumfänglich drehbar. Die Positionserfassungseinrichtung (60) weist wenigstens einen Positionsbereich (62) auf, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich (62) Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) mit vollziehen kann. Der wenigstens eine Positionsbereich (62) ist dazu ausgelegt, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen. Der wenigstens eine Positionsbereich (62) weist wenigstens eine diffraktive Struktur (63) auf, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Einfall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) zu Positions-Lichtsignalen (68) geformt werden können.

Description

Beschreibung
Positionserfassungseinrichtung für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung einer optischen Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten, Lichtsignalumlenkeinrichtung, Messvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Positionserfassungseinrichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungseinrichtung für eine Lichtsignalumlenkein richtung einer optischen Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Über wachungsbereich, welche dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung we nigstens eines Umlenkbereichs der Lichtsignalumlenkeinrichtung korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich zum Umlen ken wenigstens eines Lichtsignals dient und bezüglich wenigstens einer Achse in we nigstens einer Drehrichtung wenigstens teilumfänglich drehbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Lichtsignalumlenkeinrichtung für eine optische Mess vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, wobei die Lichtsignalumlenkeinrichtung aufweist
- wenigstens einen Umlenkbereich, der zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals dient und der bezüglich einer Achse in wenigstens einer Drehrichtung wenigstens teil umfänglich drehbar ist, und
- wenigstens eine Positionserfassungseinrichtung, mit der wenigstens ein zu einer Aus lenkung wenigstens eines Umlenkbereichs korrespondierendes Positionssignal bereit gestellt werden kann.
Außerdem betrifft die Erfindung eine optische Messvorrichtung zur Erfassung von Ob jekten in einem Überwachungsbereich, mit
- wenigstens einer Sendeeinrichtung zur Sendung von Lichtsignalen in den Überwa chungsbereich,
- wenigstens einer Empfangseinrichtung, mit der an etwa im Überwachungsbereich vorhandenen Objekten reflektierte Lichtsignale empfangen werden können,
- wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung mit wenigstens einem Umlenkbereich zur Umlenkung von Lichtsignalen,
- wenigstens einer Positionserfassungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, wenigs tens ein zu einer Auslenkung wenigstens eines Umlenkbereichs der Lichtsignalumlenk- einrichtung korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen,
- mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, mit der die wenigstens eine Sendeeinrichtung, die wenigstens eine Empfangseinrichtung und die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung gesteuert werden können und mit der empfangene Licht signale und Positionssignale ausgewertet werden können.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Positionserfas sungseinrichtung für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung einer optischen Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, bei dem wenigstens ein zu einer Auslenkung wenigstens eines Umlenkbereichs der Lichtsignalumlenkeinrichtung korrespondierendes Positionssignal bereitgestellt wird, wobei der wenigstens eine Um- lenkbereich bezüglich wenigstens einer Achse in wenigstens einer Drehrichtung we nigstens teilumfänglich gedreht wird und mit dem wenigstens einen Umlenkbereich we nigstens ein Lichtsignal umgelenkt wird.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2015 219 447 A1 ist eine Mikrospiegelanordnung zum Ablenken eines Lichtstrahls von einer Laserquelle bekannt, mit einem auslenkbaren Mikrospiegel und einem Positionsdetektor, der dazu ausgelegt ist, ein zu einer Auslenkung des Mikro spiegels korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionserfassungseinrichtung, eine Lichtsignalumlenkeinrichtung, eine optische Messvorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine Auslenkung wenigstens eines Umlenkbereichs der Lichtsignalumlenkeinrichtung einfacher und/oder genauer erfasst und/oder eingestellt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der Positionserfassungseinrichtung dadurch gelöst, dass
- die Positionserfassungseinrichtung wenigstens einen Positionsbereich aufweist, wel cher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich der Lichtsignalumlenkeinrichtung me chanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs mit vollziehen kann, - der wenigstens eine Positionsbereich dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen und
- der wenigstens eine Positionsbereich wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale abhängig von deren Einfall auf den we nigstens einen Positionsbereich zu Positions-Lichtsignalen geformt werden können.
Erfindungsgemäß wird wenigstens eine diffraktive Struktur verwendet, um die Lichtsig nale, welche auf den wenigstens einen Positionsbereich treffen, zu Positions- Lichtsignale zu formen. Aus den Positions-Lichtsignalen kann die Auslenkung des we nigstens einen Umlenkbereichs ermittelt werden. So kann die Auslenkung des wenigs tens einen Umlenkbereichs besser, insbesondere genauer und schneller, erfasst wer den. Mit der erfindungsgemäßen Positionserfassungseinrichtung kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs mit hoher Präzision erfasst werden. Ferner kann die Auslenkung unabhängig von einer Schwingfrequenz oder Drehgeschwindigkeit des wenigstens einen Umlenkbereichs ermittelt werden. Eine Rückmeldung über die Aus lenkung kann in Echtzeit erfolgen. Entsprechend kann eine Regelung der optischen Messvorrichtung verbessert werden.
Diffraktive Strukturen können einfach realisiert und gehandhabt werden. Ein Justage aufwand kann im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Positionsde tektor verringert werden. Die Anforderungen in Bezug auf die Qualität der Lichtsignale können außerdem gesenkt werden. Ferner können diffraktive Strukturen individuell an gepasst werden, um die gewünschte Formung der Lichtsignale zu erreichen.
Diffraktive Strukturen sind bekanntermaßen Strukturen, an denen Lichtstrahlen, insbe sondere Laserstrahlen, geformt werden können. Dies geschieht als Beugung an opti schen Gittern. Dabei können die diffraktiven Strukturen individuell ausgestaltet werden. Sie können so realisiert werden, dass ein einfallender Lichtstrahlen abhängig von dem Einfallswinkel und/oder einer Einfallstelle auf die diffraktive Struktur entsprechend ge formt wird. Diffraktive Strukturen können in Transmission und/oder Reflexion betrieben werden.
Mit der Erfindung kann eine Lichtsignalumlenkeinrichtung für eine optische Messvorrich- tung mit einer langlebigen und wartungsfreien Positionserfassungseinrichtung realisiert werden. Ferner kann die Positionserfassungseinrichtung einfach und kompakt ausge staltet sein. So kann eine hohe Flexibilität erreicht werden, ohne ein komplexes opti sches Design erforderlich ist.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Umlenkbereich mit wenigstens einer An triebseinrichtung drehend oder schwingend angetrieben werden. Eine Schwingung des wenigstens einen Umlenkbereichs um die Achse im Sinne der Erfindung ist eine teilum fängliche Drehung, bei der die Drehrichtung bei erreichen entsprechender Umkehrpunk te umgekehrt wird. Der wenigstens eine Positionsbereich ist mit dem wenigstens einen Umlenkbereich mechanisch so gekoppelt, dass der wenigstens eine Positionsbereich Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs mit vollziehen kann.
Mit Drehung des wenigstens einen Umlenkbereichs wird ein Einfall der für die Positi onserfassung verwendeten Lichtsignale auf den wenigstens einen Positionsbereich verändert. Der Einfall wird durch den Einfallswinkel und die Einfallstelle, in der das Lichtsignal auf den wenigstens einen Positionsbereich trifft, charakterisiert. Zur Verän derung des Einfalls kann entweder der Einfallswinkel oder die Einfallstelle oder beides verändert werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein auf den wenigstens einen Positionsbereich tref fendes Lichtsignal als Lichtpuls realisiert sein. Ein Anfang und ein Ende eines Lichtpul ses kann bestimmt, insbesondere gemessen, werden.
Vorteilhafterweise kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung als Mikrospiegelanordnung ausgestaltet sein, welche wenigstens einen um eine Achse drehbaren oder schwenkba ren Mikrospiegel aufweist. Die Spiegelfläche des Mikrospiegels bildet dabei einen Um lenkbereich, der zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals dient. Alternativ kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung wenigstens eine diffraktive Struktur als Umlenkbereich aufweisen. Die wenigstens eine diffraktive Struktur kann auf einem Substrat angeordnet sein, welches seinerseits um die Achse drehbaren oder schwenkbar ist. Auf diese Wei se ist die wenigstens eine diffraktive Struktur des Umlenkbereichs drehbar oder schwenkbar. Wenigstens ein Positionsbereich kann entsprechend auf dem wenigstens einen Mikrospiegel oder dem wenigstens einen Substrat angeordnet sein. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Positionsbereich gemeinsam mit dem jeweiligen Um lenkbereich, nämlich einer Spiegelfläche oder einer weiteren diffraktiven Struktur, ge dreht oder geschwenkt werden.
Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfah ren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Nach dem Lichtimpuls laufzeitverfahren arbeitende optische Messvorrichtungen können als Time-of-Flight- (TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (LiDAR), Laser-Detection-and-Ranging- Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Lichtsignals mit der Sendeeinrichtung und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals mit einer entsprechenden Emp fangseinrichtung der Messvorrichtung gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Messvorrichtung und dem erkannten Objekt ermittelt.
Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung als scannendes System ausge staltet sein. Dabei kann mit Lichtsignalen ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die Strahlrichtungen der entsprechenden Lichtsigna le über den Überwachungsbereich sozusagen geschwenkt werden. Hierbei kommt we nigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung zum Einsatz.
Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung als laserbasiertes Entfernungs messsystem ausgestaltet sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Senderlichtquelle wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Lasersignale als Licht signale gesendet werden. Mit dem Laser können Lichtsignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Entspre chend kann wenigstens eine Empfangseinrichtung einen für die Frequenz des ausge sendeten Lichtes ausgelegten Detektor, insbesondere eine (Lawinen)fotodiode, ein Di- oden-Array, ein CCD-Array oder dergleichen, aufweisen. Das laserbasierte Entfer nungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem La serscanner kann ein Überwachungsbereich mit insbesondere gepulsten Lasersignalen abgetastet werden. Die Erfindung kann vorteilhafterweise bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraft fahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Land fahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung kann auch bei einer stationären Messvorrichtung eingesetzt werden.
Mit der Messvorrichtung können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahr zeuge, Personen, Tiere, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglö cher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Freiräume, insbesondere Parklücken, oder dergleichen, erfasst werden.
Vorteilhafterweise kann die optische Messvorrichtung Teil eines Fahrerassistenzsys tems und/oder einer Fahrwerksteuerung eines Fahrzeugs sein oder mit diesen verbun den sein. Die mit der optischen Messvorrichtung ermittelten Informationen können zur Steuerung von Funktionskomponenten des Fahrzeugs herangezogen werden. Mit den Funktionskomponenten können insbesondere Fahrfunktionen, insbesondere eine Len kung, ein Bremssystem und/oder ein Motor, und/oder Signalisierungseinrichtungen des Fahrzeugs gesteuert werden. So kann bei Erkennung eines Objekts mit der optischen Messvorrichtung das Fahrzeug mit den entsprechenden Funktionskomponenten gelenkt und/oder in seiner Geschwindigkeit geändert, insbesondere gestoppt, werden und/oder wenigstens ein Signal ausgegeben werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine diffraktive Struktur als diffraktives optisches Element ausgestaltet sein. Diffraktive optische Elemente (DoE) können individuell gefertigt und an die entsprechenden Anforderungen angepasst wer den. Mit diffraktiven optischen Elementen kann eine gezielte und individuell vorgebbare Formung der Lichtsignale erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Positionsbereich für die Lichtsignale durchlässig wirken und/oder wenigstens ein Positionsbereich kann für die Lichtsignale reflektierend wirken. Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung entweder Positionsbereiche aufweisen, welche für die Lichtsignale durchlässig wirken oder Positionsbereiche auf weisen, welche für die Lichtsignale reflektierend wirken.
Alternativ kann die Positionserfassungseinrichtung sowohl wenigstens einen lichtdurch lässigen Positionsbereich als auch wenigstens einen reflektierenden Positionsbereich aufweisen.
Für Lichtsignale durchlässige Positionsbereich haben den Vorteil, dass eine Lichtquelle zur Erzeugung der auf den wenigstens einen Positionsbereich treffenden Lichtsignale auf der einem Positionsdetektor, welcher dem Empfang der Positions-Lichtsignale dient, gegenüberliegenden Seite des wenigstens einen Positionsbereichs angeordnet sein kann. Auf diese Weise gibt es keine Zonen, welche durch die Lichtquelle verdeckt wer den.
Reflektierende Positionsbereiche haben den Vorteil, dass sie in den rückwärtigen Raum, in dem sich die wenigstens eine Lichtquelle befinden kann, strahlen können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Positionsbereich in, an und/oder auf wenigstens einem Substrat realisiert sein. Mit dem Substrat kann eine mechanische Stabilität erhöht werden. Ferner kann das Substrat als mechanische Halterung dienen. So kann das Substrat insbesondere auf wenigstens einer entspre chenden Achse montiert sein, um die es gedreht werden kann.
Vorteilhafterweise kann das Substrat für Lichtsignale durchlässig sein. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Positionsbereich auch auf einer Lichtaustrittsseite des Sub strats angeordnet sein.
Vorteilhafterweise kann das Substrat aus Glas, Kunststoff oder dergleichen sein, auf das die jeweilige diffraktive Struktur durch Beschichtung oder Abtrag, insbesondere Ät zen oder dergleichen, realisiert werden kann.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Substrat als Dünnschicht realisiert sein. Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Positionsbereich auf der Lichteintrittsseite eines Substrats angeordnet sein und/oder wenigstens ein Positionsbereich kann auf der Lichtaustrittsseite eines Substrats angeordnet sein.
Mit Positionsbereichen auf der Lichteintrittsseite kann die entsprechende Formung der Lichtsignale vor dem Eintritt in das Substrat erfolgen.
Mit Positionsbereichen auf der Lichtaustrittsseite können die Lichtsignale bei Verlassen des Substrats geformt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Positionserfassungseinrich tung wenigstens eine Lichtquelle aufweisen oder nutzen, mit welcher Lichtsignale er zeugt werden können, die wenigstens teilweise auf wenigstens einen Positionsbereich gesendet werden können. Auf diese Weise können die Lichtsignale gezielt auf den we nigstens einen Positionsbereich gesendet werden.
Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung als Lichtquelle eine Sender lichtquelle einer Sendeeinrichtung der optischen Messvorrichtung nutzen. Auf diese Weise kann eine ohnehin vorhandene Senderlichtquelle gewendet werden.
Vorteilhafterweise kann insbesondere mittels wenigstens eines optischen Systems ein Lichtstrahl der Senderlichtquelle aufgeteilt oder aufgefächert werden. Auf diese Weise kann ein Teil des Lichtstrahls in den Überwachungsbereich gesendet werden, während ein anderer Teil des Lichtstrahls auf wenigstens einen Positionsbereich gesendet wird. Die Aufteilung oder das Auffächern des Lichtstrahls des Lichtstrahls von der Sender lichtquelle kann mithilfe wenigstens eines optischen Systems, insbesondere wenigstens einer optischen Linse, erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise die Positionserfassungseinrichtung eine eigene Lichtquelle aufweisen. Auf diese Weise kann die Positionserfassungsein richtung unabhängig von der Sendeeinrichtung betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Lichtquelle wenigstens einen Laser aufweisen. Mit einem Laser können gezielt Lichtpulse ausgesendet werden. Die wenigstens eine Lichtquelle kann aus wenigstens einem Laser bestehen. Alternativ kann wenigstens ein Laser Teil der wenigstens einen Lichtquelle sein.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Lichtquelle wenigstens einen Oberflächenemitter (VCSEL), einen Kantenemitter, einen Faserlaser, einen Diodenlaser oder einen andersartigen Laser, insbesondere Halbleiterlaser, aufweisen. Derartige Lichtquellen können einfach und kompakt realisiert werden.
Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens ein optisches System aufweisen oder nutzen, welches zwischen wenigstens einer Lichtquelle und wenigstens einem Positionsbereich angeordnet ist. Mit dem optischen System können die Lichtsignale entsprechend geformt, insbesondere fokussiert und/oder aufgeweitet, werden.
Die Positionserfassungseinrichtung kann vorteilhafterweise wenigstens ein optisches System der Sendeeinrichtung und/oder einer Empfangseinrichtung der optischen Mess vorrichtung nutzen. So kann auf separate optische Systeme verzichtet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens ein eige nes optischen System verwenden. Auf diese Weise kann die Positionserfassungsein richtung unabhängig von der Sendeeinrichtung und/oder der Empfangseinrichtung be trieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein optisches System wenigstens eine optische Lin se aufweisen. Mit einer optischen Linse können Lichtsignale geformt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Positionserfassungseinrich tung wenigstens einen Empfänger aufweisen oder nutzen, mit welchem Positions- Lichtsignale empfangen und in elektrische Signale umgewandelt werden können.
Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens ein Empfänger einer Empfangseinrichtung der optischen Messvorrichtung nutzen. Auf diese Weise kann ein ohnehin vorhandener Empfänger gewendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise die Positionserfassungseinrichtung einen eigenen Empfänger aufweisen. Auf diese Weise kann die Positionserfassungsein richtung unabhängig von der Empfangseinrichtung betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Empfänger, der von der Positionserfassungsein richtung verwendet wird, wenigstens einen Detektor, insbesondere eine (Lawi- nen)fotodiode, ein Dioden-Array, ein CCD-Array oder dergleichen, aufweisen. Mit einem Array können die Positions-Lichtsignale ortsaufgelöst empfangen und verarbeitet wer den.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Positionsbereich so ausgestaltet sein, dass mit diesem Lichtsignale mit einem Code versehen werden können, welcher mit dem Einfall der Lichtsignale korrespondiert. Auf diese Weise kön nen codierte Positions-Lichtsignale erzeugt werden, welche auf der Empfängerseite dekodiert werden können. Die codierten Positions-Lichtsignale kann dabei mit der Aus lenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs korrespondieren.
Vorteilhafterweise kann die Positionserfassungseinrichtung wenigstens eine Codetabel le zum Codieren der Lichtsignale und/oder zum decodieren der Positions-Lichtsignale aufweisen. Auf diese Weise kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbe- reichs schneller und effizienter ermittelt werden.
Vorteilhafterweise können die Lichtsignale mit der wenigstens einen diffraktiven Struktur binär codiert werden. Binärcodes können einfach und zuverlässig erzeugt, übermittelt und decodiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine diffraktive Struktur wenigstens eines Positionsbereich so ausgestaltet sein, dass Lichtsignale ab hängig von deren Einfallswinkel auf die wenigstens eine diffraktive Struktur zu Positi- ons-Lichtsignale geformt werden können. Auf diese Weise kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs direkt aus dem Einfallswinkel ermittelt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Positionsbereich mehrere diffraktive Strukturen aufweisen, welche in unterschiedlichen Abständen zu der wenigstens einen Achse nebeneinander angeordnet sind und unterschiedliche Lichtsig nal formende Eigenschaften aufweisen, und/oder wenigstens ein Positionsbereich kann wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche in unterschiedlichen Abständen zu der wenigstens einen Achse unterschiedliche Lichtsignale formende Eigenschaften aufweist. Auf diese Weise kann an unterschiedlichen Einfallstellen eine unterschiedliche Formung der Lichtsignale erfolgen. So kann die Auslenkung wenigstens eines Umlenk- bereichs aus der Veränderung der Einfallstelle der Lichtsignale auf den wenigstens ein Positionsbereich beim Drehen des Umlenkbereichs ermittelt werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Positionsbereich eine Mehrzahl von diffraktiven Strukturen aufweisen, welche nebeneinander angeordnet sein können. So können ent sprechend viele unterschiedliche individuelle Formungen der Lichtsignale entlang der Ausdehnung des wenigstens einen Positionsbereichs realisiert werden.
Vorteilhafterweise kann eine Lichtsignal formende Eigenschaft wenigstens eines Positi onsbereichs über dessen Ausdehnung in wenigstens einer Ausdehnungsrichtung variie ren. Auf diese Weise kann insbesondere kontinuierlich eine Variation der Formung der Lichtsignale abhängig von der Einfallstelle realisiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtsignal auf wenigstens eine der Achsen gerichtet sein und/oder wenigstens ein Lichtsignal kann neben wenigstens eine der Achsen gerichtet sein.
Wenigstens ein Lichtsignal kann auf die wenigstens eine Achse gerichtet sein. Auf die se Weise kann die Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs direkt aus dem Einfallswinkel der Lichtsignale auf die entsprechende diffraktive Struktur des wenigstens einen Positionsbereich ermittelt werden. Außerdem kann die Größe der diffraktiven Struktur auf die Umgebung um die Achse begrenzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Lichtsignale neben wenigstens eine Achse gerichtet sein. Auf diese Weise kann die Auslenkung des wenigstens einen Um lenkbereichs aus dem Einfallswinkel und/oder der Einfallstelle der Lichtsignale auf den wenigstens einen Positionsbereich ermittelt werden. Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der Lichtsignalumlenkeinrichtung dadurch gelöst, dass
- die Positionserfassungseinrichtung wenigstens einen Positionsbereich aufweist, wel cher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich der Lichtsignalumlenkeinrichtung me chanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs mit vollziehen kann,
- der wenigstens eine Positionsbereich dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen und
- der wenigstens eine Positionsbereich wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale abhängig von deren Einfall auf den we nigstens einen Positionsbereich zu Positions-Lichtsignalen geformt werden können.
Erfindungsgemäß werden die Lichtsignale mit der wenigstens einen diffraktiven Struktur zu Positions-Lichtsignale geformt. So kann eine Auslenkung des wenigstens einen Um lenkbereichs einfacher und genauer erfasst werden.
Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der optischen Messvorrichtung dadurch gelöst, dass
- die Positionserfassungseinrichtung wenigstens einen Positionsbereich aufweist, wel cher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich der Lichtsignalumlenkeinrichtung me chanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs mit vollziehen kann,
- der wenigstens eine Positionsbereich dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs korrespondierendes Positionssignal bereitzustellen und
- der wenigstens eine Positionsbereich wenigstens eine diffraktive Struktur aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale abhängig von deren Einfall auf den we nigstens einen Positionsbereich zu Positions-Lichtsignalen geformt werden können.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Positionserfassungseinrichtung als erfin dungsgemäße Positionserfassungseinrichtung ausgestaltet sein.
Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass
- die Positionserfassungseinrichtung wenigstens einen Positionsbereich aufweist, wel cher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich der Lichtsignalumlenkeinrichtung me chanisch gekoppelt ist und mit dem wenigstens einen Umlenkbereich mitgedreht wird,
- mit dem wenigstens einen Positionsbereich ein zu einer Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs korrespondierendes Positionssignal bereitgestellt wird und
- Lichtsignale abhängig von deren Einfall auf den wenigstens einen Positionsbereich mit wenigstens einer diffraktiven Struktur des wenigstens einen Positionsbereichs zu Positions-Lichtsignalen geformt werden.
Erfindungsgemäß wird wenigstens eine diffraktive Struktur verwendet, um die auf den wenigstens einen Positionsbereich treffenden Lichtsignale zu Positions-Lichtsignale umzuformen.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Positionserfas sungseinrichtung, der erfindungsgemäßen Lichtsignalumlenkeinrichtung, der erfin dungsgemäßen Messvorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile unterei nander 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 nach folgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich nung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschrei bung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
Figur 1 eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einer optischen Messvorrichtung, welche mit einem Fahrerassistenzsystem verbunden ist;
Figur 2 eine optische Messvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Fahrerassistenzsystem, welche in dem Fahrzeug aus der Figur 1 verwendet werden können;
Figur 3 eine Lichtsignalumlenkeinrichtung einer Sendeeinrichtung der Messvorrich tung aus der Figur 2 in einer Ansicht in Richtung einer Achse, mit der die Lichtsignalumlenkeinrichtung gedreht werden kann;
Figur 4 eine Positionserfassungseinrichtung der optischen Messvorrichtung aus den Figuren 1 bis 3;
Figur 5 eine Codiertabelle der Positionserfassungseinrichtung aus der Figur 4;
Figur 6 eine Positionserfassungseinrichtung einer optischen Messvorrichtung ge mäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Fahrzeug 10, beispielsweise ein Personenkraftwagen, in der Vor deransicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 verfügt über eine optische Messvorrichtung 12, beispielsweise einen Laserscanner. Die optische Messvorrichtung 12 ist beispielsweise in einer vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. Ferner verfügt das Fahr zeug 10 über ein Fahrerassistenzsystem 14, mit dem das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden kann. Die optische Messvorrichtung 12 ist funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 14 verbunden, so dass Informationen, welche mit der Messvorrichtung 12 erlangt werden können, an das Fahrerassistenzsystem 14 übermit telt werden können. Mit der Messvorrichtung 12 kann ein Überwachungsbereich 16, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 10, auf Ob jekte 18 überwacht werden.
Die Messvorrichtung 12 arbeitet nach einem Lichtlaufzeitverfahren. Hierzu werden Lichtsignale 20, beispielsweise in Form von Laserpulsen, in den Überwachungsbereich 16 gesendet. An einem etwaigen Objekt 18 reflektierte Lichtsignale 22 werden von der Messvorrichtung 12 empfangen. Aus einer Laufzeit zwischen dem Aussenden der Lichtsignale 20 und dem Empfang der reflektierten Lichtsignale 22 wird eine Entfernung des Objekts 18 zu der Messvorrichtung 12 ermittelt. Die Strahlrichtung der Lichtsignale 20 wird während der Messungen über den Überwachungsbereich 16 geschwenkt. Auf diese Weise wird der Überwachungsbereich 16 abgetastet. Aus der Strahlrichtung der Lichtsignale 20, welche an dem Objekt 18 reflektiert werden, wird eine Richtung des Objekts 18 relativ zu der Messvorrichtung 12 ermittelt.
Die Messvorrichtung 12 umfasst eine Sendeeinrichtung 24, eine Empfangseinrichtung 26 und eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 28.
Die Sendeeinrichtung 24, welche beispielhaft in der Figur 2 gezeigt ist, umfasst eine Sendelichtquelle 30, ein optisches System in Form einer Sendelinse 32 und eine Sen- der-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34.
Die Empfangseinrichtung 26 umfasst einen optischen Empfänger 36, eine Empfänger linse 38 und eine Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40.
Die Senderlichtquelle 30 weist beispielsweise einen Laser auf. Mit der Sendlichtquelle 30 können gepulste Lasersignale als Lichtsignale 20 erzeugt werden.
Mit der Senderlinse 32 können die Lichtsignale 20 in einer Richtung quer zu ihrer Strahlrichtung aufgeweitet werden. Dies in der Figur 2 durch ein gestricheltes Trapez angedeutet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Lichtsignale 20 mit der Senderlinse 32 in Richtung einer Achse 46, beispielhaft in vertikaler Richtung, aufge weitet.
Die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 befindet sich im Strahlengang der Sender lichtquelle 30 hinter der Senderlinse 32. Mithilfe der Sender- Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 kann die Strahlrichtung der Lichtsignale 20 in einer Ebene geschwenkt werden. Beispielsweise verläuft die Schwenkebene senkrecht zu der Richtung, in der die Lichtsignale 20 mit der Senderlinse 32 aufgeweitet werden, bei spielhaft also horizontal. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich 16 mit nach einander folgenden Lichtsignalen 20 in horizontaler Richtung abgetastet werden.
Mit der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 14 werden aus dem Überwachungsbe reich 16 reflektierte Lichtsignale 22 auf die Empfängerlinse 38 umgelenkt. Mit der Emp fängerlinse 38 werden die reflektierten Lichtsignale 22 auf den Empfänger 36 abgebil det. Der Empfänger 36 ist beispielsweise als CCD-Chip, Array, Fotodiode oder andersartiger Detektor zum Empfang der reflektierten Lichtsignale 22 in Form von Laserpulsen aus gestaltet. Mit dem Empfänger 36 werden die empfangenen Lichtsignale 22 in elektroni sche Signale umgewandelt. Die elektronischen Signale werden der Steuer- und Aus werteeinrichtung 28 übermittelt.
Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 werden die Sendeeinrichtung 24 und die Empfangseinrichtung 26 gesteuert. Ferner werden mit der Steuer- und Auswerteeinrich tungen 28 die aus den empfangenen Lichtsignale 22 gewonnenen elektronischen Sig nale ausgewertet. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 wird die Lichtlaufzeit und daraus die Entfernung des Objekts 18, an dem die Lichtsignale 22 reflektiert wur den, ermittelt. Außerdem wird mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 die Rich tung des Objekts 18 ermittelt.
Die Sender-Lichtumlenkeinrichtung 24 umfasst beispielhaft einen Sender- Umlenkbereich 42a in Form einer diffraktiven Struktur. Die diffraktive Struktur ist bei spielsweise als sogenanntes diffraktives optisches Element realisiert. Der Sender- Umlenkbereich 42a ist beispielhaft auf einem rechteckigen, flachen Substrat 44 reali siert. Das Substrat 44 ist beispielsweise eine Glasplatte oder Kunststoffplatte, auch als Dünnfilm, welche für die Lichtsignale 20 durchlässig ist. Der Sender-Umlenkbereich 42a ist auf der Seite des Substrats 44 angeordnet, die der Sendelinse 32 abgewandt ist. Der Sender-Umlenkbereich 42a erstreckt sich als Streifen nahezu über die gesamte Breite des Substrats 44 quer zur Achse 46.
Das Substrat 44 ist auf der Achse 46 befestigt. Die Achse 46 ihrerseits wird mit einem Motor 50 angetrieben, sodass das Substrat 44 und mit diesem der Umlenkbereich 42a um die Achse 46 hin und her geschwenkt wird. Die Schwenkrichtung des Substrats 44 und damit des Umlenkbereichs 42a ist in der Figur 2 durch einen Doppelpfeil 48 ange deutet.
Der Motor 50 ist beispielsweise ein Schwingspulenmotor. Der Motor 50 ist steuerbar mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verbunden. Statt eines Schwingspulenmotors kann auch eine andersartiger Antriebseinrichtung als Motor 50 vorgesehen sein. Der Sender-Umlenkbereich 42a befindet sich, wie auch in der Figur 3 gezeigt ist, im Strahlengang der Lichtsignale 20 der Sendeeinrichtung 24. Die Figur 3 zeigt die Sen derlinse 32 und die Sender-Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 von oben in Richtung der Achse 46 betrachtet. Die Lichtsignale 20 werden abhängig von ihrem Einfall auf den Umlenkbereich 42a gebeugt. Der Einfall ist definiert durch einen Einfallswinkel 52 und eine Einfallstelle 53. Der Einfallswinkel 52 ist der Winkel zwischen einer Einfallstrahl richtung 54 der Lichtsignale 20 und der Eintrittsfläche des Sender-Umlenkbereichs 42a.
Die diffraktive Struktur des Sender-Umlenkbereichs 42a ist beispielsweise so ausgestal tet, dass ein Beugungswinkel 56 auf der Austrittsseite relativ zur Austrittsfläche des Um lenkbereichs 42a unabhängig von dem Einfallswinkel 52 konstant ist. Ein Ablenkungs winkel 58 zwischen der Einfallstrahlrichtung 54 und der Austrittsstrahlrichtung 57 der umgelenkten Lichtsignale 20 setzt sich zusammen aus dem Einfallswinkel 52 und dem konstanten Beugungswinkel 56. Um den Ablenkungswinkel 58 zu verändern, wird der Sender-Umlenkbereich 42 um die Achse 46 geschwenkt, was lediglich zur Veränderung des Einfallswinkel 52 führt. Durch das Schwenken des Sender-Umlenkbereichs 42a wird so die Austrittsstrahlrichtung 57 der Lichtsignale 20 im Überwachungsbereich 16 geschwenkt. Mithilfe des schwenkbaren Sender-Umlenkbereichs 42a kann ein Sichtbe reich 64, welcher den Überwachungsbereich 16 definiert, abgetastet werden. Die Sicht bereichsgrenzen 49 des Sichtbereichs 64 sind in der Figur 3 mit gestrichenen Linien angedeutet.
Die Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 umfasst, wie in der Figur 2 gezeigt, einen Empfänger-Umlenkbereich 42b. Der Empfänger-Umlenkbereich 42b ist eine dif fraktive Struktur, beispielsweise ein diffraktives optisches Element.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Empfänger-Umlenkbereich 42b auf demselben Substrat 44 realisiert, auf dem auch der Sender-Umlenkbereich 42a reali siert ist. Der Empfänger-Umlenkbereich 42b ist auf der Seite des Substrats 44 angeord net, welche der Empfängerlinse 38 zugewandt ist. Der Empfänger-Umlenkbereich 42b erstreckt sich nahezu über die gesamte Breite des Substrats 44 quer zur Achse 46. Die Ausdehnung des Empfänger-Umlenkbereichs 42b in Richtung der Achse 46 ist größer als die entsprechende Ausdehnung des Sender-Umlenkbereichs 42a. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sende-Lichtumlenkeinrichtung 34 und die Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 mithilfe des gemeinsamen Substrats 44 mechanisch gekoppelt. So können der Sender-Umlenkbereich 42a und der Empfänger- Umlenkbereich 42b gemeinsam mit der Achse 46 geschwenkt werden. Hierfür ist nur ein einziger Motor 50 erforderlich.
Der Empfänger-Umlenkbereich 42b ist so ausgestaltet, dass mit diesem reflektierte Lichtsignale 22, welche aus dem Überwachungsbereich 16 kommen, in jeder Schwenk position des Empfänger-Umlenkbereichs 42b, respektive des Substrats 44, auf die Empfängerlinse 38 gelenkt werden. Mit der Empfängerlinse 38 werden die umgelenkten reflektierten Lichtsignale 22 auf dem Empfänger 36 fokussiert.
Die Messvorrichtung 12 weist darüber hinaus eine Positionserfassungseinrichtung 60 auf. Mit der Positionserfassungseinrichtung 60 kann eine Auslenkung des Substrats 44 und damit der Sender-Lichtumlenkeinrichtung 34, respektive des Sender- Umlenkbereichs 42a, und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtungen 40, respekti ve des Empfänger-Umlenkbereichs 42b, ermittelt werden.
Die Positionserfassungseinrichtung 60 umfasst einen Positionsbereich 62 in Form einer diffraktiven Struktur 63, beispielsweise einem diffraktiven optischen Element, und einen optischen Positionsdetektor 66.
Der Positionsbereich 62 ist auf der Seite des Substrats 44 angeordnet, welche der Sen derlichtquelle 30 zugewandt ist. Der Positionsbereich 62 befindet sich in Richtung der Achse 46 betrachtet beispielhaft zwischen dem Sender-Umlenkbereich 42a und dem Empfänger-Umlenkbereich 42b. Der Positionsbereich 62 erstreckt sich, wie auch in der Figur 4 gezeigt ist, als Streifen beispielhaft senkrecht zur Achse 46 nahezu über die gesamte Breite des Substrats 44. Der Positionsbereich 62 ist nah genug an dem Sen der-Umlenkbereich 42 angeordnet, dass ein Teil des mit der Senderlinse 32 aufgefä cherten Lichtsignals 20, wie in der Figur 2 gezeigt, auf dem Positionsbereich 62 fällt.
Die diffraktive Struktur 63 des Positionsbereich 62 ist so ausgestaltet, dass Lichtsignale 20, welche auf dem Positionsbereich 62 treffen, abhängig von dem Einfallswinkel 52 der Lichtsignale 20 auf dem Positionsbereich 62 codiert werden. Die Codierung charakteri- siert dabei den jeweiligen Einfallswinkel 52. bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Einfallswinkel 52 einem Schwenkwinkel 72 des Substrats 44 und damit der Sender-Umlenkbereiche 42a und der Empfänger-Umlenkbereich 42b, welcher de ren Auslenkung charakterisiert.
Die Codierung erfolgt beispielsweise entsprechend einer in der Figur 5 gezeigten Co diertabelle 74 in einem Binärcode 76. Dabei entspricht beispielhaft ein Schwenkwinkel 72 von 0,05° dem Binärcode 76„10001 10“. Ein Schwenkwinkel 72 von 0,1 ° entspricht dem Binärcode 76„0100101“. Ein Schwenkwinkel 72 von 0,15° entspricht dem Binär code 76 „001001 1“. Ein Schwenkwinkel 72 von 0,2° entspricht dem Binärcode 76 „0001 1 1 1“.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Lichtsignale 20 codiert und als Po- sitions-Lichtsignale 68 reflektiert und zu dem Positionsdetektor 66 gesendet.
Der Positionsdetektor 66 ist beispielhaft neben der Senderlichtquelle 30 auf gleicher Höhe angeordnet. Der Positionsdetektor 66 kann beispielsweise als Einzeldetektor, Zei lendetektor oder Flächendetektor ausgestaltet sein. Hierfür kann beispielsweise ein CCD-Chip, eine Fotodiode oder dergleichen verwendet werden.
Die codierten Lichtsignale 68 werden mit dem Positionsdetektor 66 in elektrische Positi onssignale umgewandelt und an die Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 übermittelt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 werden die elektrischen Positionssignale anhand der Codiertabelle 74 decodiert. Aus den decodierten elektrischen Positionssig nale wird der Schwenkwinkel 72 des Positionsbereichs 62 und damit des Substrats 44, des Sender-Umlenkbereichs 42a und des Empfänger-Umlenkbereichs 42b ermittelt. So wird mithilfe der Positionserfassungseinrichtung 60 eine momentane Auslenkung der Sender-Lichtumlenkeinrichtung 34 und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40 ermittelt.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Positionsbereich 62 statt zur Reflexion der Lichtsignale zur Transmission ausgestaltet sein. In diesem Fall befindet sich der Positionsdetektor 66 auf der der Senderlichtquelle 30 gegenüberliegenden Sei te des Positionsbereich 62. Beim Betrieb der Messvorrichtung 12 werden mit der Sendelichtquelle 30 gepulste Lichtsignale 20 durch die Sendelinse 32 auf den Sendeumlenkbereich 42a und den Po sitionsbereich 62 gesendet. Dabei sind die Lichtsignale 20 auf die Achse 46 gerichtet.
Mit dem Sender-Umlenkbereich 42a werden die Lichtsignale 20 abhängig vom Einfalls winkel 52, also abhängig von der Auslenkung des Substrats 44, in den Überwachungs bereich 16 gesendet.
In der Figur 3 ist der Sender-Umlenkbereich 42 in zwei Auslenkungen gezeigt. Die an dem Objekt 18 reflektierten Lichtsignale 22 werden mit dem Empfänger-Umlenkbereich 42 auf die Empfängerlinse 38 gelenkt. Mit der Empfängerlinse 38 werden die reflektier ten Lichtsignale 22 auf den Empfänger 36 fokussiert. Mit dem Empfänger 36 werden die reflektierten Lichtsignale 22 in elektrische Signale umgewandelt und an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 wird die Laufzeit der Lichtsignale 20 und der entsprechenden reflektierten Lichtsignale 22 ermittelt und daraus eine Entfernung des erfassten Objekts 18 zu der Messvorrichtung 12 bestimmt.
Ferner wird mit dem Positionsbereich 62 der auf diesen treffende Anteil der Lichtsignale 20 codiert und als Positions-Lichtsignale 68 zu dem Positionsdetektor 66 gesendet. In der Figur 4 ist der Positionsbereich 62 in den zwei Auslenkungen gezeigt, welche der Figur 3 entsprechen. Aus den Positions-Lichtsignalen 68 wird der Schwenkwinkel 72 bestimmt. Aus dem Schwenkwinkel 72, also der Auslenkung der Sender- Lichtsignalumlenkeinrichtung 34 und der Empfänger-Lichtsignalumlenkeinrichtung 40, wird die Richtung des erfassten Objekts 18 relativ zum Messvorrichtung 12 ermittelt.
Während der Messung wird mit dem Motor 50 die Achse 46 gedreht und damit das Substrat 44 hin und her geschwenkt. Auf diese Weise erfahren nacheinander ausge sendete gepulste Lichtsignale 20 unterschiedliche Ablenkungen in den Überwachungs bereich 16. So wird der Überwachungsbereich 16 mit den gepulsten Lichtsignale 20 abgescannt.
In der Figur 6 ist eine Positionserfassungseinrichtung 60 gemäß einem zweiten Ausfüh- rungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen der Positionserfassungsein richtung 60 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus den Figuren 1 bis 5 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zum ersten Ausfüh rungsbeispiel weist der Positionsbereich 62 der Positionserfassungseinrichtung 60 ge mäß den zweiten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von diffraktiven Strukturen 53 in Form von diffraktiven optischen Elementen auf. Die diffraktiven Strukturen 53 sind ne beneinander in unterschiedlichen Abständen zur Achse 46 angeordnet. Die diffraktiven Strukturen 53 haben unterschiedliche Lichtsignal formgebende Eigenschaften. Auf die se Weise wird beim Auftreffen eines Lichtsignals 20 auf eine der diffraktiven Strukturen 53 dieses entsprechend individuell codiert.
Ferner sind beim zweiten Ausführungsbeispiel die Lichtsignale 20 neben die Achse 46 gerichtet. Beim Drehen des Substrats 44 um die Achse 46 treffen die Lichtsignale 20 in unterschiedlichen Einfallstellen 53 auf den Positionsbereich 62 und somit auf unter schiedliche diffraktive Strukturen 53. In der in der Figur 6 gezeigten Auslenkung mit ei nem Schwenkwinkel 72 von 0°, in der das Substrat 44 gestrichelt dargestellt ist, treffen die Lichtsignale 20 beispielsweise auf die vierte diffraktive Struktur 53 von links. In der Auslenkung mit einem größeren Schwenkwinkel 72 treffen die Lichtsignale 20 bei spielsweise auf die dritte diffraktive Struktur 53 von links. Die Lichtsignale 20 werden abhängig von der Einfallstelle 53 auf dem Positionsbereich 62 mit den entsprechenden diffraktiven Strukturen 53 codiert und zu dem Empfänger 66 gesendet.

Claims

Ansprüche
1. Positionserfassungseinrichtung (60) für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) einer optischen Messvorrichtung (12) zur Erfassung von Objekten (18) in einem Überwachungsbereich (16), welche dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) der Lichtsignalum lenkeinrichtung (34, 40) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich (42a, 42b) zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals (20, 22) dient und bezüglich wenigstens einer Achse (46) in we nigstens einer Drehrichtung (48) wenigstens teilumfänglich drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Positionsbereich (62) aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsig nalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich (62) Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) mit vollziehen kann,
- der wenigstens eine Positionsbereich (62) dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespon dierendes Positionssignal (68) bereitzustellen und
- der wenigstens eine Positionsbereich (62) wenigstens eine diffraktive Struktur (63) aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Ein fall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) zu Positions- Lichtsignalen (68) geformt werden können.
2. Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine diffraktive Struktur (63) als diffraktives optisches Element ausge staltet ist.
3. Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionsbereich (62) für die Lichtsignale (20) durchlässig wirkt und/oder wenigstens ein Positionsbereich für die Lichtsignale reflektierend wirkt.
4. Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionsbereich (62) in, an und/oder auf we nigstens einem Substrat (44) realisiert ist.
5. Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens eine Lichtquelle (30) aufweist oder nutzt, mit welcher Lichtsignale (20) erzeugt werden können, die wenigstens teilweise auf wenigstens einen Positionsbereich (62) ge sendet werden können.
6. Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Empfänger (36) aufweist oder nutzt, mit welchem Positions-Lichtsignale (68) emp fangen und in elektrische Signale umgewandelt werden können.
7. Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionsbereich (62) so ausgestaltet ist, dass mit diesem Lichtsignale (20) mit einem Code (76) versehen werden können, welcher mit dem Einfall (52, 53) der Lichtsignale (20) korrespondiert.
8. Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine diffraktive Struktur (63) wenigstens eines Po sitionsbereich (62) so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Einfallswinkel (52) auf die wenigstens eine diffraktive Struktur (63) zu Positions- Lichtsignale (68) geformt werden können.
9. Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionsbereich (62) mehrere diffraktive Struk turen (63) aufweist, welche in unterschiedlichen Abständen zu der wenigstens einen Achse (46) nebeneinander angeordnet sind und unterschiedliche Lichtsignal for mende Eigenschaften aufweisen, und/oder wenigstens ein Positionsbereich wenigs tens eine diffraktive Struktur aufweist, welche in unterschiedlichen Abständen zu der wenigstens einen Achse unterschiedliche Lichtsignale formende Eigenschaften aufweist.
10. Positionserfassungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lichtsignal (20) auf wenigstens eine der Ach sen (46) gerichtet ist und/oder wenigstens ein Lichtsignal (20) neben wenigstens ei ne der Achsen (46) gerichtet ist.
11. Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) für eine optische Messvorrichtung (12) zur Erfassung von Objekten (18) in einem Überwachungsbereich (16), wobei die Licht signalumlenkeinrichtung (34, 40) aufweist - wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b), der zum Umlenken wenigstens eines Lichtsignals (20, 22) dient und der bezüglich einer Achse (46) in wenigstens einer Drehrichtung (48) wenigstens teilumfänglich drehbar ist, und
- wenigstens eine Positionserfassungseinrichtung (60), mit der wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespondie rendes Positionssignal (68) bereitgestellt werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Positionsbereich (62) aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsig nalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich (62) Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) mit vollziehen kann,
- der wenigstens eine Positionsbereich (62) dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespon dierendes Positionssignal (68) bereitzustellen und
- der wenigstens eine Positionsbereich (62) wenigstens eine diffraktive Struktur (63) aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Ein fall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) zu Positions- Lichtsignalen (68) geformt werden können.
12. Optische Messvorrichtung (12) zur Erfassung von Objekten (18) in einem Überwa chungsbereich (16), mit
- wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) zur Sendung von Lichtsignalen (20) in den Überwachungsbereich (16),
- wenigstens einer Empfangseinrichtung (26), mit der an etwa im Überwachungsbe reich (16) vorhandenen Objekten (18) reflektierte Lichtsignale (22) empfangen wer den können,
- wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) mit wenigstens einem Um lenkbereich (42a, 42b) zur Umlenkung von Lichtsignalen (20, 22),
- wenigstens einer Positionserfassungseinrichtung (60), welche dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitzustellen,
- mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (28), mit der die wenigs tens eine Sendeeinrichtung (24), die wenigstens eine Empfangseinrichtung (26) und die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) gesteuert werden können und mit der empfangene Lichtsignale (22) und Positionssignale (68) ausgewertet werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Positionsbereich (62) aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsig nalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch derart gekoppelt ist, dass der wenigstens eine Positionsbereich (62) Drehungen des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) mit vollziehen kann,
- der wenigstens eine Positionsbereich (62) dazu ausgelegt ist, wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespon dierendes Positionssignal (68) bereitzustellen und
- der wenigstens eine Positionsbereich (62) wenigstens eine diffraktive Struktur (63) aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass Lichtsignale (20) abhängig von deren Ein fall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) zu Positions- Lichtsignalen (68) geformt werden können.
13. Verfahren zum Betreiben einer Positionserfassungseinrichtung (60) für eine Licht signalumlenkeinrichtung (34, 40) einer optischen Messvorrichtung (12) zur Erfas sung von Objekten (18) in einem Überwachungsbereich (16), bei dem wenigstens ein zu einer Auslenkung (72) wenigstens eines Umlenkbereichs (42a, 42b) der Lichtsignalumlenkeinrichtung (34, 40) korrespondierendes Positionssignal (68) be reitgestellt wird, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich (42a, 42b) bezüglich wenigstens einer Achse (46) in wenigstens einer Drehrichtung (48) wenigstens teil umfänglich gedreht wird und mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) wenigstens ein Lichtsignal (20, 22) umgelenkt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Positionserfassungseinrichtung (60) wenigstens einen Positionsbereich (62) aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) der Lichtsig nalumlenkeinrichtung (34, 40) mechanisch gekoppelt ist und mit dem wenigstens einen Umlenkbereich (42a, 42b) mitgedreht wird,
- mit dem wenigstens einen Positionsbereich (62) ein zu einer Auslenkung (72) des wenigstens einen Umlenkbereichs (42a, 42b) korrespondierendes Positionssignal (68) bereitgestellt wird und
- Lichtsignale (20) abhängig von deren Einfall (52, 53) auf den wenigstens einen Positionsbereich (62) mit wenigstens einer diffraktiven Struktur (63) des wenigstens einen Positionsbereichs (62) zu Positions-Lichtsignalen (68) geformt werden.
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