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Die Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung für eine optische Detektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs zum Abtasten eines Umgebungsbereiches des Kraftfahrzeugs durch Orientieren eines Lichtstrahls zu vorbestimmten Abtastzeitpunkten in zu den vorbestimmten Abtastzeitpunkten korrespondierende Abtastsenderichtungen in den Umgebungsbereich, mit einer Lichtquelle zum Aussenden von Licht. Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Detektionsvorrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Abtasten eines Umgebungsbereiches eines Kraftfahrzeugs.
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Im vorliegenden Fall richtet sich das Interesse auf eine optische Detektionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Laserscanner. Mittels der optischen Detektionsvorrichtung kann ein Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs überwacht werden. Dabei können Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden und Informationen über das erfasste Objekt, beispielsweise geometrische Abmessungen des Objektes und ein Abstand des Objektes zu dem Kraftfahrzeug, einem Fahrerassistenzsystem bereitgestellt werden. Bei Laserscannern gemäß dem Stand der Technik wird üblicherweise ein Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, auf einen Umlenkspiegel des Laserscanners ausgesendet und an dem Umlenkspiegel in den Umgebungsbereich reflektiert. Das Licht wird an dem Objekt im Umgebungsbereich zurück zu dem Umlenkspiegel reflektiert und daraufhin erfasst. Der Umlenkspiegel ist dabei in der Regel drehbar gelagert und wird mittels einer Antriebseinheit zum Drehen um eine Drehachse angetrieben. Dadurch wird der Lichtstrahl in verschiedene Abtastsenderichtungen abgelenkt und der Umgebungsbereich somit abgetastet beziehungsweise abgescannt.
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Durch diese drehbar gelagerten Umlenkspiegel sowie durch jegliche beweglichen Teile innerhalb der Detektionsvorrichtung können sich Nachteile bezüglich einer Lebensdauer und damit einer Qualität der optischen Detektionsvorrichtung sowie Probleme bei der Justierung der Umlenkspiegel und dem Herstellungsprozess der optischen Detektionsvorrichtung ergeben.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche eine optische Detektionsvorrichtung einfach zu fertigen ist und die optische Detektionsvorrichtung dabei besonders robust ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sendeeinrichtung, eine optische Detektionsvorrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Sendeeinrichtung für eine optische Detektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs dient zum Abtasten eines Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs durch Orientieren eines Lichtstrahls zu vorbestimmten Abtastzeitpunkten in zu den vorbestimmten Abtastzeitpunkten korrespondierende Abtastsenderichtungen in den Umgebungsbereich. Die Sendeeinrichtung umfasst dabei eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht. Darüber hinaus umfasst die Sendeeinrichtung eine optische Einrichtung mit einer Anordnung von separat ansteuerbaren mikrooptischen Elementen. Außerdem weist die Sendeeinrichtung eine Steuereinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, die mikrooptischen Elemente zu aktivieren und zu deaktivieren, wobei die mikrooptischen Elemente nur in einem aktivierten Zustand dazu ausgelegt sind, einen auf das jeweilige mikrooptische Element fallenden Teil des Lichtes der Lichtquelle zu dem Lichtstrahl zu formen und den geformten Lichtstrahl in eine dem jeweiligen mikrooptischen Element zugeordnete Abtastsenderichtung in den Umgebungsbereich auszusenden.
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Die optische Detektionsvorrichtung ist insbesondere als ein Laserscanner ausgestaltet, welcher den Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs durch Abtasten des Umgebungsbereiches mittels des Lichtstrahls erfasst. Erfindungsgemäß wird dieser Lichtstrahl aber nicht unmittelbar beziehungsweise direkt von der Lichtquelle ausgesendet und mittels einer Ablenkeinrichtung in die vorgegebenen Abtastsenderichtungen abgelenkt, sondern von der optischen Einrichtung, welche insbesondere unbeweglich bezüglich der Lichtquelle gelagert ist, aus einem Teil des Lichtes der Lichtquelle geformt und beim Formen des Lichtstrahls in die dem Abtastzeitpunkt beziehungsweise dem Abtastschritt zugeordnete Abtastsenderichtung orientiert. Dazu wird die optische Einrichtung großflächig von der Lichtquelle beleuchtet. Die Lichtquelle kann dabei beispielsweise diffuses Licht auf die optische Einrichtung aussenden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Lichtquelle gebündeltes Licht aussendet, wobei zwischen der Lichtquelle und der optischen Einrichtung ein Diffusor bereitgestellt ist, welcher das von der Lichtquelle ausgesendete gebündelte Licht auf die optische Einrichtung streut. Die Lichtquelle kann beispielsweise als eine LED, einer Laserdiode oder ein Laser ausgestaltet sein.
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Den mikrooptischen Elementen der optischen Einrichtung, welche zum Formen des Lichtstrahls ausgebildet sind, ist jeweils eine Abtastsenderichtung zugeordnet, wobei die Abtastsenderichtung eines mikrooptischen Elementes insbesondere abhängig von einer Position des mikrooptischen Elementes auf der optischen Einrichtung ist. Die mikrooptischen Elemente können separat von der Steuereinrichtung angesteuert und in den aktivierten Zustand oder in den deaktivierten Zustand überführt werden. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die mikrooptischen Elemente als schaltbare Elemente ausgestaltet sind. Nur in dem aktivierten Zustand formen die mikrooptischen Elemente den Teil des Lichtes, welcher auf das jeweilige mikrooptische Element fällt, zu dem Lichtstrahl und orientieren diesen in die dem jeweiligen mikrooptischen Element zugeordnete Abtastsenderichtung in den Umgebungsbereich. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass nur derjenige Teil des Lichtes der Lichtquelle zum Abtasten des Umgebungsbereiches verwendet wird, welcher von dem jeweiligen, zu dem jeweiligen Abtastzeitpunkt aktivierten, mikrooptischen Element zu dem Lichtstrahl geformt wird. Der restliche Teil des Lichtes wird nicht zum Abtasten des Umgebungsbereiches verwendet und beispielsweise von der optischen Einrichtung blockiert. Um also einen Lichtstrahl in eine bestimmte Abtastsenderichtung zu orientieren, wird das der bestimmten Abtastsenderichtung zugeordnete mikrooptische Element von der Steuereinrichtung aktiviert.
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Zum Erzeugen der aus dem Stand der Technik bekannten Abtastbewegung beziehungsweise Scanbewegung des Laserscanners, also zum zeitgesteuerten Verändern der Abtastsenderichtung des Lichtstrahls, werden die mikrooptischen Elemente zeitgesteuert aktiviert und deaktiviert, sodass zu jedem Abtastzeitpunkt beziehungsweise Abtastschritt ein anderer Teil des Lichtes, nämlich der Teil, der zum aktuellen Abtastzeitpunkt auf das aktivierte mikrooptische Element fällt, von dem aktivierten mikrooptischen Elemente zu dem Lichtstrahl geformt wird und in den Umgebungsbereich ausgesendet wird. Aus einer so gestalteten Sendeeinrichtung ergibt sich der Vorteil, dass auf die drehbar gelagerten Umlenkspiegel sowie auf die Antriebseinheit verzichtet werden kann, da die Abtastbewegung auf einfache Weise durch Aktivieren und Deaktivieren der einzelnen mikrooptischen Elemente erzeugt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Sendeeinrichtung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, zu jedem Abtastzeitpunkt jeweils nur das mikrooptische Element mit der zugehörigen Abtastsenderichtung zu aktivieren und die übrigen mikrooptischen Elemente zu deaktivieren. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass zu jedem Abtastzeitpunkt jeweils nur ein mikrooptisches Element von der Steuereinrichtung in den aktivierten Zustand überführt wird. Dabei können die mikrooptischen Elemente, welche beispielsweise rasterförmig auf einem beispielsweise plattenförmigen, rechteckigen Träger der optischen Einrichtung angeordnet sein können oder in den Träger der optischen Einrichtung integriert sein können, beispielsweise zeilenweise oder spaltenweise nacheinander in den aktivierten Zustand überführt werden, wobei beim Aktivieren eines mikrooptischen Elementes das zum vorherigen Abtastzeitpunkt aktivierte mikrooptische Element wieder deaktiviert wird. Dadurch kann eine rasterartige zweidimensionale Abtastbewegung, wie sie beispielsweise von einem Umlenkspiegel, welcher in zwei Richtungen ausgelenkt wird, bekannt ist, auf einfache Weise erzeugt werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, zu jedem Abtastzeitpunkt das mikrooptische Element mit der zugehörigen Abtastsenderichtung und zumindest ein daran angrenzendes, benachbartes mikrooptisches Element zu aktivieren und die übrigen mikrooptischen Elemente zu deaktivieren. Der Erfindung liegt hier die Erkenntnis zugrunde, dass ein Strahldurchmesser eines von einem mikrooptischen Element geformten Lichtstrahls von geometrischen Abmessungen des mikrooptischen Elementes abhängt. Durch das Aktivieren von zumindest zwei benachbarten mikrooptischen Elementen je Abtastzeitpunk, beispielsweise eines Blockes von mikrooptischen Elementen, kann der Strahldurchmesser des Lichtstrahls und damit auch ein Erfassungsbereich der Sendeeinrichtung vergrößert werden. Somit kann auch unabhängig von geometrischen Abmessungen der mikrooptischen Elemente der Strahldurchmesser und eine ausgesendete Lichtmenge eingestellt werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mikrooptischen Elemente in dem aktivierten Zustand dazu ausgelegt sind, den auf das jeweilige mikrooptische Element fallenden Teil des Lichtes der Lichtquelle zum Formen des in die jeweilige Abtastsenderichtung orientierten Lichtstrahls in den Umgebungsbereich zu transmittieren, und die mikrooptischen Elemente in dem deaktivierten Zustand dazu ausgelegt sind, eine Transmission des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes zu blockieren. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die mikrooptischen Elemente in dem aktivierten Zustand transparent beziehungsweise lichtdurchlässig für das Licht der Lichtquelle sind und in dem deaktivierten Zustand intransparent beziehungsweise lichtundurchlässig für das Licht der Lichtquelle sind. Gemäß dieser Ausführungsform ist dabei die Lichtquelle derart angeordnet, dass sie das Licht auf eine Rückseite der optischen Einrichtung und damit auf eine Rückseite der mikrooptischen Elemente aussendet, also die Rückseite der optischen Einrichtung großflächig beleuchtet. Eine der Rückseite gegenüberliegende Vorderseite der optischen Einrichtung und damit eine Vorderseite der mikrooptischen Elemente ist dabei dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zugewandt. Die mikrooptischen Elemente sind in dem aktivierten Zustand dazu ausgelegt, denjenigen Teil des Lichtes, welcher rückseitig auf das jeweilige aktivierte mikrooptische Element fällt, unter Formung des Lichtstrahls zu der Vorderseite zu transmittieren und den geformten Lichtstrahl in den Umgebungsbereich auszusenden. Dabei wird von dem aktivierten mikrooptischen Element der in Abtastsenderichtung orientierte Teil des Lichtes der Lichtquelle in den Umgebungsbereich transmittiert, indem das aktivierte Element für den der Abtastsenderichtung zugeordneten Abtastzeitpunkt transparent geschaltet wird. Gemäß dieser Ausführungsform können die Lichtquelle und die optische Einrichtung besonders platzsparend angeordnet werden, insbesondere kann die Lichtquelle besonders nahe an der Rückseite der optischen Einrichtung angeordnet werden.
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Dabei kann es vorgesehen sein, dass die mikrooptischen Elemente als organische oder anorganische Elemente, insbesondere als Flüssigkristallelemente, als sogenannte LCs (LC – Liquid Crystal), ausgestaltet sind. Dabei sind die organischen oder anorganischen Elemente in dem aktivierten Zustand dazu ausgelegt, den auf das jeweilige organische oder anorganische Element fallenden Teil des Lichtes der Lichtquelle zum Formen des in die jeweilige Abtastsenderichtung orientierten Lichtstrahls durch das organische oder anorganische Element hindurch in den Umgebungsbereich zu transmittieren. In dem deaktivierten Zustand sind die organischen oder anorganischen Elemente dazu ausgelegt, eine Transmission des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes zu blockieren. Die organischen oder anorganischen Elemente sind also bevorzugt als Flüssigkristallelemente ausgebildet, welche durch Anlegen einer geringen Spannung in den transparenten Zustand versetzt und damit aktiviert oder in den intransparenten Zustand versetzt und damit deaktiviert werden können. Eine Transmissivität der Flüssigkristallelemente für das Licht der Lichtquelle, also eine Lichtdurchlässigkeit der Flüssigkristallelemente, kann beispielsweise durch Anlegen einer Spannung, welche von der Steuereinrichtung bereitgestellt werden kann, verändert beziehungsweise modifiziert werden. Die mikrooptischen Elemente sind also als elektrooptische Elemente ausgebildet, welche von der Steuereinrichtung transparent und intransparent geschaltet werden können. Solche Flüssigkristallelemente können zusätzlich auch noch eine Richtung des Lichtes und damit die Abtastsenderichtung des geformten Lichtstrahls verändern. Dies kann beispielsweise in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, einen Öffnungswinkel eines Erfassungsbereiches der Sendeeinrichtung zu vergrößern.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mikrooptischen Elemente in dem aktivierten Zustand dazu ausgelegt sind, den auf das jeweilige mikrooptische Element fallenden Teil des Lichtes der Lichtquelle zum Formen des in die jeweilige Abtastsenderichtung orientierten Lichtstrahls in den Umgebungsbereich zu reflektieren und in dem deaktivierten Zustand eine Reflexion des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes zu blockieren. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Lichtquelle derart angeordnet, dass das Licht auf die dem Umgebungsbereich zugewandte Vorderseite der optischen Einrichtung und der mikrooptischen Elemente ausgesendet wird, also die Vorderseite der optischen Einrichtung großflächig von der Lichtquelle beleuchtet wird. An den aktivierten mikrooptischen Elementen der optischen Einrichtung wird der entsprechende Teil des Lichtes unter Ausbildung des in die zugehörige Abtastsenderichtung weisenden Lichtstrahls in den Umgebungsbereich reflektiert. In dem deaktivierten Zustand der mikrooptischen Elemente wird diese Reflexion verhindert.
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Dazu können die mikrooptischen Elemente jeweils ein Flüssigkristallelement und eine von dem Flüssigkristallelement bedeckte reflektierende Fläche aufweisen. Dabei sind die Flüssigkristallelemente in dem aktivierten Zustand dazu ausgelegt, zum Formen des in die jeweilige Abtastsenderichtung orientierten Lichtstrahls den auf das jeweilige mikrooptische Element fallenden Teil des Lichtes auf die reflektierende Fläche zu transmittieren, an der reflektierenden Fläche zu reflektieren und von der reflektierenden Fläche in den Umgebungsbereich zu transmittieren. In dem deaktivierten Zustand sind die mikrooptischen Elemente dazu ausgelegt, eine Transmission des Lichtes auf die reflektierende Fläche und damit eine Reflexion an der reflektierenden Fläche zu blockieren. Die mikrooptischen Elemente können hier beispielsweise als sogenannte LCoS (LCoS – Liquid Crystal on Silicon) ausgestaltet sein. Durch Anlegen einer Spannung an das jeweilige mikrooptische Element, welche beispielsweise von der Steuereinrichtung bereitgestellt wird, kann das angesteuerte Element beispielsweise aktiviert werden. Dabei wird das Flüssigkristallelement des aktivierten mikrooptischen Elementes transparent für das Licht der Lichtquelle und leitet den auf das jeweilige mikrooptische Element fallenden Teil des Lichtes auf die darunterliegende reflektierende Fläche, welche beispielsweise als eine Siliziumfolie ausgestaltet sein kann. Der auf die reflektierende Fläche transmittierte Teil des Lichtes wird an dieser reflektierenden Fläche reflektiert, zurück durch das Flüssigkristallelement hindurch transmittiert und als Lichtstrahl in den Umgebungsbereich ausgesendet. Aus dieser Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise eine Ansteuerelektronik der Steuereinrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren der einzelnen mikrooptischen Elemente unterhalb der mikrooptischen Elemente, also beispielsweise an der Rückseite der optischen Einrichtung, angebracht werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mikrooptischen Elemente in dem aktivierten Zustand dazu ausgelegt sind, den auf das jeweilige mikrooptische Element fallenden Teil des Lichtes der Lichtquelle zum Formen des in die jeweilige Abtastsenderichtung orientierten Lichtstrahls in den Umgebungsbereich zu reflektieren, und in dem deaktivierten Zustand dazu ausgelegt sind, den auf das jeweilige mikrooptische Element fallenden Teil des Lichtes der Lichtquelle in eine von der zugeordneten Abtastsenderichtung unterschiedliche Richtung in den Umgebungsbereich zu reflektieren. Auch gemäß dieser Ausführungsform wird die Lichtquelle derart angeordnet, dass das Licht auf die dem Umgebungsbereich zugewandte Vorderseite der optischen Einrichtung und der mikrooptischen Elemente ausgesendet wird, also die Vorderseite der optischen Einrichtung großflächig von der Lichtquelle beleuchtet wird. Gemäß dieser Ausführungsform reflektieren also alle mikrooptischen Elemente das von der Lichtquelle bereitgestellte Licht in den Umgebungsbereich. Jedoch reflektiert nur das aktivierte mikrooptische Element den auf das aktivierte mikrooptische Element fallenden Teil des Lichtes der Lichtquelle in die zu dem Abtastzeitpunkt korrespondierende Abtastsenderichtung. Die deaktivierten mikrooptischen Elemente reflektieren das Licht in die unterschiedliche Richtung, welche insbesondere außerhalb des Erfassungsbereiches der optischen Detektionsvorrichtung liegt.
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Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Sendeeinrichtung zumindest ein Absorberelement aufweist, welches zum Absorbieren des von den mikrooptischen Elementen in den deaktivierten Zustand reflektierten Teils des Lichtes ausgestaltet ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass das Absorberelement das von den deaktivierten mikrooptischen Elementen reflektierte Licht auffängt, sodass dieses nicht in dem Umgebungsbereich an einem Objekt unerwünscht reflektiert und von einer Erfassungseinrichtung der optischen Detektionsvorrichtung erfasst wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass keine Störsignale durch die deaktivierten mikrooptischen Elemente erzeugt werden.
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Vorzugsweise sind die mikrooptischen Elemente dabei als verkippbare beziehungsweise bewegliche Mikrospiegel ausgestaltet, wobei die Mikrospiegel in dem aktivierten Zustand der mikrooptischen Elemente einen ersten Verkippungswinkel aufweisen und in dem deaktivierten Zustand einen zweiten Verkippungswinkel aufweisen. Die optische Einrichtung ist hier ein sogenanntes Mikroelektromechanisches System (MEMS) und bildet mir der Steuereinrichtung insbesondere ein sogenanntes DMD (DMD – Digital Micromirror Device) aus, welches eine rasterförmige Anordnung beziehungsweise eine Matrix von Mikrospiegeln umfasst. Dabei lässt sich jeder der Mikrospiegel separat ansteuern und in seinem Verkippungswinkel verstellen. Hier weist jeder Mikrospiegel zwei stabile Endzustände auf, wobei ein erster stabiler Endzustand dem aktivierten Zustand entspricht, in welchem der Mikrospiegel den ersten Verkippungswinkel aufweist, und ein zweiter stabiler Endzustand dem deaktivierten Zustand des Mikrospiegels entspricht, in welchem der Mikrospiegel den zweiten Verkippungswinkel aufweist. In dem aktivierten Zustand kann der Mikrospiegel beispielsweise unverkippt sein, sodass der entsprechende Teil des Lichtes entlang der Abtastsenderichtung in dem Umgebungsbereich reflektiert wird, und in dem deaktivierten Zustand derart verkippt, dass das Licht beispielsweise in Richtung des Absorberelementes reflektiert wird.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Sendeeinrichtung zum Aufweiten eines Erfassungsbereiches der Detektionsvorrichtung zwischen der optischen Einrichtung und dem Umgebungsbereich zumindest ein Linsenelement aufweist. Das Linsenelement kann beispielsweise als eine Zylinderlinse ausgestaltet sein, welche beispielsweise einen horizontalen Öffnungswinkel des Erfassungsbereiches der optischen Detektionsvorrichtung und damit den Erfassungsbereich der optischen Detektionsvorrichtung in der horizontalen Richtung vergrößert. Somit kann der Erfassungsbereich der optischen Detektionsvorrichtung besonders einfach und aufwandsarm an ein jeweiliges Einsatzgebiet der optischen Detektionsvorrichtung angepasst werden.
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Auch kann es vorgesehen sein, dass eine dem Umgebungsbereich zugewandte Vorderseite der optischen Einrichtung mit den mikrooptischen Elementen zum Aufweiten eines Erfassungsbereiches der Detektionsvorrichtung von dem Umgebungsbereich aus betrachtet konvex gebogen ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Vorderseite der optischen Einrichtung gewölbt ist, sodass die mikrooptischen Elemente in unterschiedliche Richtungen orientiert werden und damit der Erfassungsbereich vergrößert wird. Die randseitig angeordneten mikrooptischen Elemente werden beim Biegen der Vorderseite der optischen Einrichtung dabei derart orientiert, dass die zugehörigen Abtastsenderichtungen vor allem seitlich in den Umgebungsbereich orientiert sind. Somit wird also ein Öffnungswinkel des Erfassungsbereiches vergrößert. Diese Ausführungsform ist beispielsweise bei der Ausgestaltung der mikrooptischen Elemente als biegbare organische Elemente besonders vorteilhaft. Durch Biegen der optischen Einrichtung können auf besonders einfache Weise, ohne weitere Bauteile, die Öffnungswinkel und damit der Erfassungsbereich der optischen Detektionsvorrichtung vergrößert werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Detektionsvorrichtung, insbesondere einen Laserscanner, für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung. Die optische Detektionsvorrichtung kann außerdem eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des in dem Umgebungsbereich reflektierten Signals aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße optische Detektionsvorrichtung. Die Detektionsvorrichtung dient insbesondere zum Erfassen eines Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs, beispielsweise für ein Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgestaltet.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Abtasten eines Umgebungsbereiches eines Kraftfahrzeugs durch Orientieren eines Lichtstrahls zu vorbestimmten Abtastzeitpunkten in zu den vorbestimmten Abtastzeitpunkten korrespondierende Abtastsenderichtungen in den Umgebungsbereich. Bei dem Verfahren wird Licht von einer Lichtquelle ausgesendet. Außerdem werden mikrooptische Elemente einer optischen Einrichtung von einer Steuereinrichtung aktiviert oder deaktiviert, wobei die mikrooptischen Elemente nur in einem aktivierten Zustand einen auf das jeweilige mikrooptische Element fallenden Teil des Lichtes der Lichtquelle zu dem Lichtstrahl formen und den geformten Lichtstrahl in eine dem jeweiligen mikrooptischen Elemente zugeordnete Abtastsenderichtung in den Umgebungsbereich aussenden.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sendeeinrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße optische Detektionsvorrichtung, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Mit Angaben „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „horizontal“, „vertikal“, „seitlich“, „Vorderseite“ (12), „Rückseite“ (11), „Abtastsenderichtung“ (7), etc. sind bei bestimmungsgemäßem Gebrauch und bestimmungsgemäßem Anordnen der optischen Detektionsvorrichtung an dem Kraftfahrzeug und bei einem vor dem Kraftfahrzeug stehenden und in Richtung des Kraftfahrzeugs blickenden Beobachter gegebene Positionen und Orientierungen angegeben.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
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Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung;
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3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung; und
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4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist im vorliegenden Fall als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches beispielsweise als ein Parkassistenzsystem ausgestaltet sein kann. Das Kraftfahrzeug 1 weist außerdem eine optische Detektionsvorrichtung 3, welche insbesondere als ein Laserscanner ausgestaltet ist, auf. Eine Position der optischen Detektionsvorrichtung 3 an dem Kraftfahrzeug 1 kann dabei beliebig sein. Die optische Detektionsvorrichtung 3 wird zum Abtasten eines Umgebungsbereiches 4 des Kraftfahrzeugs 1 verwendet. Dabei wird ein von einer Sendeeinrichtung 5 der optischen Detektionsvorrichtung 3 bereitgestellter Lichtstrahl 6 zu vorbestimmten Abtastzeitpunkten in zu den vorbestimmten Abtastzeitpunkten korrespondierende Abtastsenderichtungen 7 in den Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 orientiert. Der in dem Umgebungsbereich 4 reflektierte Lichtstrahl 6 kann von einer hier nicht gezeigten Empfangseinrichtung der optischen Detektionsvorrichtung 3 empfangen werden. Die von der optischen Detektionsvorrichtung 3 bereitgestellten Informationen über den Umgebungsbereich 4, beispielsweise ein Abstand oder geometrische Abmessungen eines Objektes in dem Umgebungsbereich 4, können dem Fahrerassistenzsystem 2 bereitgestellt werden.
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2 zeigt eine Ausführungsform der Sendeeinrichtung 5 der optischen Detektionsvorrichtung 3. Die Sendeeinrichtung 5 umfasst eine Lichtquelle 8 zum Aussenden von Licht 9 auf eine optische Einrichtung 10 der Sendeeinrichtung 5. Die optische Einrichtung 10 ist dabei unbeweglich, insbesondere nicht drehbar, gegenüber der Lichtquelle 8 gelagert und weist eine Rückseite 11 auf, welche von dem Licht 9 der Lichtquelle 8 großflächig ausgeleuchtet wird. Eine der Rückseite 11 gegenüberliegende Vorderseite 12 der optischen Einrichtung 10 ist dem Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 zugewandt. Die Lichtquelle 8 kann beispielsweise als eine LED, eine Laserdiode oder als ein Laser ausgestaltet sein, welche insbesondere diffuses Licht auf die Rückseite 11 der optischen Einrichtung 10 aussendet und dadurch die Rückseite 11 der optischen Einrichtung 10 großflächig beleuchtet. Bei einer Lichtquelle 8, welche gebündeltes Licht aussendet, kann ein Diffusor zum Streuen des gebündelten Lichtes auf die optische Einrichtung 10 vorgesehen sein. Der Diffusor kann dabei als ein Linsenelement zur Strahlaufweitung ausgestaltet sein.
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Die optische Einrichtung 10 weist außerdem eine Anordnung von mikrooptischen Elementen 13, 13‘ auf, welche von einer Steuereinrichtung 14 der Sendeeinrichtung 5 separat ansteuerbar sind. Die Steuereinrichtung 14 ist dabei dazu ausgelegt, die mikrooptischen Elemente 13, 13‘ zu vorbestimmten Abtastzeitpunkten in einen aktivierten Zustand und in einen deaktivierten Zustand zu versetzen. Hier ist nur das mikrooptische Element 13‘ aktiviert und die übrigen mikrooptischen Elemente 13, von welchen hier der Übersichtlichkeit halber nur eines beschriftet ist, deaktiviert. In diesem aktivierten Zustand ist das mikrooptische Element 13‘ dazu ausgelegt, einen auf das mikrooptische Element 13‘ fallenden Teil 16 des Lichtes 9 der Lichtquelle 8 zu dem Lichtstrahl 6 zu formen und den geformten Lichtstrahl 6 in die dem mikrooptischen Element 13‘ zugeordnete Abtastsenderichtung 7 in den Umgebungsbereich 4 auszusenden. Die übrigen, deaktivierten mikrooptischen Elemente 13 blockieren das Licht 9 der Lichtquelle 8. Zum Erzeugen einer Abtastbewegung des Lichtstrahls 6 wird zu jedem Abtastzeitpunkt nur das mikrooptische Element 13’ mit der dem Abtastzeitpunkt zugeordneten Abtastsenderichtung 7 aktiviert oder das mikrooptische Element 13’ mit der dem Abtastzeitpunkt zugeordneten Abtastsenderichtung 7 und zumindest ein benachbartes mikrooptisches Element 13, 13’ aktiviert. Zwischen zwei Abtastzeitpunkten wechselt also das oder die aktivierten mikrooptischen Elemente 13’ und damit die Abtastsenderichtung 7. Anders ausgedrückt wird also durch das zeitgesteuerte Aktivieren der mikrooptischen Elemente 13’ die Abtastsenderichtung 7 verändert. Die Abtastsenderichtung 7 ist dabei abhängig von einer Position des zugehörigen mikrooptischen Elementes 13’ auf der optischen Einrichtung 10. Zum Erzeugen einer rasterartigen Abtastbewegung können beispielsweise von der Steuereinrichtung 14 spaltenweise oder zeilenweise die mikrooptischen Elemente 13, 13’ nacheinander aktiviert werden und wieder deaktiviert werden. Somit wird zu jedem Abtastzeitpunkt ein anderer Teil 16 des Lichtes 9 der Lichtquelle 8 als der Lichtstrahl 6 in den Umgebungsbereich 4 ausgesendet.
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Die mikrooptischen Elemente 13, 13‘ sind im vorliegenden Fall als organische oder anorganische Elemente 15, insbesondere als Flüssigkristallelemente beziehungsweise LCs, ausgestaltet. Die Flüssigkristallelemente 15 sind dabei dazu ausgelegt, in dem aktivierten Zustand des mikrooptischen Elementes 13‘ eine Transmission des Lichtes 9 durch das aktivierte mikrooptische Element 13‘ hindurch zuzulassen. Das Flüssigkristallelement 15 ist also in dem aktivierten Zustand des mikrooptischen Elementes 13’ durchlässig beziehungsweise transparent für den Teil 16 des Lichtes 9 der Lichtquelle 8. In dem deaktivierten Zustand der mikrooptischen Elemente 13 wird von dem Flüssigkristallelement 15 eine Transmission des Lichtes 9 in den Umgebungsbereich 4 blockiert. Das Flüssigkristallelement 15 ist also in dem deaktivierten Zustand des mikrooptischen Elementes 13 undurchlässig beziehungsweise intransparent für das Licht 9 der Lichtquelle 8. Die Steuereinrichtung 14 kann dabei beispielsweise eine Spannung für die einzelnen mikrooptischen Elemente 13, 13‘ bereitstellen, um diese in den jeweiligen Zustand zu überführen.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sendeeinrichtung 5 der optischen Detektionsvorrichtung 3. Hier wird von dem Licht 9 der Lichtquelle 8 die Vorderseite 12 der optischen Einrichtung 10 großflächig beleuchtet. Die mikrooptischen Elemente 13, 13’ sind hier dazu ausgelegt, in dem aktivierten Zustand den auf das aktivierte mikrooptische Element 13’ fallenden Teil 16 des Lichtes 9 der Lichtquelle 8 als den Lichtstrahl 6 in den Umgebungsbereich 4 zu reflektieren. Die deaktivierten mikrooptischen Elemente 13 blockieren hingegen eine Reflexion des Lichtes 9 in den Umgebungsbereich 4. Die mikrooptischen Elemente 13, 13‘ sind hier als sogenannte LCoS ausgestaltet und weisen jeweils ein Flüssigkristallelement 17 auf, welches eine reflektierende Fläche 18, beispielsweise eine Siliziumfolie, bedeckt. In dem aktivierten Zustand transmittiert das Flüssigkristallelement 17 des mikrooptischen Elementes 13‘ den Teil 16 des Lichtes 9 von der Vorderseite 12 der optischen Einrichtung 10 auf die reflektierende Fläche 18 des mikrooptischen Elementes 13‘. An der reflektierenden Fläche 18 wird der transmittierte Teil 16 des Lichtes 9 reflektiert, zurück durch das Flüssigkristallelement 17 des mikrooptischen Elementes 13‘ an die Vorderseite 12 der optischen Einrichtung 10 transmittiert und als der Lichtstrahl 6 in den Umgebungsbereich 4 ausgesendet. Aus dieser Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Steuereinrichtung 14, insbesondere eine Ansteuerelektronik der Steuereinrichtung 14 für die mikrooptischen Elemente 13, 13’, auf der Rückseite 11 der optischen Einrichtung 10 angeordnet werden kann.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sendeeinrichtung 5 der optischen Detektionsvorrichtung 3. Hier wird ebenfalls die Vorderseite 12 der optischen Einrichtung 10 von dem Licht 9 der Lichtquelle 8 großflächig beleuchtet. Hier sind die mikrooptischen Elemente 13, 13‘ als Mikrospiegel 19 ausgestaltet. Die Mikrospiegel 19 sind verkippbar auf der Vorderseite 12 der optischen Einrichtung 10 gelagert. In einem ersten Verkippungswinkel des Mikrospiegels 19 ist das mikrooptische Element 13‘ aktiviert und reflektiert den Teil 16 des Lichtes 9 der Lichtquelle 8 als Lichtstrahl 6 in die Abtastsenderichtung 7 in den Umgebungsbereich 4. In einem zweiten Verkippungswinkel der Mikrospiegel 19 reflektieren die Mikrospiegel 19 der mikrooptischen Elemente 13 das Licht 9 der Lichtquelle 8 in eine von der Abtastsenderichtung 7 verschiedene Richtung 20. Die entsprechenden Verkippungswinkel können beispielsweise durch Anlegen einer von der Steuereinrichtung 14 bereitgestellten Spannung vorgegeben werden. Die Mikrospiegel 19 sind also sogenannte MEMS-Bauteile.
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Die Sendeeinrichtung 5 weist hier außerdem ein Absorberelement 21 auf, welches das in die von der Abtastsenderichtung 7 verschiedene Richtung 20 reflektierte Licht absorbiert. Somit kann verhindert werden, dass das von den deaktivierten mikrooptischen Elementen 13 in die verschiedene Richtung 20 reflektierte Licht von der Empfangseinrichtung der optischen Detektionsvorrichtung 3 erfasst wird.
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Bei den Ausführungsformen der Sendeeinrichtung 5 gemäß den 2 bis 4 kann außerdem ein Linsenelement zwischen der Vorderseite 12 der optischen Einrichtung 10 und dem Umgebungsbereich 4 vorgesehen sein, durch welches ein Erfassungsbereich der optischen Detektionsvorrichtung 3 vergrößert wird. Auch kann vorgesehen sein, dass die optische Einrichtung 10, insbesondere bei den Ausführungsformen der Sendeeinrichtung 5 gemäß den 2 und 3, von dem Umgebungsbereich 4 aus betrachtet konvex gebogen ist, um somit einen Öffnungswinkel des Erfassungsbereiches der optischen Detektionsvorrichtung 3 zu vergrößern.
