Title:
LASER-SCANNER ZUR ABSTANDSMESSUNG BEI KRAFTFAHRZEUGEN
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Betriebsmodus eines Laserscanners wird aus einer Vielzahl von Betriebsmodi in Abhängigkeit eines Fahrtzustands eines Fahrzeugs ausgewählt.




Inventors:
Petit, Florian (81247, München, DE)
Application Number:
DE102016010985A
Publication Date:
03/15/2018
Filing Date:
09/10/2016
Assignee:
Blickfeld GmbH, 80689 (DE)
International Classes:



Other References:
M. J. R. Heck „Highly integrated optical phased arrays: photonic integrated circuits for optical beam shaping and beam steering” in Nanophotonics (2016)
Attorney, Agent or Firm:
Kraus & Weisert Patentanwälte PartGmbB, 80539, München, DE
Claims:
1. Vorrichtung (100), die umfasst:
– einen Laserscanner (101) mit einer Laserlichtquelle (111), wobei der Laserscanner (101) eingerichtet ist, um Laserlicht aus der Laserlichtquelle (111) entlang einer ersten Scanachse (301, 302) zu scannen,
– eine Schnittstelle, die eingerichtet ist, um Steuerdaten (104, 200) zu empfangen, die indikativ für einen Fahrtzustand (202) eines Fahrzeugs (99) ist, und
– mindestens eine Recheneinheit (102), die eingerichtet ist, um den Laserscanner (101) anzusteuern, um in Abhängigkeit des Fahrtzustands (202) des Fahrzeugs (99) einen aktiven Betriebsmodus (81, 82) aus einer Vielzahl von Betriebsmodi (81, 82) auszuwählen,
wobei die mindestens eine Recheneinheit (102) weiterhin eingerichtet ist, um basierend auf dem Laserlicht eine Abstandsmessung von Objekten im Umfeld der Vorrichtung (100) durchzuführen.

2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Laserscanner (101) eingerichtet ist, um das Laserlicht (191, 192) weiterhin entlang einer zweiten Scanachse (301, 302) zu scannen, die verschieden von der ersten Scanachse (301, 302) ist.

3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 2,
wobei der Laserscanner (101) weiterhin mindestens einen Aktuator (114) und eine Umlenkeinheit (112) aufweist,
wobei der Aktuator (114) der eingerichtet ist, um eine erste Bewegung der Umlenkeinheit (112) gemäß der ersten Scanachse (301, 302) und eine zweite Bewegung der Umlenkeinheit (112) gemäß der zweiten Scanachse (301, 302) zu bewirken,
wobei die erste Bewegung und die zweite Bewegung örtlich und zeitlich überlagert sind.

4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine Aktuator (114) eingerichtet ist, um die erste Bewegung und/oder die zweite Bewegung resonant bewirkt.

5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Umlenkeinheit (112) eine Faser (701) und ein mit einem beweglichen Ende (705) der Faser (701) verbundenes optisches Element (798) aufweist.

6. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Scanachse (301, 302) vertikal in Bezug auf das Fahrzeug ausgerichtet ist.

7. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Betriebsmodi (81, 82) Scanbereiche (315) mit unterschiedlichen Abmessungen und/oder Ausrichtungen entlang der ersten Scanachse (301, 302) implementieren.

8. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Betriebsmodi (81, 82) unterschiedliche Scanpunktdichten (321) entlang der ersten Scanachse (301, 302) implementieren.

9. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei der Laserscanner (101) weiterhin mindestens einen Aktuator (114) aufweist, der eingerichtet ist, um eine erste Bewegung der Umlenkeinheit gemäß der ersten Scanachse (301, 302) mit einer Änderung der Scanamplitude während eines Scanvorgangs, der einem Scanbereich entspricht, zu bewirken,
wobei die Vielzahl von Betriebsmodi (81, 82) unterschiedliche Änderungsraten der Scanamplitude der ersten Bewegung implementieren.

10. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Betriebsmodi (81, 82) unterschiedliche Pulsenergien von Pulsen des Laserlichts (191, 192) und/oder unterschiedliche Wiederholraten der Pulse des Laserlichts (191, 192) implementieren.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen Laserscanner. Insbesondere betreffen verschiedene Ausführungsformen das Ansteuern des Laserscanners in Abhängigkeit eines Fahrtzustands eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftfahrzeugs.

HINTERGRUND

Die Abstandsmessung von Objekten ist in verschiedenen Technologiefeldern erstrebenswert. Zum Beispiel kann es im Zusammenhang mit Anwendungen des autonomen Fahrens erstrebenswert sein, Objekte im Umfeld von Fahrzeugen zu erkennen und insbesondere einen Abstand zu den Objekten zu ermitteln.

Eine Technik zur Abstandsmessung von Objekten ist die sogenannte LIDAR-Technologie (engl. Light detection and ranging; manchmal auch LADAR). Dabei wird gepulstes Laserlicht von einem Emitter ausgesendet. Die Objekte im Umfeld reflektieren das Laserlicht. Diese Reflexionen können anschließend gemessen werden. Durch Bestimmung der Laufzeit des Laserlichts kann ein Abstand zu den Objekten bestimmt werden.

Um die Objekte im Umfeld ortsaufgelöst zu erkennen, kann es möglich sein, das Laserlicht zu scannen. Je nach Abstrahlwinkel des Laserlichts können dadurch unterschiedliche Objekte im Umfeld erkannt werden.

In manchen Anwendungsfällen werden LIDAR-Techniken in Fahrzeugen, beispielsweise Personenkraftfahrzeugen, eingesetzt. Damit können zum Beispiel Techniken des autonomen Fahrens implementiert werden. Im Allgemeinen sind verschiedene Fahrerassistenzfunktionalitäten basierend auf LIDAR-Daten mit Abstands- bzw. Tiefeninformation denkbar.

Jedoch weisen herkömmliche Laserscanner bestimmte Einschränkungen und Nachteile auf. Zum Beispiel ist es oftmals möglich, dass der Betriebsmodus des Laserscanners beispielsweise aufgrund der Hardwaregeometrie des Laserscanners fest vorgegeben ist. Je nach Fahrtzustand des Fahrzeugs kann es dann zu Ungenauigkeiten bei der Abstandsmessung von Objekten im Umfeld kommen.

ZUSAMMENFASSUNG

Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zur Abstandsmessung von Objekten basierend auf Laserlicht. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche Techniken, die zumindest einige der oben genannten Einschränkungen und Nachteile lindern oder beheben.

Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.

In einem Beispiel umfasst eine Vorrichtung einen Laserscanner. Der Laserscanner weist eine Laserlichtquelle auf. Der Laserscanner ist eingerichtet, um Laserlicht aus der Laserlichtquelle entlang einer ersten Scanachse zu scannen. Die Vorrichtung umfasst auch eine Schnittstelle, die eingerichtet ist, um Steuerdaten zu empfangen. Die Steuerdaten sind indikativ für einen Fahrtzustand des Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst auch mindestens eine Recheneinheit. Die mindestens eine Recheneinheit ist eingerichtet, um den Laserscanner anzusteuern, um in Abhängigkeit des Fahrtzustands des Fahrzeugs einen aktiven Betriebsmodus aus einer Vielzahl von Betriebsmodi auszuwählen. Die mindestens eine Recheneinheit ist weiterhin eingerichtet, um basierend auf dem Laserlicht eine Abstandsmessung von Objekten im Umfeld der Vorrichtung durchzuführen.

In einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Scannen von Laserlicht mittels eines Laserscanners entlang einer ersten Scanachse. Das Verfahren umfasst auch das Empfangen von Steuerdaten. Die Steuerdaten sind indikativ für einen Fahrtzustand eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst auch das Ansteuern des Laserscanners, um in Abhängigkeit des Fahrtzustands des Fahrzeugs einen aktiven Betriebsmodus aus einer Vielzahl von Betriebsmodi auszuwählen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Durchführen einer Abstandsmessung von Objekten im Umfeld basierend auf dem Laserlicht.

In einem Beispiel umfasst ein Fahrzeug eine Vorrichtung mit einem Laserscanner. Der Laserscanner weist eine Laserlichtquelle auf. Der Laserscanner ist eingerichtet, um Laserlicht aus der Laserlichtquelle entlang einer ersten Scanachse zu scannen. Die Vorrichtung umfasst auch eine Schnittstelle, die eingerichtet ist, um Steuerdaten zu empfangen. Die Steuerdaten sind indikativ für einen Fahrtzustand des Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst auch mindestens eine Recheneinheit. Die mindestens eine Recheneinheit ist eingerichtet, um den Laserscanner anzusteuern, um in Abhängigkeit des Fahrtzustands des Fahrzeugs einen aktiven Betriebsmodus aus einer Vielzahl von Betriebsmodi auszuwählen. Die mindestens eine Recheneinheit ist weiterhin eingerichtet, um basierend auf dem Laserlicht eine Abstandsmessung von Objekten im Umfeld der Vorrichtung durchzuführen.

Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen mit einem Laserscanner und einer Schnittstelle, die eingerichtet ist um Steuerdaten zu empfangen, die indikativ für einen Fahrtzustand eines Fahrzeugs sind.

2 illustriert schematisch den Laserscanner gemäß verschiedener Ausführungsformen.

3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.

4 illustriert schematisch die Steuerdaten gemäß verschiedener Ausführungsformen.

5 illustriert schematisch den Fahrtzustand des Fahrzeugs gemäß verschiedener Ausführungsformen.

6 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einem Laserscanner gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei 6 eine vertikale Scanachse illustriert.

7 ist eine schematische Aufsicht eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einem Laserscanner gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei 7 eine horizontale Scanachse illustriert.

8 illustriert einen durch die vertikale Scanachse und die horizontale Scanachse definierten Scanbereich gemäß verschiedener Ausführungsformen, dessen Abmessung in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Laserscanners variiert.

9 illustriert einen durch die vertikale Scanachse und die horizontale Scanachse definierten Scanbereich gemäß verschiedener Ausführungsformen, dessen Abmessung in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Laserscanners variiert.

10 illustriert einen durch die vertikale Scanachse und die horizontale Scanachse definierten Scanbereich gemäß verschiedener Ausführungsformen, dessen Ausrichtung in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Laserscanners variiert.

11 illustriert einen durch die vertikale Scanachse und die horizontale Scanachse definierten Scanbereich gemäß verschiedener Ausführungsformen, dessen Abmessung in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Laserscanners variiert.

12 illustriert schematisch eine Scanpunktdichte entlang der vertikalen Scanachse gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Scanpunktdichte in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Laserscanners variiert.

13 illustriert schematisch eine Scanpunktdichte entlang der vertikalen Scanachse gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Scanpunktdichte in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Laserscanners variiert.

14 illustriert schematisch eine Pulsfolge des Laserlichts gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Pulsenergie der Pulse der Pulsfolge und die Wiederholrate der Pulse der Pulsfolge in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Laserscanners variiert.

15 illustriert schematisch eine Faser, die eine Umlenkeinheit des Laserscanners gemäß verschiedener Ausführungsformen implementiert.

16 illustriert schematisch eine Transversalmode der Faser gemäß 15.

17 illustriert schematisch eine Torsionsmode der Faser gemäß 15.

18 illustriert schematisch einen Spiegel, der mit einem beweglichen Ende der Faser gemäß 15 verbunden ist.

19 illustriert schematisch einen Spiegel, der mit einem beweglichen Ende der Faser gemäß 15 verbunden ist.

20 illustriert schematisch eine Überlagerungsfigur, die durch resonanter Anregung zweier Freiheitsgrade der Bewegung der Faser gemäß 15 erhalten wird.

21 illustriert schematisch die Änderung der Scanamplitude während eines Scanvorgangs für einen Freiheitsgrad der Bewegung der Faser gemäß 15.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.

Nachfolgend werden verschiedene Techniken zum Scannen von Laserlicht beschrieben. Die nachfolgend beschriebenen Techniken können zum Beispiel das eindimensionale oder zweidimensionale Scannen von Laserlicht ermöglichen. Das Scannen kann wiederholtes Aussenden des Laserlichts unter unterschiedlichen Abstrahlwinkeln bezeichnen. Das wiederholt Umsetzen eines bestimmten Abstrahlwinkels kann eine Wiederholrate des Scannens bestimmen. Die Menge der Abstrahlwinkel kann einen Scanbereich bzw. einen Bildbereich definieren. Das Scannen kann das wiederholte Abtasten von unterschiedlichen Scanpunkten in der Umgebung mittels des Laserlichts bezeichnen. Für jeden Scanpunkt können bestimmte Daten ermittelt werden.

Zum Beispiel kann kohärentes oder inkohärentes Laserlicht verwendet werden. Es wäre möglich, polarisiertes oder unpolarisiertes Laserlicht zu verwenden. Beispielsweise wäre es möglich, dass das Laserlicht gepulst verwendet wird. Zum Beispiel können kurze Laserpulse mit Pulsdauern im Bereich von Femtosekunden oder Pikosekunden oder Nanosekunden verwendet werden. Beispielsweise kann eine Pulsdauer im Bereich von 0,5–3 Nanosekunden liegen. Das Laserlicht kann eine Wellenlänge im Bereich von 700–1800 nm aufweisen.

In verschiedenen Beispielen ist der Scanbereich eindimensional definiert. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass der Laserscanner das Laserlicht mittels einer Umlenkeinheit nur entlang einer einzigen Scanachse scannt. In anderen Beispielen ist der Scanbereich zweidimensional definiert. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass der Laserscanner das Laserlicht mittels der Umlenkeinheit entlang einer ersten Scanachse und entlang einer zweiten Scanachse scannt. Die erste Scanachse und die zweite Scanachse sind dabei verschieden voneinander. Beispielsweise könnten die erste und zweite Scanachse orthogonal zueinander orientiert sein.

In manchen Beispielen kann ein zweidimensionaler Scanbereich durch eine einzige Umlenkeinheit mit zwei oder mehr Freiheitsgraden der Bewegung implementiert werden. Dies kann bedeuten, dass eine erste Bewegung der Umlenkeinheit gemäß der ersten Scanachse und eine zweite Bewegung der Umlenkeinheit gemäß der zweiten Scanachse beispielsweise durch einen Aktuator bewirkt wird, wobei die erste Bewegung und die zweite Bewegung örtlich und zeitlich überlagert sind.

In anderen Beispielen kann der zweidimensionale Scanbereich durch mehr als eine einzige Umlenkeinheit implementiert werden. Dann wäre es zum Beispiel möglich, dass für zwei Umlenkeinheit jeweils ein einziger Freiheitsgrad der Bewegung angeregt wird. Das Laserlicht kann zunächst von einer ersten Umlenkeinheit abgelenkt werden und dann von einer zweiten Umlenkeinheit abgelenkt werden. Die beiden Umlenkeinheiten können also im Strahlengang hintereinander angeordnet sein. Dies bedeutet, dass die Bewegungen der beiden Umlenkeinheit nicht örtlich überlagert sind. Zum Beispiel kann ein entsprechender Laserscanner zwei beabstandet voneinander angeordnete Spiegel oder Prismen aufweisen, die jeweils individuell verstellt werden können.

In verschiedenen Beispielen ist es möglich, dass der Laserscanner unterschiedliche Freiheitsgrade der Bewegung zum Scannen des Laserlichts resonant betreibt. Ein solcher Laserscanner wird manchmal auch als resonanter Laserscanner bezeichnet. Insbesondere kann ein resonanter Laserscanner verschieden sein von einem Laserscanner, der zumindest einen Freiheitsgrad der Bewegung schrittweise (engl. stepped) betreibt. In manchen Beispielen wäre es zum Beispiel möglich, dass eine erste Bewegung – die einer ersten Scanachse entspricht – und eine zweite Bewegung – die einer zweiten Scanachse entspricht, die verschieden von der ersten Scanachse ist – jeweils resonant bewirkt werden.

In verschiedenen Beispielen wird zum Scannen des Laserlichts ein bewegliches Ende einer Faser als Umlenkeinheit verwendet. Beispielsweise können Lichtfasern verwendet werden, die auch als Glasfasern bezeichnet werden. Dabei ist es aber nicht erforderlich, dass die Fasern aus Glas hergestellt sind. Die Fasern können zum Beispiel aus Kunststoff, Glas oder einem anderen Material hergestellt sein. Beispielsweise können die Fasern aus Quarzglas hergestellt sein. Beispielsweise können die Fasern ein 70 GPa Elastizität-Modul aufweisen oder ein Elastizität-Modul im Bereich von 40 GPa–80 GPa, vorzugsweise im Bereich 60–75 GPa. Beispielsweise können die Fasern bis zu 4% Materialdehnung ermöglichen. In manchen Beispielen weisen die Fasern einen Kern auf, in welchem das eingespeiste Laserlicht propagiert und durch Totalreflektion an den Rändern eingeschlossen ist (Lichtwellenleiter). Die Faser muss aber keinen Kern aufweisen. In verschiedenen Beispielen können sogenannte Einmoden-Lichtfasern (engl. single mode fibers) oder Mehrmoden-Lichtfasern (engl. multimode fibers) verwendet werden. Die verschiedenen hierin beschriebenen Fasern können zum Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Es wäre zum Beispiel möglich, dass die verschiedenen hierin beschriebenen Fasern einen Durchmesser aufweisen, der nicht kleiner als 50 μm ist, optional nicht < 150 μm ist, weiter optional nicht < 500 μm ist, weiter optional nicht < 1 mm ist. Der Durchmesser kann aber auch < 1 mm sein, optional < 500 μm, weiter optional kleiner 150 μm. Zum Beispiel können die verschiedenen hierin beschriebenen Fasern verbiegbar bzw. krümmbar ausgestaltet sein, d. h. flexibel. Dazu kann das Material der hierin beschriebenen Fasern eine gewisse Elastizität aufweisen.

Beispielsweise könnte das bewegliche Ende der Faser in einer oder zwei Dimensionen bewegt werden. Beispielsweise wäre es möglich, dass das bewegliche Ende der Faser gegenüber einer Fixierstelle der Faser verkippt wird; dies resultiert in einer Krümmung der Faser. Dies kann einem ersten Freiheitsgrad der Bewegung entsprechen. Alternativ oder zusätzlich wäre es möglich, dass das bewegliche Ende der Faser entlang der Faserachse verdreht wird (Torsion). Dies kann einem zweiten Freiheitsgrad der Bewegung entsprechen. In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen ist es jeweils möglich, eine Torsion des beweglichen Endes der Faser alternativ oder zusätzlich zu einer Krümmung des beweglichen Endes der Faser zu implementieren. In anderen Beispielen könnten auch andere Freiheitsgrade der Bewegung implementiert werden. Durch das Bewegen des beweglichen Endes der Faser kann erreicht werden, dass Laserlicht unter verschiedenen Winkeln abgestrahlt wird. Dadurch kann ein Umfeld mit dem Laserlicht gescannt werden. Je nach Amplitude der Bewegung des beweglichen Endes können unterschiedlich große Scanbereiche implementiert werden.

In verschiedenen Beispielen kann am beweglichen Ende der Faser mindestens ein optisches Element angebracht sein, beispielsweise ein Spiegel, ein Prisma und/oder eine Linse, wie etwa eine Linse mit Gradientenindex (GRIN-Linse). Mittels des optischen Elements ist es möglich, dass Laserlicht aus der Laserlichtquelle umzulenken. Beispielsweise könnte der Spiegel durch einen Wafer, etwa einen Silizium-Wafer, oder ein Glassubstrat implementiert sein. Beispielsweise könnte der Siegel eine Dicke im Beriech von 0,05 μm–0,1 mm aufweisen. Beispielsweise könnte der Spiegel eine Dicke von 25 μm oder 50 μm aufweisen. Beispielsweise könnte der Spiegel eine Dicke im Bereich von 25 μm bis 75 μm aufweisen. Beispielsweise könnte der Spiegel quadratisch, rechtecksförmig, elliptisch oder kreisförmig ausgebildet sein. Beispielsweise könnte der Spiegel einen Durchmesser im Bereich von 3 mm bis 6 mm aufweisen.

In verschiedenen Beispielen können LIDAR-Techniken angewendet werden. Die LIDAR-Techniken können dazu genutzt werden, um eine ortsaufgelöste Abstandsmessung von Objekten im Umfeld durchzuführen. Zum Beispiel kann die LIDAR-Technik Laufzeitmessungen des gepulsten Laserlichts zwischen dem beweglichen Ende der Faser, dem Objekt und einem Detektor umfassen. Alternativ oder zusätzlich könnten auch Techniken der strukturierten Beleuchtung verwendet werden.

In verschiedenen Beispielen kann die LIDAR-Technik im Zusammenhang mit einer Fahrerassistenzfunktionalität für ein Kraftfahrzeug implementiert werden. Eine den Laserscanner beinhaltende Vorrichtung kann deshalb im Kraftfahrzeug angeordnet sein. Beispielsweise könnte ein tiefenaufgelöstes LIDAR-Bild erstellt werden und an ein Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs übergeben werden. Damit können zum Beispiel Techniken des unterstützten Fahrens oder des autonomen Fahrens implementiert werden.

Verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es erstrebenswert sein kann, den Betriebsmodus des Laserscanners in Abhängigkeit eines Fahrtzustands des Fahrzeugs auszuwählen. Der Fahrtzustand kann z. B. einen IST-Wert einer während einer Fahrt veränderlichen Eigenschaft des Fahrzeugs bzw. eines Umfelds des Fahrzeugs beschreiben. Typischerweise können sich nämlich die anzustrebenden Betriebsparameter des Laserscanners je nach Fahrtzustand des Fahrzeugs signifikant unterscheiden. Beispielsweise kann es bei der schnellen Fahrt auf einer Autobahn erstrebenswert sein, einen kleinen und nach vorne gerichteten und hochaufgelösten Scanbereich zu implementieren, um auch weit entfernte Objekte zuverlässig zu erkennen. Hingegen kann es bei der schnellen Fahrt auf einer Autobahn nicht erforderlich sein, eine besonders hohe Auflösung links und rechts von der Begrenzung der Autobahn zu erzielen. Bei der langsamen Fahrt auf einer innerstädtischen Straße kann es jedoch erstrebenswert sein, einen besonders großen Scanbereich zu implementieren, um auch links und rechts vom Kraftfahrzeug positionierte Objekte zu erkennen. Bei der langsamen Fahrt auf einer innerstädtischen Straße kann es entbehrlich sein, besonders weit entfernte Objekte – zum Beispiel weiter als 100 oder 150 m entfernt – zu erkennen.

Obwohl verschiedene Beispiele hierin in Bezug auf Kraftfahrzeuge und insbesondere PKWs beschrieben werden, können entsprechende Techniken jedoch auch auf andere Fahrzeuge angewendet werden. Beispiele umfassen etwa fliegende Drohnen, Roboter, Lastkraftfahrzeuge, Schiffe, Züge, Flugzeuge, Boote, Segelboote, etc.

1 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Laserscanner 101. Der Laserscanner 101 ist eingerichtet, um Laserlicht aus einer Laserlichtquelle in einer Umgebung der Vorrichtung 100 abzustrahlen. Dabei ist der Laserscanner 101 eingerichtet, um das Laserlicht zumindest entlang einer Scanachse zu scannen. In manchen Beispielen ist der Laserscanner 101 eingerichtet, um das Laserlicht entlang einer ersten und einer zweiten Scanachse zu scannen.

Die Vorrichtung 100 umfasst auch eine Recheneinheit 102. Beispiele für eine Recheneinheit 102 umfassen einen Analogschaltkreis, eine digitale Schaltung, einen Mikroprozessor, einen FPGA und/oder einen ASIC. Die Recheneinheit 102 kann Logik implementieren. In manchen Beispielen kann die Vorrichtung 100 auch mehr als eine Recheneinheit umfassen, die die Logik verteilt implementieren.

Beispielsweise kann die Recheneinheit 102 den Laserscanner 101 ansteuern. Die Recheneinheit 102 kann beispielsweise einen oder mehrere Betriebsparameter des Laserscanner 101 einstellen. In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen kann die Recheneinheit 102 unterschiedliche Betriebsmodi des Laserscanner 101 aktivieren. Ein Betriebsmodus kann dabei durch einen Satz von Betriebsparametern des Laserscanners 101 definiert sein.

Beispiele für Betriebsparameter umfassen: die Abmessung des Scanbereichs; die Ausrichtung des Scanbereichs, die zum Beispiel durch die Anordnung eines Zentrums des Scanbereichs definiert sein kann; die Scanpunktdichte, d. h. der Abstand zwischen benachbarten Abstandsmessungen; die Wiederholrate (manchmal auch als Bildwiderholrate bezeichnet) eines Scanvorgangs, der den Scanbereich definiert; die Pulsenergie von Pulsen des Laserlichts; die Wiederholrate von Pulsen des Laserlichts; ein Tastgrad (engl. duty cycle) von Pulsen des Laserlichts; eine Detektor-Blendenöffnung; etc..

Z. B. könnte innerorts bzw. bei geringen Geschwindigkeiten eine geringere Blendenöffnung des Detektors gewählt werden. Dadurch kann zwar die Reichweite der Abstandsmessung reduziert werden, da weniger sekundäres Laserlicht gesammelt werden kann. Andererseits kann jedoch eine besonders große Reichweite der Abstandsmessung innerorts bzw. bei geringen Geschwindigkeiten nicht erforderlich sein. Gleichzeitig kann durch die geringere Blendenöffnung erreicht werden, dass Störeinflüsse beispielsweise durch andere Laserscanner, reduziert werden können, da sekundäres Laserlicht besonders ortsselektiv gesammelt werden kann. Eine variable Blendenöffnung kann z. B. durch ein LCD-Matrix implementiert werden oder eine mechanisch verstellbare Blende.

Dabei kann die Recheneinheit 102 eingerichtet sein, um den jeweils aktiven Betriebsmodus in Abhängigkeit des Fahrtzustands des Fahrzeugs (in 1 nicht dargestellt), mit welchem die Vorrichtung 100 zusammenwirkt, zu bestimmen. Dazu ist die Recheneinheit 102 mit einer Schnittstelle 103 gekoppelt. Die Schnittstelle 103 erlaubt es, Steuerdaten zu empfangen, die indikativ für den Fahrtzustand des Fahrzeugs sind.

Zum Beispiel kann die Schnittstelle 103 eine Bus-Schnittstelle für einen Controller Area Network(CAN)-Bus oder einen Media Oriented Systems Transport(MOST)-BUS oder einen FlexRay-Bus implementieren. Z. B. kann die Schnittstelle 103 einen Steckkontakt implementieren.

In verschiedenen Beispielen können unterschiedliche Fahrtzustände des Fahrzeugs von der Recheneinheit 102 bei der Auswahl des aktiven Betriebsmodus des Laserscanner 101 berücksichtigt werden. Beispiele für solche Fahrtzustände umfassen: ein Straßentyp, wie zum Beispiel Autobahn, innerstädtische Straße, Landstraße, Staatsstraße; die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, beispielsweise in Kilometer pro Stunde; ein Gierwinkel des Fahrzeugs; ein Rollwinkel des Fahrzeugs; ein Nickwinkel des Fahrzeugs; und/oder ein Höhenprofil einer Straße, beispielsweise ein Neigungsniveau der Straße.

Durch das Berücksichtigen des Fahrtzustands des Fahrzeugs bei der Auswahl des aktiven Betriebsmodus des Laserscanners kann erreicht werden, dass die Abstandsmessung der Objekte im Umfeld situationsangepasst und flexibel durchgeführt werden kann. Dadurch kann im Allgemeinen eine größere Genauigkeit für die Abstandsmessung der Objekte im Umfeld erzielt werden. Beispielsweise kann erreicht werden, dass die Abstandsmessung an die jeweiligen Erfordernisse des Fahrtzustands angepasst wird und dadurch LIDAR-Daten bereitgestellt werden, die für eine entsprechende Fahrerassistenzfunktionalität von besonderer Relevanz sind bzw. einen großen Informationsgehalt aufweisen.

Die Recheneinheit 102 ist weiterhin eingerichtet, um eine Abstandsmessung durchzuführen. Dazu kann die Recheneinheit Rohdaten vom Laserscanner 101 empfangen. Diese Rohdaten können beispielsweise eine Laufzeit von Pulsen des Laserlichts zwischen Senden und Empfangen beschreiben. Diese Rohdaten können weiterhin einen assoziierten Abstrahlwinkel des Laserlichts beschreiben. Basierend darauf kann die Recheneinheit 102 ein LIDAR-Bild erzeugen, das beispielsweise einer Punktwolke mit Tiefeninformation entspricht. Optional wäre es möglich, dass die Recheneinheit 102 z. B. eine Objekterkennung basierend auf dem LIDAR-Bild durchführt. Dann kann die Recheneinheit 102 das LIDAR-Bild ausgeben. Die Recheneinheit 102 kann wiederholt neue LIDAR-Bilder erzeugen, z. B. mit einer der Scanfrequenz entsprechenden Bildwiderholrate. Die Scanfrequenz kann z. B. im Bereich 20 – 100 Hz liegen.

2 illustriert Aspekte in Bezug auf den Laserscanner 101. Insbesondere illustriert 2 einen Laserscanner 101 gemäß verschiedener Beispiele in größerem Detail.

In dem Beispiel der 2 umfasst der Laserscanner 101 eine Laserlichtquelle 111. Beispielsweise kann die Laserlichtquelle 111 ein Diodenlaser sein. In manchen Beispielen kann die Laserlichtquelle 111 ein Oberflächenemitter (engl. vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL) sein. Die Laserlichtquelle 111 sendet Laserlicht 191 aus, welches durch die Umlenkeinheit 112 um einen bestimmten Ablenkwinkel umgelenkt wird. In manchen Beispielen kann eine Kollimatoroptik für das Laserlicht 191 im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle 111 und der Umlenkeinheit 112 angeordnet sein. In anderen Beispielen könnte, alternativ oder zusätzlich, die Kollimatoroptik für das Laserlicht 191 auch im Strahlengang hinter der Umlenkeinheit 112 angeordnet sein.

Die Umlenkeinheit könnte z. B. einen Spiegel oder ein Prisma umfassen. Beispielsweise könnte die Umlenkeinheit ein rotierendes Mehrfacetten-Prisma umfassen.

Der Laserscanner 101 kann eine oder mehrere Scanachsen implementieren (in 2 ist nur eine Scanachse dargestellt, nämlich in der Zeichenebene). Durch das Bereitstellen von mehreren Scanachsen kann ein zweidimensionaler Scanbereich implementiert werden.

Ein zweidimensionaler Scanbereich kann es ermöglichen, die Abstandsmessung der Objekte im Umfeld mit großem Informationsgehalt durchzuführen. Typischerweise kann derart neben einer horizontalen Scanachse auch eine vertikale Scanachse – in Bezug auf ein globales Koordinatensystem, in welchem das Kraftfahrzeug angeordnet ist – implementiert werden. Insbesondere im Vergleich zu Referenzimplementierungen, die eine vertikale Auflösung nicht durch Scannen, sondern vielmehr durch ein Array von mehreren Laserlichtquellen, die gegeneinander versetzt sind und unter unterschiedlichen Winkeln auf eine Umlenkeinheit Laserlicht emittieren, kann derart ein weniger komplexes System mit weniger Bauteilen und/oder eine höhere vertikale Auflösung erreicht werden. Außerdem kann es in verschiedenen Beispielen möglich sein, entsprechende Betriebsparameter des Laserscanners 101, die mit der vertikalen Scanachse assoziiert sind, flexibel zum Beispiel in Abhängigkeit des Fahrtzustands des Fahrzeugs anzupassen. Dies ist oftmals bei einer festen Verbauung eines Arrays von Laserlichtquellen nicht oder nur eingeschränkt möglich.

Zum Scannen des Laserlichts 191 weist die Umlenkeinheit 112 mindestens einen Freiheitsgrad der Bewegung auf. Jeder Freiheitsgrad der Bewegung kann eine entsprechende Scanachse definieren. Die entsprechende Bewegung kann durch einen Aktuator 114 betätigt bzw. angeregt werden.

Um mehrere Scanachsen zu implementieren, wäre es in manchen Beispielen möglich, dass mehr als eine Umlenkeinheit vorhanden ist (in 2 nicht dargestellt). Dann kann das Laserlicht 191 sequenziell die verschiedenen Umlenkeinheiten durchlaufen. Jede Umlenkeinheit kann einen entsprechenden zugeordneten Freiheitsgrad der Bewegung aufweisen, der einer zugehörigen Scanachse entspricht. Manchmal wird eine solche Anordnung als Scannersystem bezeichnet.

Um mehrere Scanachsen zu implementieren, wäre es in weiteren Beispielen möglich, dass die einzelne Umlenkeinheit 112 mehr als einen einzigen Freiheitsgrad der Bewegung aufweist. Zum Beispiel könnte die Umlenkeinheit 112 mindestens zwei Freiheitsgrade der Bewegung aufweisen. Entsprechende Bewegungen können durch den Aktuator 114 angeregt werden. Z. B. kann der Aktuator 114 die entsprechenden Bewegungen individuell, aber zeitparallel oder gekoppelt anregen. Dann wäre es möglich, durch Bewirken der Bewegungen in zeitlicher und örtlicher Überlagerung zwei oder mehr Scanachsen zu implementieren.

Durch das Überlagern der ersten Bewegung und der zweiten Bewegung im Ortsraum und im Zeitraum kann eine besonders hohe Integration des Laserscanners 101 erreicht werden.

Dadurch kann der Laserscanner 101 mit geringem Bauraum implementiert werden. Dies ermöglicht eine flexible Positionierung des Laserscanners 101 im Kraftfahrzeug. Außerdem kann erreicht werden, dass der Laserscanner 101 vergleichsweise wenig Bauteile aufweist und damit robust und kostengünstig hergestellt werden kann.

Beispielsweise könnte ein erster Freiheitsgrad der Bewegung der Rotation eines Spiegels entsprechen und ein zweiter Freiheitsgrad der Bewegung einer Verkippung des Spiegels entsprechen. Beispielsweise könnte ein erster Freiheitsgrad der Rotation eines Mehrfacetten-Prismas entsprechen und ein zweiter Freiheitsgrad der Verkippung des Mehrfacetten-Prismas entsprechen. Beispielsweise könnte ein erster Freiheitsgrad der Transversalmode einer Faser entsprechen und ein zweiter Freiheitsgrad der Bewegung der Torsionsmode der Faser entsprechen. Die Faser könnte ein entsprechendes bewegliches Ende aufweisen. Beispielsweise könnte ein erster Freiheitsgrad der Bewegung einer ersten Transversalmode einer Faser entsprechen und ein zweiter Freiheitsgrad der Bewegung einer zweiten Transversalmode der Faser entsprechen, die z. B. orthogonal zur ersten Transversalmode ist.

In manchen Beispielen ist es möglich, dass sowohl die erste Bewegung gemäß einem ersten Freiheitsgrad der Bewegung, der einer ersten Scanachse entspricht, als auch die zweite Bewegung gemäß einem zweiten Freiheitsgrad der Bewegung, der einer zweiten Scanachse entspricht, resonant bewirkt wird. In anderen Beispielen ist es möglich, dass zumindest eine der ersten Bewegung und der zweiten Bewegung nicht resonant bewirkt wird, sondern vielmehr diskret bzw. gestuft bewirkt wird.

Wenn sowohl die erste Bewegung, als auch die zweite Bewegung resonant bewirkt werden, kann eine sogenannte Überlagerungs-Figur, manchmal auch Lissajous-Figur, für das Scannen entlang der ersten Scanachse und der zweiten Scanachse erhalten werden. Wenn sowohl die erste Bewegung, als auch die zweite Bewegung resonant bewirkt werden, kann ein besonders robustes und einfaches System für den Laserscanner umgesetzt werden. Beispielsweise kann der Aktuator einfach implementiert werden.

Der Aktuator 114 ist typischerweise elektrisch betreibbar. Der Aktuator 114 könnte magnetische Komponenten und/oder piezoelektrische Komponenten umfassen. Beispielsweise könnte der Aktuator eine Rotationsmagnetfeldquelle umfassen, die eingerichtet ist, um ein als Funktion der Zeit rotierendes magnetisches Feld zu erzeugen. Der Aktuator 114 könnte zum Beispiel Biegepiezokomponenten umfassen.

In manchen Beispielen könnte anstatt einer Umlenkeinheit 112 auch ein auf einem Substrat – etwa Silizium – integriert gefertigtes Array aus mehreren Emitterstrukturen – beispielsweise Lichtwellenleitern – verwendet werden, wobei die mehreren Emitterstrukturen Laserlicht in einer bestimmten Phasenbeziehung aussenden. Durch Variieren der Phasenbeziehung des Laserlichts, welches durch die verschiedenen Emitterstrukturen ausgesendet wird, kann dann ein bestimmter Abstrahlwinkel durch konstruktive und destruktive Interferenz eins gestellt werden. Solche Anordnungen werden auch manchmal als optisches Array mit Phasenbeziehung (engl. optical phased array, OPA) bezeichnet. Siehe M. J. R. Heck „Highly integrated optical phased arrays: photonic integrated circuits for optical beam shaping and beam steering” in Nanophotonics (2016).

Der Laserscanner 101 umfasst auch einen Detektor 113. Beispielsweise kann der Detektor 113 durch eine Fotodiode implementiert sein. Beispielsweise kann der Detektor 113 durch ein Fotodioden-Array implementiert sein. Beispielsweise kann der Detektor 113 ein oder mehrere Einzelphotonen-Lawinendioden (engl. single photon avalance diode, SPAD) aufweisen.

Der Detektor 113 ist eingerichtet, um von Objekten (in 2 nicht dargestellt) im Umfeld der Anordnung 100 reflektiertes sekundäres Laserlicht 192 zu detektieren. Basierend auf einer Laufzeitmessung zwischen dem Aussenden eines Pulses des primären Laserlichts 191 durch die Laserlichtquelle 111 und dem Detektieren des Pulses durch den Detektor 113 kann dann eine Abstandsmessung der Objekte durchgeführt werden. Solche Techniken könnten beispielsweise auch kombiniert werden oder ersetzt werden mit strukturierter Beleuchtung, bei der anstatt von Pulsen des Laserlichts 191 kontinuierliches Laserlicht verwendet werden kann.

In dem Beispiel der 2 weist der Detektor 113 eine eigene Blende 113A auf. In anderen Beispielen wäre es möglich, dass der Detektor 113 dieselbe Blende verwendet, die auch für das Abstrahlen des primären Laserlichts 191 verwendet wird. Dann kann eine besonders hohe Sensitivität erzielt werden.

Optional könnte der Laserscanner 101 auch eine Positioniervorrichtung aufweisen (in 2 nicht dargestellt). Die Positioniervorrichtung kann eingerichtet sein, um ein Signal auszugeben, das indikativ für den Abstrahlwinkel ist, mit welchem das Laserlicht abgestrahlt wird. Dazu wäre es zum Beispiel möglich, dass die Positioniervorrichtung eine Zustandsmessung des Aktuators 114 und/oder der Umlenkeinheit 112 vornimmt. Die Positioniervorrichtung könnte beispielsweise auch direkt das primäre Laserlicht 191 messen. Die Positioniervorrichtung kann im Allgemeinen den Abstrahlwinkel optisch messen, z. B. basierend auf dem primären Laserlicht 191 und/oder Licht einer Leuchtdiode. Beispielsweise könnte die Positioniervorrichtung einen positionssensitiven Detektor (engl. position sensitive device, PSD) aufweisen, der z. B. eine PIN-Diode, ein CCD-Array oder ein CMOS-Array aufweist. Dann könnte das primäre Laserlicht 191 und/oder Licht aus einer Leuchtdiode über die Umlenkeinheit 112 auf den PSD gerichtet werden, sodass der Abstrahlwinkel mittels des PSD gemessen werden kann. Alternativ oder zusätzlich könnte die Positioniervorrichtung auch ein Faser-Bragg-Gitter aufweisen, dass zum Beispiel innerhalb der Faser, die die Umlenkeinheit 112 ausbildet, angeordnet ist: durch eine Krümmung und/oder Torsion der Faser kann sich die Länge des Faser-Bragg-Gitters ändern und dadurch die Reflektivität für Licht einer bestimmten Wellenlänge verändert werden. Dadurch kann der Bewegungszustand der Faser gemessen werden. Daraus lässt sich auf den Abstrahlwinkel zurück schließen.

3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele. Beispielsweise könnte das Verfahren gemäß 3 durch eine Vorrichtung 100, wie sie voranstehend in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben wurde, implementiert werden.

Zunächst erfolgt in Block 5001 das Empfangen von Steuerdaten. Die Steuerdaten sind indikativ für einen Fahrtzustand eines Fahrzeugs. Beispielsweise könnten die Steuerdaten über eine Bus-Datenverbindung wie beispielsweise einen CAN-Bus oder einen MOST-Bus oder einen FlexRay-Bus empfangen werden. Beispielsweise könnten die Steuerdaten über eine paketierte Datenverbindung empfangen werden. Es wäre aber auch möglich, dass die Steuerdaten als analoges Signal codiert sind.

Dann erfolgt in Block 5002 das Auswählen eines aktiven Betriebsmodus eines Laserscanners in Abhängigkeit des Fahrtzustands, wie er von den Steuerdaten in Block 5001 indiziert wird.

Dabei kann zum Beispiel mittels einer Nachschlagetabelle oder anderweitig eine bestimmte Zuordnung zwischen einem oder mehreren Fahrtzuständen des Fahrzeugs und dem jeweils aktivierten Betriebsmodus des Laserscanners implementiert werden. Zum Beispiel können bestimmte logische Verknüpfungen zwischen verschiedenen Fahrtzuständen des Fahrzeugs berücksichtigt werden.

Dann kann optional das Scannen von Laserlicht – beispielsweise gepulstem Laserlicht – entlang einer ersten Scanachse und optional entlang einer zweiten Scanachse in Übereinstimmung mit dem aktivierten Betriebsmodus des Laserscanners erfolgen.

Dann kann optional eine Abstandsmessung von Objekten im Umfeld durchgeführt werden. Dazu könnten z. B. Laufzeitmessungen von Pulsen des Laserlichts berücksichtigt werden. Es könnten aber auch Techniken der strukturierten Beleuchtung verwendet werden.

4 illustriert Aspekte in Bezug auf Steuerdaten 104, welche indikativ für einen Fahrtzustand eines Fahrzeugs sind. In dem Beispiel der 4 sind die Steuerdaten 104 digital codiert. In dem Beispiel der 4 sind die Steuerdaten 104 als Datenpakete 200 implementiert. Ein solches Datenpaket 200 umfasst Kopfdaten 201 (engl. header) und umfasst weiterhin Nutzdaten (engl. payload data). Die Nutzdaten sind indikativ für den Fahrtzustand 202 des Fahrzeugs.

5 illustriert Aspekte in Bezug auf den Fahrtzustand 202 des Fahrzeugs. In dem Beispiel der 5 ist der Fahrtzustand 202 des Fahrzeugs durch drei Kriterien klassifiziert. In anderen Beispielen könnten auch weniger oder mehr Kriterien zur Klassifikation des Fahrtzustands verwendet werden. Beispielsweise könnte auch nur ein einziges Kriterium verwendet werden.

In dem Beispiel der 5 ist der Fahrtzustand 202 zunächst durch einen Straßentyp, auf welchem sich das Fahrzeug gegenwärtig bewegt, klassifiziert. Beispielsweise könnte der Straßentyp aus Kartendaten einer Navigationsdatenbank, etwa im Zusammenhang mit einem Satellitennavigationssystem, ermittelt werden. Der Straßentyp könnte zum Beispiel verschiedene Straßenklassen beschreiben, wie Autobahn (vergleiche 5), Staatsstraße, Straße innerhalb eines Ortes, Landesstraße, Bundesstraße, etc.

In dem Beispiel der 5 ist der Fahrtzustand 202 weiterhin durch eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs klassifiziert. Die Geschwindigkeit kann zum Beispiel durch Auslesen eines Tachometers erhalten werden.

In dem Beispiel der 5 ist der Fahrtzustand 202 weiterhin durch eine Gierrate des Fahrzeugs klassifiziert. Beispielsweise könnte die Gierrate durch Auslesen eines Beschleunigungssensors erhalten werden. Alternativ oder zusätzlich zur Gierrate könnte auch der Nickwinkel oder der Rollwinkel des Fahrzeugs zur Klassifikation des Fahrtzustands verwendet werden.

Der Fahrtzustand 202 kann auch durch andere Observablen beschrieben werden, als diejenigen, die in dem Beispiel der 5 dargestellt sind. Beispiele umfassen ein Höhenprofil einer Straße, beispielsweise ein Steigungswinkel der Straße.

Weitere Beispiele für den Fahrtzustand 202 umfassen eine Wettersituation, wie beispielsweise Regen, Schnee, Nacht, Sonnenschein, Trockenheit, Luftfeuchtigkeit, Umfeldhelligkeit, usf.

Solche Beispiele für den Fahrtzustand 202 können flexibel je nach Anwendungsfall miteinander kombiniert werden.

6 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Integration der Vorrichtung 100 in ein Kraftfahrzeug 99. In dem Beispiel der 6 ist die Vorrichtung 100 in ein Personenkraftfahrzeug (PKW) integriert. 6 ist eine Seitenansicht des PKWs 99. In dem Beispiel der 6 ist die Vorrichtung 100 in einem oberen, mittleren Bereich der vorderen Windschutzscheibe des PKWs 99 angebracht. In anderen Beispielen könnte die Vorrichtung 100 auch an anderen Positionen des PKWs 99 angebracht sein, beispielsweise im Bereich einer vorderen Stoßstange, einer hinteren Stoßstange, im Bereich eines Kühlergrills, etc.

6 illustriert weiterhin Aspekte in Bezug auf eine vertikale Scanachse 301 des Laserscanners 100. Bei bestimmungsgemäßem Einbau der Vorrichtung 100 in den PKW 99 ist die Scanachse 301 vertikal im entsprechenden Koordinatensystem des PKWs 99 orientiert, d. h. in etwa senkrecht zur Straße.

In dem Beispiel der 6 sind zwei unterschiedliche Abmessungen 311-1, 311-2 des Scanbereichs entlang der vertikalen Scanachse 301 dargestellt. Aus dem Beispiel der 6 ist ersichtlich, dass die Abmessung 311-1 größer ist, als die Abmessung 311-2.

Beispielsweise wäre es möglich, dass die beiden Abmessungen 311-1, 311-2 jeweils mit unterschiedlichen Betriebsmodi 81, 82 des Laserscanners 101 assoziiert sind. Beispielsweise könnte die Abmessung 311-1 (durchgezogene Linie in 6) im Zusammenhang mit einem Betriebsmodus 81, der einer Fahrt auf innerörtlichen Straßen und/oder im Zusammenhang mit geringen Geschwindigkeiten des PKWs 99 entspricht, aktiviert werden. Beispielsweise könnte die Abmessung 311-2 (gestrichelte Linie in 6) im Zusammenhang mit einem Betriebsmodus 82, der einer Fahrt auf der Autobahn und/oder im Zusammenhang mit großen Geschwindigkeiten des PKWs 99 entspricht, aktiviert werden.

Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Fahrt mit großen Geschwindigkeiten bzw. auf der Autobahn typischerweise Objekte in einer größeren Entfernung zur Vorrichtung 100 detektiert werden müssen. Deshalb kann es erstrebenswert sein, die Abmessung 311-2 des Scanbereichs entlang der vertikalen Scanachse 301 vergleichsweise klein zu dimensionieren, um im Fernbereich eine große Auflösung – beispielsweise eine große Scanpunktdichte – zu erhalten und/oder das unnötige Akquirieren von LIDAR-Daten im Nahbereich zu vermeiden.

7 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Integration der Vorrichtung 100 in den PKW 99. 7 ist eine Aufsicht auf den PKW 99. Das Szenario der 7 entspricht dem Szenario der 6.

7 illustriert weiterhin Aspekte in Bezug auf eine horizontale Scanachse 302 des Laserscanners 100. Beim bestimmungsgemäßen Einbau der Vorrichtung 100 in den PKW 99 ist die Scanachse 302 horizontalen Koordinatensystem des PKWs 99 orientiert, d. h. in etwa parallel zur Straße.

In dem Beispiel der 7 ist die Abmessung 312-1 des Scanbereichs entlang der horizontalen Scanachse 302 dargestellt. Außerdem ist die Abmessung 312-2 des Scanbereichs der horizontalen Scanachse 302 dargestellt. Aus dem Beispiel der 7 ist ersichtlich, dass die Abmessung 312-1 größer ist, als die Abmessung 312-2.

Beispielsweise wäre es möglich, dass die Abmessungen 312-1, 312-2 mit unterschiedlichen Betriebsmodi 81, 82 des Laserscanners 101 assoziiert sind. Beispielsweise könnte die Abmessung 312-1 im Zusammenhang mit einer Fahrt auf innere örtlichen Straßen und/oder im Zusammenhang mit einem Betriebsmodus 81, der Geschwindigkeiten des PKWs 99 unterhalb eines Schwellenwerts entspricht, aktiviert werden. Beispielsweise könnte die Abmessung 312-2 im Zusammenhang mit einem Betriebsmodus 82, der einer Fahrt auf der Autobahn und/oder großen Geschwindigkeiten des PKWs 99 entspricht, aktiviert werden.

Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Fahrt mit großen Geschwindigkeiten bzw. auf der Autobahn oftmals Objekte vor dem PKW 99 detektiert werden müssen, jedoch Objekte links und rechts des PKWs 99 nicht detektiert werden müssen. Deshalb kann es erstrebenswert sein, die Abmessung 312-2 des Scanbereichs entlang der horizontalen Scanachse 302 vergleichsweise klein zu dimensionieren, um im Fernbereich eine große Auflösung – beispielsweise eine große Scanpunktdichte – zu erhalten und/oder das unnötige Akquirieren von LIDAR-Daten im Nahbereich links und rechts vom PKW 99 zu vermeiden. Beispielsweise kann dadurch eine Scanwiederholrate erhöht werden.

8 illustriert Aspekte in Bezug auf den Scanbereich 315. 8 ist ein Polarplot entlang der vertikalen Scanachse 301 und der horizontalen Scanachse 302. Das Szenario der 8 entspricht grundsätzlich den Szenarien der 6 und 7. Aus 8 ist ersichtlich, dass je nach Betriebsmodus 81, 82 des Laserscanners 101 sowohl die Abmessung 311-1, 311-2 entlang der vertikalen Scanachse 301 verändert werden kann, als auch die Abmessung 312-1, 312-2 entlang der horizontalen Scanachse 302.

9 illustriert Aspekte in Bezug auf den Scanbereich 315. 9 ist ein Polarplot entlang der vertikalen Scanachse 301 und der horizontalen Scanachse 302. Das Szenario der 9 entspricht grundsätzlich den Szenarien der 68. In dem Beispiel der 9 wird je nach Betriebsmodus 81, 82 des Laserscanners 101 jedoch lediglich die Abmessung 311-1, 311-2 des Scanbereichs 315 entlang der vertikalen Scanachse 301 angepasst; die Abmessung 312 des Scanbereichs 315 entlang der horizontalen Scanachse 302 wird nicht angepasst.

Es sind unterschiedliche Kombinationen in Bezug auf das Anpassen des Scanbereichs 315 in Abhängigkeit des Betriebsmodus 81, 82 denkbar. Beispielsweise könnte die Abmessung des Scanbereichs 315 entlang der vertikalen Scanachse 301 angepasst werden und die Abmessung des Scanbereichs 315 entlang der horizontalen Scanachse 302 nicht angepasst werden. Es wäre auch möglich, dass die Abmessung des Scanbereichs 315 entlang der vertikalen Scanachse 301 konstant bleibt, jedoch die Abmessung des Scanbereichs 315 entlang der horizontalen Scanachse 302 angepasst wird.

In verschiedenen Beispielen wurde voranstehend beschrieben, wie die Abmessungen des Scanbereichs 315 angepasst werden können. Es wäre aber auch möglich, dass unterschiedliche Betriebsmodi 81, 82 des Laserscanners 101 alternativ oder zusätzlich auch mit anderen Eigenschaften des Scanbereichs 315 assoziiert sind. Beispielsweise wäre es möglich, dass unterschiedliche Betriebsmodi 81, 82 des Laserscanners 101 mit einer Scanfolge verschiedener Scanpunkte innerhalb des Scanbereichs 315 assoziiert sind (Scantrajektorie). Alternativ oder zusätzlich wäre es möglich, dass unterschiedliche Betriebsmodi 81, 82 des Laserscanners 101 mit unterschiedlichen Ausrichtung des Scanbereichs 315 entlang einer oder mehrerer Scanachse 301, 302 assoziiert sind.

10 illustriert Aspekte in Bezug auf den Scanbereich 315. 10 ist ein Polarplot entlang der vertikalen Scanachse 301 und der horizontalen Scanachse 302. In dem Beispiel der 10 wird je nach Betriebsmodus 81, 82 des Laserscanners 101 die Ausrichtung des Scanbereichs 315 im durch die Scanachse 301, 302 definierten Koordinatensystem verändert. Aus 10 ist ersichtlich, dass die Abmessungen 311, 312 des Scanbereichs 315 konstant bleiben.

In dem Beispiel der 10 wird ein Zentrum des Scanbereichs 315 je nach Betriebsmodus des Laserscanners 101 verschoben. Dies kann z. B. einem nicht-dynamischen Offset der Umlenkeinheit 112 entsprechen. Insbesondere wird in dem Beispiel der 10 das Zentrum des Scanbereichs 315 entlang der vertikalen Scanachse 302 verschoben. Beispielsweise könnte eine solche Verschiebung des Scanbereichs 315 dazu verwendet werden, um einen Gierwinkel, Rollwinkel und/oder Nickwinkel des PKWs 99 zu kompensieren.

11 illustriert Aspekte in Bezug auf den Scanbereich 315. 11 ist ein Polarplot entlang der vertikalen Scanachse 301 und der horizontalen Scanachse 302. In dem Beispiel der 11 wird je nach Betriebsmodus 81, 82 des Laserscanners 101 die Ausrichtung des Scanbereichs 315 im durch die Scanachse 301, 302 definierten Koordinatensystem verändert. Aus 11 ist ersichtlich, dass die Abmessungen 311, 312 des Scanbereichs 315 konstant bleiben.

Im dem Beispiel der 11 wird ein Zentrum des Scanbereichs 315 je nach Betriebsmodus 81, 82 des Laserscanners 101 verschoben. Insbesondere wird in dem Beispiel der 11 das Zentrum des Scanbereichs 315 entlang der horizontalen Scanachse 302 verschoben. Beispielsweise könnte eine solche Verschiebung des Scanbereichs 315 dazu verwendet werden, um einen Gierwinkel, Rollwinkel und/oder Nickwinkel des PKWs 99 zu kompensieren.

In verschiedenen Beispielen wäre es möglich, die die Implementierungen gemäß der voranstehend diskutierten 611 miteinander zu kombinieren.

12 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Scanpunktdichte 321. 12 illustriert die Scanpunktdichte 321 entlang der vertikalen Scanachse 301 für verschiedene Betriebsmodi 81, 82. In dem Beispiel der 12 ist ersichtlich, dass unterschiedliche Betriebsmodi 81, 82 unterschiedliche Scanpunktdichte entlang der vertikalen Scanachse 301 implementieren können.

Durch die Implementierung unterschiedlicher Scanpunktdichten 321 kann erreicht werden, dass zum Beispiel für Abstandsmessungen von Objekten in großer Entfernung eine genügend große Anzahl von Scanpunkten pro Objekt erzielt werden kann.

In dem Beispiel der 12 sind die Scanpunktdichte 321 entlang der vertikalen Scanachse 301 konstant. Es wäre jedoch auch möglich, dass die Scanpunktdichte 321 entlang der vertikalen Scanachse 301 variiert. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Variation der Scanpunktdichte 321 entlang der vertikalen Scanachse 301 für unterschiedliche Betriebsmodi unterschiedlich implementiert wird.

13 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Scanpunktdichte 321. 13 illustriert die Scanpunktdichte 321 entlang der vertikalen Scanachse 301 für verschiedene Betriebsmodi 81, 82. In dem Beispiel der 13 ist ersichtlich, dass unterschiedliche Betriebsmodi 81, 82 unterschiedliche Scanpunktdichten 321 entlang der vertikalen Scanachse 301 implementieren können. In dem Beispiel der 13 weist die Scanpunktdichte 321 des Betriebsmodus 82 (gestrichelte Linie) eine charakteristische Variation entlang der vertikalen Scanachse 301 auf, d. h. es werden im Allgemeinen unterschiedliche Variationen der Scanpunktdichte 321 für unterschiedliche Betriebsmodi 81, 82 implementiert.

Beispielsweise kann ein Szenario gemäß dem Beispiel der 13 insbesondere im Zusammenhang mit der Differenzierung zwischen einer Fahrtsituation auf einer Autobahn bzw. bei hohen Geschwindigkeiten des PKWs 99 gegenüber einer Farbsituation auf einer innerstädtischen Straße bzw. bei niedrigen Geschwindigkeiten des PKWs 99 erstrebenswert sein. Zum Beispiel kann bei hohen Geschwindigkeiten eine hohe Scanpunktdichte 321 insbesondere in einem Zentralbereich des Scanbereichs 315 erstrebenswert sein; typischerweise entspricht der Zentralbereich großen Entfernungen der entsprechenden Objekte. Wenn jedoch die Objekte vergleichsweise nahe beim PKW 99 erwartet werden, kann eine homogene Scanpunktdichte 321 erstrebenswert sein: dies ist typischerweise im Zusammenhang mit niedrigen Geschwindigkeiten des PKWs 99 der Fall.

Während in Bezug auf die 12 und 13 voranstehend Beispiele der Scanpunktdichte 321 entlang der vertikalen Scanachse 301 diskutiert wurden, kann es alternativ oder zusätzlich möglich sein, die Scanpunktdichte entlang weiterer Scanachse, beispielsweise der horizontalen Scanachse 302, für unterschiedliche Betriebsmodi 81, 82 unterschiedlich zu implementieren.

Unterschiedliche Scanpunktdichten können beispielsweise unterschiedlichen Abständen benachbarter Scanzeilen entsprechen. Die Scanpunktdichte kann beispielsweise einen Abstand benachbarter Abstrahlwinkel für gepulstes Laserlicht 191 beschreiben. Die Scanpunktdichte kann z. B. eine Winkelauflösung des Scannens beschreiben.

Unterschiedliche Scanpunktdichte können zum Beispiel durch unterschiedliche Schrittweiten einer gestuften Bewegung entlang eines Freiheitsgrads der Bewegung, der mit der entsprechenden Scanachse 301, 302 assoziiert ist, erreicht werden.

14 illustriert Aspekte in Bezug auf das primäre Laserlicht 191, das von der Laserlichtquelle 111 des Laserscanners 101 ausgesendet wird. 14 illustriert die Amplitude 330 des Laserlichts 191 als Funktion der Zeit.

In 14 ist eine Pulsfolge des Laserlichts 191 für einen Betriebsmodus 81 (durchgezogene Linie) und einen Betriebsmodus 82 (gestrichelte Linie) dargestellt. Aus 14 ist ersichtlich, dass die beiden Betriebsmodi 81, 82 unterschiedliche Pulsenergien der Pulse des Laserlichts 191 implementieren (die Pulsenergie ist proportional zur Fläche unter den Kurven in 14). Dies wird erreicht durch unterschiedliche Spitzenamplituden 331-1, 331-2, sowie durch unterschiedliche Pulsdauern 332-1, 332-2. In anderen Beispielen wäre es auch möglich, dass entweder die Spitzenamplitude oder die Pulsdauer in Abhängigkeit des Betriebsmodus 81, 82 verändert wird.

In dem Beispiel der 14 sind die beiden Betriebsmodi 81, 82 zusätzlich mit unterschiedlichen Wiederholungsraten 333-1, 333-2 der Pulse des Laserlichts 191 assoziiert. Das ist optional. Beispielsweise wäre es möglich, dass ein Tastgrad der Pulsfolge in Abhängigkeit des Betriebsmodus 81, 82 verändert wird.

Durch eine Anpassung der Pulsfolge des Laserlichts 191, kann erreicht werden, dass zum Beispiel bei Bedarf besonders große Reichweiten für die Abstandsmessung erzielt werden können. Große Reichweiten für die Abstandsmessung können beispielsweise durch eine hohe Pulsenergie erzielt werden. Oftmals kann eine höhere Pulsenergie einhergehen mit einer geringeren Tiefenauflösung, d. h. einer geringeren Genauigkeit mit welcher der Abstand der Objekte bestimmt werden kann. Jedoch kann es bei Abstandsmessungen von vergleichsweise weit entfernten Objekten – beispielsweise in einem Abstand im Bereich von 100–400 m – entbehrlich sein, eine besonders hohe Genauigkeit bei der Bestimmung des Abstands zu erzielen.

Gleichzeitig kann erreicht werden, dass bestimmte Grenzwerte für die Augensicherheit (engl. eye safety), die beispielsweise Situationsabhängig definiert sind (z. B. striktere Grenzwerte innerorts im Vergleich zu Grenzwerten auf der Autobahn), jeweils gut ausgeschöpft werden können.

Ferner kann erreicht werden, dass der Zugriff auf das Spektrum minimiert werden kann. Dadurch können Interferenzen mit Laserscanner und anderer Fahrzeuge reduziert werden.

Dies kann insbesondere im Zusammenhang mit dem innerstädtischen Verkehr erstrebenswert sein, wo eine große Dichte von Fahrzeugen vorliegen kann.

15 illustriert Aspekte in Bezug auf die Vorrichtung 100. Insbesondere illustriert 15 Aspekte in Bezug auf den Laserscanner 101. In dem Beispiel der 15 umfasst der Laserscanner 101 eine Faser 701. Die Faser 701 implementiert die Umlenkeinheit 112. Dies bedeutet, dass die Faser 701 eingerichtet sein kann, um das Laserlicht 191 abzulenken.

Die Faser 701 erstreckt sich entlang einer Zentralachse 702. Die Faser 701 umfasst ein bewegliches Ende 705 mit einer Endfläche 709.

Außerdem ist eine Fixierung 750 der Vorrichtung 100 dargestellt. Beispielsweise könnte die Fixierung 750 aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein. Die Fixierung 750 könnte zum Beispiel Teil eines Gehäuses sein, welches das bewegliche Ende 705 der Faser 701 aufnimmt.

Die Fixierung 750 fixiert die Faser 701 an einer Fixierstelle 706. Zum Beispiel könnte die Fixierung 750 die Faser 701 an der Fixierstelle 706 durch eine Klemmverbindung und/oder eine Lötverbindung und/oder eine Klebeverbindung fixieren. Im Bereich der Fixierstelle 706 ist die Faser 701 deshalb ortsfest bzw. starr mit der Fixierung 750 gekoppelt.

In 15 ist weiterhin die Länge 703 der Faser 701 zwischen der Fixierstelle 706 und dem beweglichen Ende 705 dargestellt. Aus 15 ist ersichtlich, dass das bewegliche Ende 705 gegenüber der Fixierstelle 706 beabstandet ist. Zum Beispiel könnte die Länge 703 im Bereich von 0,5 cm bis 10 cm liegen, optional im Bereich von 5 cm bis 8 cm.

Das bewegliche Ende 705 steht also frei im Raum. Durch diesen Abstand des beweglichen Endes 705 gegenüber der Fixierstelle 706 kann erreicht werden, dass die Position des beweglichen Endes 705 der Faser 701 gegenüber der Fixierstelle 706 verändert werden kann. Dabei ist es beispielsweise möglich, die Faser 701 im Bereich zwischen der Fixierstelle 706 und dem beweglichen Ende 705 zu krümmen und/oder zu verdrehen. In 15 ist aber ein Ruhezustand der Faser 701 ohne Bewegung bzw. Auslenkung dargestellt.

16 illustriert Aspekte in Bezug auf die Vorrichtung 100. Insbesondere illustriert 16 Aspekte in Bezug auf den Laserscanner 101. In dem Beispiel der 16 umfasst die Umlenkeinheit 112 eine Faser 701. Das Beispiel der 16 entspricht dem Beispiel der 15. 16 zeigt einen dynamischen Zustand der Umlenkeinheit.

In dem Beispiel der 16 ist das Ende 705 der Faser 701 in einer Position 801 und einer Position 802 (gestrichelte Linie in 16) dargestellt. Diese Positionen 801, 802 implementieren Extrempositionen der Faser 701: zum Beispiel könnte ein Anschlag vorgesehen sein, welcher eine weitere Bewegung des Endes 705 über die Positionen 801, 802 hinaus verhindert (in 16 nicht dargestellt). Die Faser 701 kann sich zwischen den Positionen 801, 802 hin- und her bewegen, zum Beispiel periodisch. In dem Beispiel der 16 entspricht die Position 801 einer Krümmung 811. Die Position 802 entspricht einer Krümmung 812. Die Krümmungen 811, 812 weisen entgegengesetzte Vorzeichen auf. Zum Bewegen der Faser 701 zwischen den Positionen 801, 802, kann der Aktuator 114 vorgesehen sein (in 16 nicht dargestellt). Die Bewegung der Faser 701 zwischen den Positionen 801, 802 entspricht einer in der Zeichenebene der 16 definierten Transversalmode der Faser 701.

Es wäre alternativ oder zusätzlich möglich, eine senkrecht zur Zeichenebene der 16 definierten Transversalmode der Faser 701 zum Scannen des Laserlichts 191 zu verwenden. Zum Beispiel wäre anstatt einer eindimensionalen Bewegung (wie in 16 dargestellt), auch eine örtlich und zeitlich überlagerte zweidimensionale Bewegung mit einer Komponente senkrecht zur Zeichenebene der 16 möglich. Derart kann zum Beispiel eine Überlagerungsfigur implementiert werden, indem die orthogonalen Freiheitsgrade der Bewegung entsprechend senkrecht zueinander orientierter Transversalmoden angeregt werden.

Durch das Bereitstellen der Krümmungen 811, 812 in den Positionen 801, 802 wird erreicht, dass das Laserlicht 191 über einen bestimmten Scanbereich 315 mit einer Abmessung 311 abgestrahlt wird. In dem Beispiel der 16 implementiert die dargestellte Transversalmode die vertikale Scanachse 301. Es wäre aber auch möglich, dass die dargestellte Transversalmode die horizontale Scanachse 302 implementiert.

17 illustriert Aspekte in Bezug auf die Vorrichtung 100. Insbesondere illustriert 17 Aspekte in Bezug auf den Laserscanner 101. In dem Beispiel der 17 umfasst die Umlenkeinheit 112 wiederum die Faser 701. Das Beispiel der 17 entspricht grundsätzlich den Beispielen der 15 und 16. 17 zeigt einen dynamischen Zustand der Umlenkeinheit 112.

In dem Beispiel der 17 wird das bewegliche Ende 705 der Faser 701 derart bewegt, dass sich die Faser 701 im Bereich zwischen der Fixierstelle 706 und dem beweglichen Ende 705 zwischen einer ersten Torsion 871 und einer zweiten Torsion 872 bewegt. Dies entspricht einer Verdrillung der Faser 701 entlang der Zentralachse 702. Die Faser 701 wird also gemäß einer Torsionsmode angeregt.

Durch das Bereitstellen der Torsionen 871, 872 wird erreicht, dass das Laserlicht 191 (in 17 nicht dargestellt) über einen entsprechenden Scanbereich mit einer Abmessung 312 abgestrahlt werden kann.

In dem Beispiel der 17 implementiert die dargestellte Torsionsmode die horizontale Scanachse 302. Es wäre aber auch möglich, dass die dargestellte Torsionsmode die vertikale Scanachse 301 implementiert.

18 illustriert Aspekte in Bezug auf die Vorrichtung 100. Insbesondere illustriert 18 Aspekte in Bezug auf die Umlenkeinheit 112. In dem Beispiel der 18 umfasst die Umlenkeinheit 112 die Faser 701, die beispielsweise gemäß einer oder mehrerer Transversalmoden und/oder gemäß einer oder mehrerer Torsionsmoden bewegt werden kann. In dem Beispiel der 18 umfasst die Umlenkeinheit 112 weiterhin einen Spiegel 798, der auf dem beweglichen Ende 705 der Faser 701 starr angebracht ist. Der Spiegel 798 wird in dem Beispiel der 18 mit dem Laserlicht 191 beleuchtet, wobei das Laserlicht 191 nicht durch einen Lichtwellenleiter der Faser 701 läuft. Dadurch wird ein Ablenkwinkel 799 des Laserlichts 191 bewirkt. Der Ablenkwinkel 799 hängt dabei ab von der Krümmung 811, 812 und/oder der Torsion 871, 872 der Faser 701. Beispielsweise könnte anstatt eines Spiegels 798 auch ein Prisma verwendet werden, um den Ablenkwinkel 799 zu implementieren.

19 illustriert Aspekte in Bezug auf die Vorrichtung 100. Insbesondere illustriert 19 Aspekte in Bezug auf die Umlenkeinheit 112. In dem Beispiel der 19 umfasst die Umlenkeinheit 112 die Faser 701, die beispielsweise gemäß einer oder mehrerer Transversalmoden und/oder gemäß einer oder mehreren Torsionsmoden bewegt werden kann. In dem Beispiel der 19 umfasst die Umlenkeinheit 112 weiterhin einen Spiegel 798, der auf dem beweglichen Ende 705 der Faser 701 starr angebracht ist. Alternativ oder zusätzlich könnte auch eine Linse als optisches Element vorhanden sein, beispielsweise eine GRIN-Linse. Der Spiegel 798 wird in dem Beispiel der 19 mit Laserlicht 191 beleuchtet, wobei das Laserlicht 191 durch einen Lichtwellenleiter der Faser 701 läuft. Dadurch wird der Ablenkwinkel 799 des Laserlichts 191 bewirkt. Der Ablenkwinkel 799 hängt dabei wiederum von der Krümmung 811, 812 und/oder der Torsion 871, 872 der Faser 701 ab. Beispielsweise könnte anstatt eines Spiegels 798 auch ein Prisma verwendet werden, um den Ablenkwinkel 799 zu implementieren.

20 illustriert Aspekte in Bezug auf das Scannen des Umfelds der Vorrichtung 100 durch Bewegen der Faser 701. Insbesondere illustriert 20 eine Überlagerungsfigur, die erhalten wird, wenn eine erste Bewegung der Faser entlang der Scanachse 301 mit einer während einer Zeitdauer variablen Amplitude mit einer zweiten Bewegung der Faser 702 (horizontale Achse in 20) überlagert wird. Das Überlagern der Bewegungen bedeutet, dass die Bewegungen zumindest teilweise zeitparallel und im Ortsraum überlagert während der Zeitdauer ausgeführt werden bzw. durch den Aktuator 114 angeregt werden.

In dem Beispiel der 20 wird die Torsion 871, 872 der Faser 701 – welche die Abmessung 312 des Scanbereichs 315 definiert – überlagert mit der Krümmung 811, 812 der Faser 701. Dies bedeutet, dass einer der beiden überlagerten Freiheitsgrade der Bewegung einer Transversalmode der Faser 701 – beispielsweise erster oder zweiter Ordnung – entspricht; sowie der andere der beiden überlagerten Freiheitsgrade der Bewegung einer Torsionsmode der Faser 701 – beispielsweise erster Ordnung – entspricht. Die horizontalen Pfeile in 20 illustrieren die Richtung des Abscannen der Überlagerungsfigur. Durch die Überlagerung der resonant bewirkten Transversalmoden mit der Torsionsmode lässt sich ein besonders großer Scanbereich 315 implementieren.

Dabei wird die Amplitude der Krümmung 811, 812 über der Zeitdauer, die durch die Überlagerungsfigur ausgebildet wird, graduell erhöht. Dadurch weitet sich das „Auge” der Überlagerungsfigur hin zu größeren Ablenkwinkel (in 20 durch die vertikalen gestrichelten Pfeile illustriert). Die maximale Amplitude der Krümmung 811, 812 entspricht dabei der Abmessung 311 des Scanbereichs 315.

Gleichzeitig wird in dem Beispiel der 20 die Amplitude der Torsion 871, 872 der Faser 701 (horizontale Achse in 20) nicht verändert und ist deshalb konstant. Deshalb weist die Überlagerungsfigur eine feste links-rechts Ausdehnung in 20 auf, die der Abmessung 312 des Scanbereichs 315 entspricht.

In anderen Beispielen wäre es möglich, sowohl die Amplitude der Torsion 871, 872, als auch die Amplitude der Krümmung 811, 812 der Faser 701 zu verändern. In noch weiteren Beispielen wäre es möglich, lediglich die Amplitude der Torsion 871, 872 der Faser 701 zu verändern. Es wäre aber grundsätzlich auch möglich, die Überlagerungsfiguren durch orthogonale Transversalmoden der Faser 701 zu implementieren und z. B. die Amplitude lediglich einer der Transversalmoden zu verändern.

Die verschiedenen Zweige der Überlagerungsfigur entsprechend Bildzeilen eines LIDAR-Bilds, das durch den Scanbereich 315 definiert wird. Durch wiederholtes Auslesen des Detektors können entlang der Zweige der Überlagerungsfigur Scanpunkte 351 bzw. Bildpunkte erhalten werden. Für aufeinanderfolgende LIDAR-Bilder wird die Überlagerungsfigur mit einer bestimmten Wiederholrate wiederholt umgesetzt. Die Zeitdauer, die benötigt wird, um die Überlagerungsfigur umzusetzen, entspricht deshalb einer Bildwiederholrate.

21 illustriert Aspekte in Bezug auf die Scanamplituden 371, 372 der Bewegungen 811, 812, 871, 872 der Faser 701 gemäß dem Beispiel der 20. Insbesondere illustriert 21 einen Zeitverlauf der Scanamplituden 371, 372.

In 21 ist die Zeitdauer 960 dargestellt, die zum Abtasten der Überlagerungsfigur gemäß dem Beispiel der 20 benötigt wird. Die Zeitdauer 960 kann beispielsweise einer Wiederholrate des Scanvorgangs, der mit dem Scanbereich 315 assoziiert ist, entsprechen.

Aus 21 ist ersichtlich, dass die Scanamplitude 371 der Bewegung, die dem Scannen entlang der Scanachse 301 entspricht, während der Zeitdauer 960 monoton und konstant vergrößert wird. Die Amplitude 371 könnte auch stufenweise vergrößert werden. Die Amplitude 371 könnte auch monoton verringert werden.

Dahingegen bleibt die Scanamplitude 372 der Bewegung, die dem Scannen entlang der Scanachse 302 entspricht, während der Zeitdauer 960 konstant. Zum Beispiel könnte durch eine Veränderung der Änderungsrate der Scanamplitude 371 eine unterschiedliche Scanpunktdichte der Scanpunkte 351 erzielt werden. Zum Beispiel könnte ein weniger schneller Anstieg der Scanamplitude 371 erreichen, dass die Scanzeilen der Überlagerungsfigur (cf. 20) näher beieinanderliegen und somit eine größere Scanpunktdichte erreicht wird.

Dabei ist es beispielsweise möglich, dass die Änderungsrate der Scanamplitude 371 eine Abhängigkeit vom Betriebsmodus 81, 82 aufweist. D. h. es könnte für unterschiedliche Betriebsmodi 81, 82 ein flacherer oder steilerer Anstieg oder Abfall der Scanamplitude 371 umgesetzt werden. Dann könnte z. B. für kleinere Bildbereiche 315 eine höhere Scanpunktdichte durch eine geringere Änderungsrate der Amplitude 371 erzielt werden. Z. B. kann derart bei hohen Geschwindigkeiten eine hohe Auflösung auch für weit entfernte Objekte erzielt werden.

Während in dem Beispiel der 21 die Scanamplitude 371 entlang der Scanachse 301 variiert wird, wäre es in anderen Beispielen auch möglich, alternativ oder zusätzlich die Scanamplitude 372 entlang der Scanachse 302 zu verändern. Grundsätzlich ist es möglich, die Scanamplitude in Bezug auf Transversalmoden und/oder Torsionsmoden zu verändern bzw. fest zu lassen.

Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • M. J. R. Heck „Highly integrated optical phased arrays: photonic integrated circuits for optical beam shaping and beam steering” in Nanophotonics (2016) [0073]