Title:
Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungsvorrichtung, optische Erfassungsvorrichtung, Kraftfahrzeug sowie Verfahren
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung (8) für eine optische Erfassungsvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), welche dazu ausgelegt ist, einen Umgebungsbereich (4) des Kraftfahrzeugs (1) mittels eines Lichtstrahls (10) abzutasten, und welche eine Lichtquelle (13) zum Aussenden des Lichtstrahls (10) und eine Ablenkeinheit (15) aufweist, wobei die Ablenkeinheit (15) dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle (13) auf die Ablenkeinheit (15) ausgesendeten Lichtstrahl (10) unter unterschiedlichen Abtastwinkeln (α) in den Umgebungsbereich (4) abzulenken. Die Sendeeinrichtung (8) weist ein Linsenelement (20) mit einer Freiformfläche (21) auf, wobei die Freiformfläche (21) zumindest zwei Oberflächenelemente (21a, 21b) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (22a, 22b) aufweist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl (10) zum Erzeugen eines vorbestimmten Soll-Sichtfeldes (16) der Sendeeinrichtung (8) unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln (22a, 22b) korrespondierenden Sollwerten (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für die Abtastwinkel (α) zu transmittieren. Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Erfassungsvorrichtung (3), ein Kraftfahrzeug (1) mit zumindest einer optischen Erfassungsvorrichtung (3) sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines Soll-Sichtfeldes (16) für eine Sendeeinrichtung (8) einer optischen Erfassungsvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1).




Inventors:
Lin, Lin (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Horvath, Peter (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Schuler, Thomas (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Application Number:
DE102016117853A
Publication Date:
03/22/2018
Filing Date:
09/22/2016
Assignee:
Valeo Schalter und Sensoren GmbH, 74321 (DE)
Domestic Patent References:
DE102012025281A1N/A2014-06-26
DE102012102395B3N/A2013-01-03
DE4340756A1N/A1994-06-09



Foreign References:
201203002762012-11-29
Claims:
1. Sendeeinrichtung (8) für eine optische Erfassungsvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), welche dazu ausgelegt ist, einen Umgebungsbereich (4) des Kraftfahrzeugs (1) mittels eines Lichtstrahls (10) abzutasten, und welche eine Lichtquelle (13) zum Aussenden des Lichtstrahls (10) und eine Ablenkeinheit (15) aufweist, wobei die Ablenkeinheit (15) dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle (13) auf die Ablenkeinheit (15) ausgesendeten Lichtstrahl (10) unter unterschiedlichen Abtastwinkeln (α) abzulenken, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (8) ein Linsenelement (20) mit einer Freiformfläche (21) aufweist, wobei die Freiformfläche (21) zumindest zwei Oberflächenelemente (21a, 21b) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (22a, 22b) aufweist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl (10) zum Erzeugen eines vorbestimmten Soll-Sichtfeldes (16) der Sendeeinrichtung (8) unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln (22a, 22b) korrespondierenden Sollwerten (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für die Abtastwinkel (α) zu transmittieren.

2. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ebene des mittels der Sollwerte (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkeln (α) erzeugten Soll-Sichtfeldes (16) senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung (8) rechteckförmig ausgebildet ist.

3. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Sollwert (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) ein Oberflächenelement (21a, 21b) zum Transmittieren des Lichtstrahls (10) unter dem jeweiligen Sollwert (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) zugeordnet ist.

4. Sendeeinrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenelement (20) mit der Freiformfläche (21) unbeweglich in einem optischen Pfad zwischen der Ablenkeinheit (15) und dem Umgebungsbereich (4) angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, den von der Ablenkeinheit (15) unter den Istwerten (–α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘) für den Abtastwinkel (α) reflektierten Lichtstrahl (10) in den Umgebungsbereich (4) zu transmittieren und dabei unter den vorbestimmten Sollwerten (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) abzulenken.

5. Sendeeinrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (15) einen schwenkbaren Spiegel (18) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle (13) auf den schwenkbaren Spiegel (18) ausgesendeten Lichtstrahl (10) unter zu Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels (18) korrespondierenden Istwerten (–α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘) für den Abtastwinkel (α) zu reflektieren, wobei das Linsenelement (20) mit der Freiformfläche (21) dazu ausgelegt ist, zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes (16) eine Abweichung zwischen dem durch den schwenkbaren Spiegel (16) bereitgestellten Istwert (–α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘) und dem Sollwert (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) zu kompensieren.

6. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkel (22a, 22b) der jeweiligen Oberflächenelemente (21a, 21b) der Freiformfläche (21) des Linsenelementes (20) in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels (18) vorgegeben sind.

7. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schwenkbare Spiegel (18) eine charakteristische Transferfunktion (TF) aufweist, durch welche eine Verzerrung eines durch den schwenkbaren Spiegel (18) erzeugten Ist-Sichtfeldes (16‘) bezüglich des Soll-Sichtfeldes (16) in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels (16) beschrieben ist, und Neigungswinkel (22a, 22b) der Oberflächenelemente (21a, 21b) der Freiformfläche (21) des Linsenelementes (20) derart bestimmt sind, dass die Freiformfläche (21) eine Inverse (RTF) der charakteristischen Transferfunktion aufweist.

8. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzerrung anhand von einer Abweichung von Formen (P‘, P) von Ebenen des Ist-Sichtfeldes (16‘) und des Soll-Sichtfeldes (16) senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung (8) bestimmt ist.

9. Sendeeinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (15) zusätzlich einen Freiformspiegel (19) mit einer spiegelnden Freiformfläche (23) zum Reflektieren des von dem schwenkbaren Spiegel (18) reflektieren Lichtstrahls (10) aufweist, wobei der Freiformspiegel (19) dazu ausgelegt ist, eine Abweichung des von dem schwenkbaren Spiegel (18) erzeugten Istwertes (–α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘) von dem Sollwert (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) zumindest zu reduzieren.

10. Sendeeinrichtung (8) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der schwenkbare Spiegel (18) als ein Mikrospiegelaktor mit einer ebenen Oberfläche ausgebildet ist und die Freiformfläche (23) des Freiformspiegels (19) zumindest bereichsweise gewölbt ausgebildet ist.

11. Sendeeinrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13) zum Bereitstellen der Sollwerte (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für den Abtastwinkel (α) zumindest zwei separat ansteuerbare Sendeelemente aufweist.

12. Optische Erfassungsvorrichtung (3), insbesondere Laserscanner, für ein Kraftfahrzeug (1) zum Überwachen eines Umgebungsbereiches (4) des Kraftfahrzeugs (1), mit einer Sendeeinrichtung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Empfangseinrichtung (9), wobei die Empfangseinrichtung (9) dazu ausgelegt ist, einen an einem Objekt (O) in dem Umgebungsbereich (4) reflektierten Teil (11) des Lichtstrahls (10) zu empfangen und anhand einer Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls (10) und dem Empfangen des reflektierten Teils (11) des Lichtstrahls (10) einen Abstand des Objektes (O) zu dem Kraftfahrzeug (1) zu bestimmen.

13. Optische Erfassungsvorrichtung (3) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungsvorrichtung (3) ein Gehäuse (25) aufweist, welches die Sendeeinrichtung (8) und die Empfangseinrichtung (9) umgibt, wobei eine Frontseite (26) des Gehäuses (25) das Linsenelement (20) mit der Freiformfläche (21) umfasst.

14. Kraftfahrzeug (1) mit zumindest einer optischen Erfassungsvorrichtung (3) nach Anspruch 12 oder 13.

15. Verfahren zum Erzeugen eines Soll-Sichtfeldes (16) für eine Sendeeinrichtung (8) einer optischen Erfassungsvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei für die Sendeeinrichtung (8) eine Lichtquelle (13) zum Aussenden des Lichtstrahls (10) und eine Ablenkeinheit (15) bereitgestellt werden, wobei mittels der Ablenkeinheit (15) ein von der Lichtquelle (13) auf die Ablenkeinheit (15) ausgesendeter Lichtstrahl (10) unter unterschiedlichen Abtastwinkeln (α) abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenelement (20) mit einer Freiformfläche (21) für die Sendeeinrichtung (8) bereitgestellt wird, wobei die Freiformfläche (21) mit zumindest zwei Oberflächenelementen (21a, 21b) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (22a, 22b) gefertigt wird und der Lichtstrahl (10) zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes (16) der Sendeeinrichtung (8) unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln (22a, 22b) korrespondierenden Sollwerten (–α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3) für die Abtastwinkel (α) transmittiert wird.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, welche dazu ausgelegt ist, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels eines Lichtstrahls abzutasten, und welche eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit aufweist, wobei die Ablenkeinheit dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeten Lichtstrahl unter unterschiedlichen Abtastwinkeln in den Umgebungsbereich abzulenken. Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Erfassungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen optischen Erfassungsvorrichtung sowie ein Verfahren.

Im vorliegenden Fall richtet sich das Interesse auf optische Erfassungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere auf Laserscanner. Dabei ist es bekannt, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels der optischen Erfassungsvorrichtung zu überwachen. Mittels der Erfassungsvorrichtung können Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs detektiert werden und Informationen über die erfassten Objekte, beispielsweise eine relative Lage der Objekte zu dem Kraftfahrzeug, einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Das Fahrerassistenzsystem kann basierend auf diesen Informationen beispielsweise Maßnahmen zur Vermeidung einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem Objekt einleiten, beispielsweise das Kraftfahrzeug vor der Kollision automatisch abbremsen.

Bei Laserscannern gemäß dem Stand der Technik wird von einer Sendeeinrichtung des Laserscanners üblicherweise ein Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, in den Umgebungsbereich ausgesendet und der Umgebungsbereich durch Verändern eines Abtastwinkels beziehungsweise einer Abtastrichtung, in welcher der Lichtstrahl ausgesendet wird, abgetastet beziehungsweise abgescannt. Sobald der Lichtstrahl auf ein Objekt in dem Umgebungsbereich trifft, wird zumindest ein Teil des Lichtstrahls an dem Objekt zurück zu dem Laserscanner reflektiert. Eine Empfangseinrichtung des Laserscanners empfängt den reflektierten Teil des Lichtstrahls und bestimmt anhand einer Laufzeit des Lichtstrahls beziehungsweise einer Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls und dem Empfangen des reflektierten Teils des Lichtstrahls einen Abstand des Objekts bezüglich des Kraftfahrzeugs. Unter Kenntnis des Abtastwinkels beim Aussenden des Lichtstrahls kann außerdem eine Orientierung beziehungsweise eine Richtung des Objektes zu dem Kraftfahrzeug bestimmt werden. Aus der Orientierung sowie dem Abstand kann dann die relative Lage des Objekts zu dem Kraftfahrzeug bestimmt werden.

Zum Verändern des Abtastwinkels wird der Lichtstrahl üblicherweise von einer Ablenkeinheit der Sendeeinrichtung abgelenkt. Die Ablenkeinheit ist dabei in der Regel als ein rotierbarer beziehungsweise schwenkbarer Spiegel ausgebildet, welcher den Lichtstrahl in die unterschiedlichen Abtastrichtungen reflektiert, wobei die Abtastrichtung über einen Schwenkwinkel beziehungsweise eine Orientierung des schwenkbaren Spiegels eingestellt wird. Ein Winkelbereich in dem Umgebungsbereich, innerhalb welchem der Lichtstrahl in den Umgebungsbereich abgelenkt wird, bildet dabei ein Sichtfeld der Sendeeinrichtung. Dieses Sichtfeld soll idealerweise einen besonders großen Öffnungswinkel sowie eine bestimmte Soll-Form aufweisen. Zum Vergrößern des Öffnungswinkels existiert daher üblicherweise ein Winkel zwischen dem auf den Spiegel einfallenden Lichtstrahl und dem von dem Spiegel reflektierten Lichtstrahl, also der Abtastrichtung. Dies kann dazu führen, dass eine Ist-Form des Sichtfeldes von der Soll-Form des Sichtfeldes abweicht, also das Sichtfeld der Sendeeinrichtung verzerrt ist. Geringe Verzerrungen können zwar softwareseitig kompensiert werden, indem bestimmte Bereiche des Sichtfeldes nicht genutzt werden. Da diese Bereiche aber dennoch durch den Lichtstrahl ausgeleuchtet werden, weist die optische Erfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik eine geringe Effizienz sowie hohe Verluste auf.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie eine optische Erfassungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug besonders effizient und verlustarm gestaltet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sendeeinrichtung, eine optische Erfassungsvorrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.

Gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ist diese Sendeeinrichtung dazu ausgelegt, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels eines Lichtstrahls abzutasten. Die Sendeeinrichtung kann eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit aufweisen, wobei die Ablenkeinheit dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeten Lichtstrahl in unterschiedliche Abtastwinkel in den Umgebungsbereich abzulenken. Insbesondere weist die Sendeeinrichtung ein Linsenelement mit einer Freiformfläche auf, wobei die Freiformfläche zumindest zwei Oberflächenelemente mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl zum Erzeugen eines vorbestimmten Soll-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung entlang vorbestimmter, mit den Neigungswinkeln korrespondierender Sollwerte für den Abtastwinkeln zu transmittieren.

Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs dazu ausgelegt, einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels eines Lichtstrahls abzutasten. Die Sendeeinrichtung weist eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit auf, wobei die Ablenkeinheit dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeten Lichtstrahl unter unterschiedlichen Abtastwinkel in den Umgebungsbereich abzulenken. Darüber hinaus weist die Sendeeinrichtung ein Linsenelement mit einer Freiformfläche auf, wobei die Freiformfläche zumindest zwei Oberflächenelemente mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl zum Erzeugen eines vorbestimmten Soll-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln korrespondierenden Sollwerten für den Abtastwinkel zu transmittieren.

Mittels der optischen Erfassungsvorrichtung, welche insbesondere als ein Lidar-System (Lidar-„Light Detection and Ranging“) beziehungsweise als ein Laserscanner ausgebildet ist, kann der Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs überwacht werden, indem Objekte beziehungsweise Hindernisse für das Kraftfahrzeug in dem Umgebungsbereich detektiert werden. Dazu weist die optische Erfassungsvorrichtung die Sendeeinrichtung auf, welche die Lichtquelle zum Erzeugen des Lichtstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, umfasst. Die Lichtquelle, welche beispielsweise ein Sendelement in Form von einer Laserdiode aufweist, kann den Laserstrahl unter einem bestimmten Einfallswinkels auf die Ablenkeinheit aussenden, wobei die Ablenkeinheit den Lichtstrahl zum Bereitstellen einer Abtastbewegung beziehungsweise Scanbewegung unter den unterschiedlichen Abtastwinkeln ablenkt. Dies bedeutet, dass der Lichtstrahl zum Abtasten des Umgebungsbereiches von der Sendeeinrichtung nacheinander beziehungsweise sequenziell in unterschiedliche Abtastrichtungen abgelenkt wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Abtastwinkel, unter welchem der Lichtstrahl in den Umgebungsbereich ausgesendet wird, schrittweise verändert wird. Während einer ersten Messung beziehungsweise zu einem ersten Messzeitpunkt wird der Lichtstrahl in eine erste Abtastrichtung abgelenkt, während einer darauffolgenden zweiten Messung beziehungsweise zu einem zweiten nachfolgenden Messzeitpunkt wird der Lichtstrahl in eine zweite Abtastrichtung abgelenkt, usw. Durch das Ablenken des Lichtstrahls unter den unterschiedlichen Abtastwinkeln wird ein Winkelbereich in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs ausgeleuchtet, welcher das Sichtfeld der Sendeeinrichtung, insbesondere das Sichtfeld der optischen Erfassungsvorrichtung, ausbildet. Der Abtastwinkel kann dabei als ein Winkel angegeben werden, um welchen die Abtastrichtung, horizontal und/oder vertikal, von einer vorbestimmten Richtung, beispielsweise einer Fahrzeuglängsrichtung, abweicht. Mittels der Ablenkeinheit kann der Lichtstrahl insbesondere horizontal und vertikal abgelenkt werden, sodass der Umgebungsbereich rasterartig, also zeilenweise oder spaltenweise, abgetastet beziehungsweise überstrichen wird. Die Ablenkeinheit kann beispielsweise einen schwenkbaren Spiegel, insbesondere einen Mikrospiegelaktor, mit einer planaren, ebenen spiegelnden Oberfläche aufweisen.

Um nun das vorbestimmte Soll-Sichtfeld, welches eine vorbestimmte Soll-Form aufweist, zu erzeugen, sind für die verschiedenen Abtastwinkel Sollwerte, also Soll-Abtastwinkel, vorbestimmt. Vorzugsweise ist eine Ebene des mittels der Sollwerte für den Abtastwinkel erzeugten Soll-Sichtfeldes senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung rechteckförmig ausgebildet. Das Soll-Sichtfeld weitet sich ausgehend von der Sendeeinrichtung entlang der Hauptabtastrichtung auf und weist somit eine pyramidenförmige Form auf. Dies bedeutet, dass alle Ebenen parallel zu einer Grundfläche der Pyramide rechteckförmig ausgebildet sind. Zum Bereitstellen der Sollwerte für den Abtastwinkel weist die Sendeeinrichtung das Linsenelement mit der Freiformfläche, also eine Freiformlinse auf. Die Freiformlinse ist dabei ein optisches Element mit einer für den Lichtstrahl durchsichtigen beziehungsweise transparenten Oberfläche, wobei die transparente Oberfläche als eine Freiformfläche ausgebildet ist. Das Linsenelement kann beispielsweise aus Glas oder Kunststoff ausgebildet sein. Die Freiformfläche weist dabei die zumindest zwei Oberflächenelemente mit unterschiedlichen Orientierungen beziehungsweise Neigungswinkeln auf. Insbesondere ist die Freiformfläche zumindest bereichsweise gekrümmt beziehungsweise gewölbt. Durch die unterschiedlichen Neigungswinkel wird der Lichtstrahl beim Transmittieren unter unterschiedliche Abtastrichtungen abgelenkt.

Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass im Falle einer Ablenkeinheit mit einem schwenkbaren Spiegel aufweisend die ebene spiegelnden Oberfläche das Sichtfeld der Sendeeinrichtung durch den schwenkbaren Spiegel verzerrt werden kann, da die von der planaren Oberfläche bereitgestellten Istwerte des Abtastwinkels nicht den Sollwerten entsprechen. Somit weicht eine Ist-Form des Sichtfeldes von der Soll-Form ab. Eine solche verzerrte Ist-Form kann beispielsweise durch eine fächerförmige Ebene des Sichtfeldes senkrecht zur Hauptabtastrichtung ausgebildet sein. Diese Verzerrung wird durch die Freiformfläche des Linsenelementes verhindert oder kompensiert, indem die Neigungswinkel der Oberflächenelemente so gewählt werden, dass der einfallende Lichtstrahl unter dem jeweiligen, mit der aktuellen Messung korrespondierenden Soll-Abtastwinkel transmittiert wird. Insbesondere ist dazu jedem Sollwert für den Abtastwinkel ein Oberflächenelement zum Transmittieren des Lichtstrahls unter dem jeweiligen Sollwert für den Abtastwinkel zugeordnet. Dabei ist das Linsenelement mit der Freiformfläche vorzugsweise unbeweglich in einem optischen Pfad zwischen der Ablenkeinheit und dem Umgebungsbereich angeordnet und dazu ausgelegt, den von der Ablenkeinheit unter Istwerten für den Abtastwinkel reflektierten Lichtstrahl in den Umgebungsbereich zu transmittieren und dabei unter den vorbestimmten Sollwerten abzulenken.

Zum Erzeugen eines bestimmten Sollwertes für den Abtastwinkel, also zum Ablenken des Lichtstrahls entlang einer vorbestimmten Soll-Abtastrichtung, wird der Lichtstrahl also zunächst von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendet. Diese lenkt den Lichtstrahls auf die Freiformlinse ab, wobei der Lichtstrahl durch dasjenige Oberflächenelement der Freiformlinse transmittiert wird, durch dessen Neigungswinkel der Lichtstrahl unter der entsprechenden Soll-Abtastrichtung abgelenkt werden kann. Anders ausgedrückt wird zum Bereitstellen eines bestimmten Soll-Abtastwinkels der von der Lichtquelle ausgesendete und an der Ablenkeinheit reflektierte Lichtstrahl durch das zugehörige Oberflächenelement der Freiformlinse in den Umgebungsbereich transmittiert beziehungsweise geführt.

Durch die Freiformfläche kann also gewährleistet werden, dass der ausgeleuchtete Winkelbereich voll ausgenutzt werden kann und Objekte in diesem Bereich sicher und zuverlässig detektiert werden können. Mittels der Sendeeinrichtung kann also eine besonders effiziente und verlustarme optische Erfassungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug realisiert werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Sendeeinrichtung weist die Ablenkeinheit einen schwenkbaren Spiegel auf, welcher dazu ausgelegt ist, den von der Lichtquelle auf den schwenkbaren Spiegel ausgesendeten Lichtstrahl unter zu Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels korrespondierenden Istwerten für den Abtastwinkel zu reflektieren, wobei die Freiformfläche des Linsenelementes dazu ausgelegt ist, zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes eine Abweichung zwischen dem durch den schwenkbaren Spiegel bereitgestellten Istwert und dem Sollwert für den Abtastwinkel zu kompensieren. Dieser schwenkbare Spiegel reflektiert den Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem aktuellen Schwenkwinkel beziehungsweise von einer aktuellen Lage des schwenkbaren Spiegels unter bestimmten Istwerten für den Abtastwinkel. Dabei kann, insbesondere ab einer bestimmten Größe der Sollwerte des Abtastwinkels, der von dem schwenkbaren Spiegel bereitgestellte Istwert von dem Sollwert abweichen. Ohne Kompensierung dieser Abweichung ergibt sich ein gegenüber dem Soll-Sichtfeld verzerrtes Ist-Sichtfeld der Sendeeinrichtung. Diese Verzerrung kann jedoch in vorteilhafter Weise mittels der Freiformlinse kompensiert werden. Der Lichtstrahl wird also zunächst von der Lichtquelle auf den schwenkbaren Spiegel ausgesendet, welcher den Lichtstrahl mit unterschiedlichen Istwerten für den Abtastwinkel auf die Freiformlinse reflektiert. Die Freiformlinse kann eine Ablenkung des Lichtstrahls für diejenigen Istwerte des Abtastwinkels verändern, welche von den zugehörigen Sollwerten abweichen. Die Sendeeinrichtung ist somit besonders einfach gestaltet, da an dem Grundaufbau der Sendeeinrichtung mit der Lichtquelle und dem schwenkbaren Spiegel keine Veränderungen vorgenommen werden müssen. Die Freiformlinse kann also der Sendeeinrichtung schnell und einfach zum Kompensieren der Verzerrung des Sichtfeldes hinzugefügt werden.

Bevorzugt sind die Neigungswinkel der jeweiligen Oberflächenelemente der Freiformfläche des Linsenelementes in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels vorgegeben. Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass die Verzerrung des Ist-Sichtfeldes bezüglich des Soll-Sichtfeldes durch den schwenkbaren Spiegel verursacht wird, insbesondere durch einen Winkel zwischen der Einfallsrichtung des Lichtstrahls auf den schwenkbaren Spiegel und der von dem schwenkbaren Spiegel bereitgestellten Abtastrichtung. Die Einfallsrichtung ist dabei diejenige Richtung, in welcher die Lichtquelle den Lichtstrahl auf den schwenkbaren Spiegel aussendet. Eine Stärke der Verzerrung ist dabei abhängig von dem jeweiligen Schwenkwinkel des schwenkbaren Spiegels. Insbesondere an Rändern des Sichtfeldes, welche durch die maximalen Schwenkwinkel des schwenkbaren Spiegels erzeugt werden, kann es zu Verzerrungen kommen, welche mittels der Freiformlinse einfach und unaufwendig ausgeglichen werden können.

Insbesondere weist der schwenkbare Spiegel eine charakteristische Transferfunktion auf, durch welche eine Verzerrung eines durch den schwenkbaren Spiegel erzeugten Ist-Sichtfeldes bezüglich des Soll-Sichtfeldes in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels beschrieben ist, wobei die Neigungswinkel der Oberflächenelemente der Freiformfläche des Linsenelementes derart bestimmt sind, dass die Freiformfläche eine Inverse der charakteristischen Transferfunktion aufweist. Die Verzerrung ist dabei anhand von einer Abweichung von Formen von Ebenen des Ist-Sichtfeldes und des Soll-Sichtfeldes senkrecht zu einer Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung bestimmt.

Zum Herstellen der Freiformfläche des Linsenelementes für die Sendeeinrichtung werden die Neigungswinkel der Oberflächenelemente bestimmt, indem zunächst die Transferfunktion des schwenkbaren Spiegels bestimmt wird. Dazu kann beispielsweise das durch die Sendeeinrichtung ohne die Freiformlinse erzeugte, nicht kompensierte Ist-Sichtfeld erfasst beziehungsweise bestimmt werden. Insbesondere wird dabei die Form der Ebene des Ist-Sichtfeldes senkrecht zu der Hauptabtastrichtung der Sendeeinrichtung bestimmt. Die Ebene des durch den schwenkbaren Spiegel erzeugten Ist-Sichtfeldes ist üblicherweise fächerförmig, während hingegen die Ebene des Soll-Sichtfeldes rechteckförmig ist. Diese Relation beziehungsweise dieser Zusammenhang zwischen der Form des Soll-Sichtfeldes und der Form des Ist-Sichtfeldes kann über die Transferfunktion beschrieben werden, welche insbesondere abhängig von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels ist. Als die Transferfunktion wird insbesondere also diejenige Funktion bestimmt, durch welche die Soll-Form des Sichtfeldes in die Ist-Form des Sichtfeldes überführt wird. Anders ausgedrückt ergibt die mit der Transferfunktion beaufschlagte Soll-Form des Sichtfeldes die Ist-Form des Sichtfeldes. Unter Kenntnis der Transferfunktion kann ein Oberflächenverlauf der Freiformlinse so bestimmt werden, dass durch die Freiformlinse beim Transmittieren des Lichtstrahls die Transferfunktion invertiert wird und somit die Verzerrung kompensiert wird. Die mit der inversen Transferfunktion beaufschlagte Ist-Form des Sichtfeldes ergibt also die Soll-Form des Sichtfeldes. Durch die Bestimmung der Transferfunktion und der inversen Transferfunktion kann also die Freiformlinse in vorteilhafter Weise ideal an den schwenkbaren Spiegel angepasst werden und somit das Soll-Sichtfeld erzeugt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ablenkeinheit zusätzlich einen Freiformspiegel mit einer Freiformfläche zum Reflektieren des von dem schwenkbaren Spiegel reflektieren Lichtstrahls auf, wobei der Freiformspiegel dazu ausgelegt ist, eine Abweichung des von dem schwenkbaren Spiegel erzeugten Istwertes von dem Sollwert für den Abtastwinkel zumindest zu reduzieren. Dies bedeutet, dass die Ablenkeinheit zusätzlich den Freiformspiegel aufweist, welcher insbesondere unbeweglich in einem optischen Pfad beziehungsweise Sendepfad zwischen dem schwenkbaren Spiegel und der Freiformlinse angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Ablenkeinheit also den schwenkbaren Spiegel und den Freiformspiegel auf, wobei der Lichtstrahl von der Lichtquelle unter einem bestimmten Einfallswinkel zunächst auf den schwenkbaren Spiegel ausgesendet wird. Dieser schwenkbare Spiegel reflektiert den Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem aktuellen Schwenkwinkel beziehungsweise von einer aktuellen Lage des schwenkbaren Spiegels unter bestimmten Istwerten für den Abtastwinkel, welche von den Sollwerten abweichen können. Diese Abweichung kann jedoch in vorteilhafter Weise mittels des Freiformspiegels zumindest verringert werden. Der Freiformspiegel ist dabei fest beziehungsweise unbeweglich, also nicht-rotierbar beziehungsweise nicht-schwenkbar, in der Sendeeinrichtung verbaut. Der Freiformspiegel kann eine Ablenkung des Lichtstrahls für diejenigen Istwerte des Abtastwinkels verändern, welche von den zugehörigen Sollwerten abweichen. Der Freiformspiegel reflektiert den Lichtstrahl dann auf die Freiformlinse, welche den Lichtstrahl in den Umgebungsbereich trransmittiert. Der Freiformspiegel kann also in vorteilhafter Weise ebenfalls zur Entzerrung des Sichtfeldes der Sendeeinrichtung beitragen. Das Bereitstellen des Freiformspiegels ist dann besonders vorteilhaft, wenn das durch den schwenkbaren Spiegel verzerrte Sichtfeld nicht allein mittels der Freiformlinse entzerrt werden kann.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der schwenkbare Spiegel als ein Mikrospiegelaktor mit einer ebenen Oberfläche ausgebildet ist und eine Oberfläche des Freiformspiegels zumindest bereichsweise gewölbt ausgebildet ist. Der als Mikrospiegelaktor beziehungsweise MEMS-Spiegel (MEMS – Mikroelektromechanisches System) ausgebildete schwenkbare Spiegel weist die ebene, planare spiegelnde Oberfläche auf. Der Freiformspiegel hingegen weist die gewölbte Oberfläche auf, wobei eine Krümmung der Oberfläche der Freiformspiegels derart bestimmt ist, dass sie die Abweichung zwischen den von dem MEMS-Spiegel bereitgestellten Istwerten und den Sollwerten für den Abtastwinkel zumindest verringert.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Lichtquelle zum Bereitstellen der Sollwerte für den Abtastwinkel zumindest zwei separat ansteuerbare Sendeelemente aufweist. Die Lichtquelle kann beispielsweise zumindest zwei Sendeelemente in Form Laserdioden oder LEDs aufweisen, welche separat ansteuerbar sind. Beispielsweise kann für Sollwerte des Abtastwinkels aus einem ersten Wertebereich ein erstes der Sendeelemente zum Aussenden des Lichtstrahls angesteuert werden und für Sollwerte des Abtastwinkels aus einem zweiten Wertebereich ein zweites der Sendeelemente zum Aussenden des Lichtstrahls angesteuert werden. Die Sendeelemente senden dabei den Lichtstrahl in unterschiedliche Richtungen aus, wobei einer ersten Richtung ein erster Einfallswinkel des Lichtstrahls auf den schwenkbaren Spiegel, und einer zweiten Richtung ein zweiter Einfallswinkel des Lichtstrahls auf den schwenkbaren Spiegel zugeordnet ist, usw. Durch das jeweilige aktuell aussendende Sendeelement kann also der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf den schwenkbaren Spiegel beeinflusst werden und damit eine durch den schwenkbaren Spiegel hervorgerufene Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Ablenkwinkels bereits beim Aussenden des Lichtstrahls zumindest verringert werden.

Insbesondere weist die Lichtquelle dabei eine Matrixanordnung von Sendeelementen auf, wobei für jeden Abtastwinkel eine bestimmte Anzahl an Sendeelementen, welche in der Matrixanordnung eine bestimmte Position aufweisen, zum Aussenden des Lichtstrahls angesteuert werden. Eine die Anzahl und die Position der Sendeelemente umfassende Ansteuerstrategie für die Sendeelemente kann beispielsweise vorbestimmt werden, sodass diese Ansteuerstrategie für die Sendeelemente der Lichtquelle ebenfalls die Inverse der Transferfunktion des schwenkbar gelagerten Spiegels bereitstellt. Die Ansteuerung der Sendeelemente kann beispielsweise von einer Steuereinrichtung der optischen Erfassungsvorrichtung durchgeführt werden.

Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Erfassungsvorrichtung, insbesondere einen Laserscanner, für ein Kraftfahrzeug zum Überwachen eines Umgebungsbereiches des Kraftfahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung oder einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung sowie einer Empfangseinrichtung. Die Empfangseinrichtung ist dazu ausgelegt, einen an einem Objekt in dem Umgebungsbereich reflektierten Teil des Lichtstrahls zu empfangen und anhand einer Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls und dem Empfangen des reflektierten Teils des Lichtstrahls einen Abstand des Objektes zu dem Kraftfahrzeug zu bestimmen.

Vorzugsweise weist die optische Erfassungsvorrichtung ein Gehäuse auf, welches die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung umgibt, wobei eine Frontseite des Gehäuses das Linsenelement mit der Freiformfläche umfasst. Insbesondere ist die Frontseite des Gehäuses durch das Linsenelement gebildet. Dies bedeutet, dass der reflektierte Teil des Lichtstrahls von dem Umgebungsbereich durch das Linsenelement hindurch auf die Empfangseinrichtung transmittiert wird und nach dem Transmittieren von der Empfangseinrichtung empfangen wird.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine optische Erfassungsvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Der von der Erfassungsvorrichtung erfasste Abstand des Objektes kann beispielsweise einer Steuereinrichtung eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden, welches beispielsweise ein zumindest semiautonomes Fahren des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug von der Steuereinrichtung automatisch abgebremst werden, wenn von der Erfassungseinrichtung erfasst wurde, dass der Abstand des Objekts zu dem Kraftfahrzeug einen vorbestimmten Abstandsschwellwert unterschreitet.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erzeugen eines Soll-Sichtfeldes für eine Sendeeinrichtung einer optischen Erfassungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden für die Sendeeinrichtung eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit bereitgestellt, wobei mittels der Ablenkeinheit ein von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeter Lichtstrahl unter unterschiedlicher Abtastwinkel abgelenkt werden kann. Insbesondere wird für die Sendeeinrichtung ein Linsenelement mit einer Freiformfläche bereitgestellt, wobei die Freiformfläche mit zumindest zwei Oberflächenelementen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln gefertigt wird und der Lichtstrahl zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln korrespondierenden Sollwerten für den Abtastwinkel transmittiert wird.

Bevorzugt werden bei dem Verfahren für die Sendeeinrichtung eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichtstrahls und eine Ablenkeinheit bereitgestellt, wobei mittels der Ablenkeinheit ein von der Lichtquelle auf die Ablenkeinheit ausgesendeter Lichtstrahl unter unterschiedlichen Abtastwinkeln abgelenkt wird. Darüber hinaus wird für die Sendeeinrichtung ein Linsenelement mit einer Freiformfläche bereitgestellt, wobei die Freiformfläche mit zumindest zwei Oberflächenelementen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln gefertigt wird und der Lichtstrahl zum Erzeugen des Soll-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung unter vorbestimmten, mit den Neigungswinkeln korrespondierenden Sollwerten für den Abtastwinkel in den Umgebungsbereich transmittiert wird.

Insbesondere wird die Sendeeinrichtung mit einer Ablenkeinheit aufweisend einen schwenkbaren Spiegel gefertigt. Zum Bestimmen der Neigungswinkel der Oberflächenelemente der Freiformlinse wird eine Transferfunktion für den schwenkbaren Spiegel bestimmt, welche eine Abweichung einer Form eines Ist-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung von einer Form des Soll-Sichtfeldes beschreibt. Die Neigungswinkel der Oberflächenelemente der Freiformlinse werden dabei so bestimmt und hergestellt, dass durch die Freiformlinse eine Inverse der Transferfunktion bereitgestellt wird.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sendeeinrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße optische Erfassungsvorrichtung, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die 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. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;

2 eine schematische Darstellung einer Sendeeinrichtung einer optischen Erfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;

3 eine schematische Darstellung eines Ist-Sichtfeldes der Sendeeinrichtung gemäß 2;

4 eine schematische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Ist-Sichtfeld gemäß 3 und einem Soll-Sichtfeld;

5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung für eine optische Erfassungsvorrichtung; und

6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Erfassungsvorrichtung.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Im vorliegenden Fall ist das Kraftfahrzeug 1 als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu ausgelegt ist, einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst zumindest eine optische Erfassungsvorrichtung 3, welche dazu ausgelegt ist, einen Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 zu überwachen. Insbesondere können mittels der Erfassungsvorrichtung 3 ein Abstand sowie eine Orientierung eines Objektes O in dem Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden und beispielsweise einer Steuereinrichtung 5 des Fahrerassistenzsystems 2 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 5 kann das Kraftfahrzeug 1 zur Kollisionsvermeidung beispielsweise automatisch abbremsen, falls der Abstand des Objektes O einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Im vorliegenden Fall weist das Fahrerassistenzsystem 2 zwei Erfassungsvorrichtungen 3 auf, wobei eine erste Erfassungsvorrichtung 3 in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist und dazu dient, den Umgebungsbereich 4 vor dem Kraftfahrzeug 1 zu überwachen, und eine zweite Erfassungsvorrichtung 3 in einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist und dazu dient, den Umgebungsbereich 4 hinter dem Kraftfahrzeug 1 zu überwachen. Es können auch weitere Erfassungsvorrichtungen 3, beispielsweise in Seitenbereichen des Kraftfahrzeugs 1, vorgesehen sein.

Die optische Erfassungsvorrichtung 3 ist im vorliegenden Fall als ein Laserscanner ausgebildet und weist eine Sendeeinrichtung 8 sowie eine Empfangseinrichtung 9 auf. Die Sendeeinrichtung 8 sendet einen Lichtstrahl 10 in den Umgebungsbereich 4 aus und die Empfangseinrichtung 9 empfängt einen an dem Objekt O reflektierten Teil 11 des Lichtstrahls 10. Die Empfangseinrichtung 9 kann anhand einer Laufzeit zwischen dem Aussenden des Lichtstrahls 10 und dem Empfangen des reflektierten Teils 11 des Lichtstrahls 10 den Abstand des Objektes O erfassen. Der Lichtstrahl 10 wird dabei nacheinander beziehungsweise schrittweise unter verschiedenen Abtastwinkeln α abgelenkt. Dadurch wird der Umgebungsbereich 4 mittels des Lichtstrahls 10 rasterartig abgetastet beziehungsweise gescannt. Gemäß 1 sind horizontale Komponenten des Abtastwinkels α in einer von einer Fahrzeuglängsrichtung L und einer Fahrzeugquerrichtung Q aufgespannten Horizontalebene gezeigt. Die horizontale Komponente des Abtastwinkels α sowie eine hier nicht gezeigte vertikale Komponente des Abtastwinkels α in einer von der Fahrzeuglängsrichtung L und einer Fahrzeughochrichtung aufgespannten Ebene sind der Sendeeinrichtung 8 bekannt, wodurch auch eine Orientierung beziehungsweise Richtung des Objektes O relativ zum Kraftfahrzeug 1 bekannt ist. Ein Winkelbereich 12 in dem Umgebungsbereich 4, welcher mittels des in unterschiedliche Abtastrichtungen orientierten Lichtstrahls 10 ausgeleuchtet wird, bildet ein Sichtfeld der Sendeeinrichtung 8.

2 zeigt eine Sendeeinrichtung 8‘ gemäß dem Stand der Technik. Die Sendeeinrichtung 8‘ weist eine Lichtquelle 13‘ auf, welche dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl 10 auszusenden. Außerdem weist die Sendeeinrichtung 8‘ einen Kollimator 14 auf, welcher den Lichtstrahl 10 bündelt. Der gebündelte Lichtstrahl 10 wird auf eine Ablenkeinheit 15‘ bestehend aus einem schwenkbaren Spiegel 18, welcher hier als ein Mikrospiegelaktor beziehungsweise MEMS-Spiegel ausgebildet ist, ausgesendet. Der schwenkbare Spiegel 18 dient dazu, den Lichtstrahl 10 unter der unterschiedlichen Abtastwinkeln α in den Umgebungsbereich 4 zu reflektieren. Zum Erzeugen des Sichtfeldes, welches einen besonders großen Öffnungswinkel, beispielsweise 150° aufweist, existiert ein Winkelunterschied β zwischen einer Einfallsrichtung des Lichtstrahls 10, welche hier entlang der z-Richtung orientiert ist, und der Abtastrichtung, welche hier entlang der y-Richtung orientiert ist: Der Winkel β beträgt hier beispielsweise 90°.

Aus der Sendeeinrichtung 8‘ gemäß dem Stand der Technik resultiert ein Ist-Sichtfeld 16‘, welches in 3 gezeigt ist. Das Ist-Sichtfeld 16‘ weist eine Ist-Form P‘ auf und ist im vorliegenden Fall fächerförmig ausgebildet. In 3 sind dabei Beleuchtungsstreifen 17 für verschiedene Sollwerte –α3, –α2, –α1, α0, +α1, +α2, +α3 des Abtastwinkels α gezeigt.

Jeder Beleuchtungsstreifen 17 charakterisiert einen Istwert –α3‘, –α2‘, –α1‘, α0‘, +α1‘, +α2‘, +α3‘ des Abtastwinkels α entspricht einer von dem Lichtstrahl 10 ausgeleuchtete Spalte auf einer Zielfläche (Target) zu einem jeweiligen Messzeitpunkt, wobei jedem Messzeitpunkt ein Sollwert –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α zugeordnet ist, entlang welchem der Lichtstrahl 10 zu diesem Messzeitpunkt ausgesendet werden soll. Idealerweise, also wenn die von der Ablenkeinheit 15‘ bereitgestellten Istwerte –α3‘ bis +α3‘ tatsächlich den Sollwerten –α3 bis +α3 entsprechen, sind die Beleuchtungsstreifen 17 senkrecht orientiert, sodass sich ein Soll-Sichtfeld 16 mit einer rechteckigen Soll-Form P (siehe 4) bildet. Jedoch ist ersichtlich, dass insbesondere die äußeren Beleuchtungsstreifen 17 bei den Abtastwinkeln –α3 und +α3, welche Ränder des Sichtfeldes 16‘ bilden, nicht senkrecht orientiert ist, sodass das fächerförmige Ist-Sichtfeld 16‘ gegenüber dem Soll-Sichtfeld 16 verzerrt ist. Mit steigendem Abtastwinkel α vergrößert sich also auch die Verzerrung des Ist-Sichtfeldes 16‘.

4 ist ein Zusammenhang zwischen der Soll-Form P des Soll-Sichtfeldes 16 und der Ist-Form P‘ des Ist-Sichtfeldes 16‘ gezeigt. Dabei ist die Ist-Form P‘ des Ist-Sichtfeldes 16‘ über eine Transferfunktion TF mit der Soll-Form P des Soll-Sichtfeldes 16 gemäß der Formel P·TF = P‘ gekoppelt. Die Transferfunktion TF beschreibt dabei die Verzerrung des Ist-Sichtfeldes 16‘ bezüglich des Soll-Sichtfeldes 16 beziehungsweise die Abweichung der Istwerte –α3‘ bis +α3‘ des Abtastwinkels α von den Sollwerten –α3 bis +α3 des Abtastwinkels α, welche durch den schwenkbaren Spiegel 18 verursacht wird.

Um nun das Ist-Sichtfeld 16‘ in das Soll-Sichtfeld 16 zu überführen, wird eine inverse Transferfunktion RTF bestimmt, sodass die Formel P·(TF·RTF) = P beziehungsweise P‘·RTF = P gilt. Zum Bereitstellen der inversen Transferfunktion RTF wird für die optische Erfassungsvorrichtung 3 eine Sendeeinrichtung 8 bereitgestellt, wie sie in 5 gezeigt ist. Die Sendeeinrichtung 8 weist hier neben einer Lichtquelle 13, welche beispielsweise zumindest ein Sendeelement in Form von einer Laserdiode umfasst, und neben dem Kollimator 14 eine Ablenkeinheit 15 auf, welche im vorliegenden Fall zusätzlich zu dem schwenkbaren Spiegel 18 einen Freiformspiegel 19 umfasst. Die Ablenkeinheit 15 kann aber auch ohne den Freiformspiegel 19 ausgebildet sein. Der von der Lichtquelle 13 erzeugte Lichtstrahl 10 wird zunächst auf den schwenkbaren Spiegel 18 ausgesendet, welcher den Lichtstrahl 10 auf den Freiformspiegel 19 reflektiert. Der Freiformspiegel 19 ist dazu ausgelegt, den Lichtstrahl 10 auf ein Linsenelement 20 mit einer Freiformfläche 21 zu reflektieren. Das Linsenelement 20 ist dazu ausgelegt, den Lichtstrahl 10 derart in den Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 zu transmittieren, dass sich das Soll-Sichtfeld 16 mit der Soll-Form P ergibt. Dabei weisen Oberflächenelemente 21a, 21b der Freiformfläche 21 unterschiedliche Neigungswinkel 22a, 22b beziehungsweise Neigungsrichtungen auf. Dabei ist jedem Neigungswinkel 22a, 22b ein Sollwert –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α zugeordnet, sodass das jeweilige Oberflächenelement 21a, 21b den Lichtstrahl 10 unter den zugeordneten Sollwerten –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α transmittiert und somit die Abweichung zwischen den von der Ablenkeinheit 15 erzeugten Istwerten –α3‘ bis +α3‘ des Abtastwinkels α und den Sollwerten –α3 bis +α3 des Abtastwinkels α kompensiert. Die Oberflächenelemente 21a, 21b können also eine Richtung des auf das jeweilige Oberflächenelement 21a, 21b einfallenden Lichtstrahls 10 verändern. Die Freiformfläche 21 weist die inverse Transferfunktion RTF auf. Anders ausgedrückt wird mittels der Neigungswinkel 22a, 22b der Oberflächenelemente 21a, 21b der Freiformfläche 21 des Linsenelementes 20 die inverse Transferfunktion RTF realisiert. Die Neigungswinkel 22a, 22b der Oberflächenelemente 21a, 21b werden in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels 18 und damit in Abhängigkeit von den jeweiligen bereitzustellenden Sollwerten –α3 bis +α3 des Abtastwinkels α bestimmt.

Der Freiformspiegel 19, welcher hier in der Ablenkeinheit 15 vorgesehen ist, weist hier eine spiegelnde Freiformfläche 23 auf, sodass Oberflächenelemente 23a, 23b der Freiformfläche 23 unterschiedliche Neigungswinkel 24a, 24b auf. Dabei kann jedem Neigungswinkel 24a, 24b ebenfalls ein Sollwert –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α zugeordnet sein, sodass das jeweilige Oberflächenelement 23a, 23b den Lichtstrahl 10 derart auf das Linsenelement 20 reflektiert, dass eine Abweichung zwischen den von dem schwenkbaren Spiegel 18 bereitgestellten Istwerten –α3‘ bis +α3 und den Sollwerten –α3 bis +α3 für den Abtastwinkel α zumindest reduziert wird. Die Neigungswinkel 24a, 24b der Oberflächenelemente 23a, 23b werden ebenfalls in Abhängigkeit von den Schwenkwinkeln des schwenkbaren Spiegels 18 und damit in Abhängigkeit von den jeweiligen bereitzustellenden Sollwerten –α3 bis +α3 des Abtastwinkels α bestimmt.

In 6 ist eine Ausführungsform der als Laserscanner ausgebildeten optischen Erfassungsvorrichtung 3 gezeigt. Die optische Erfassungsvorrichtung 3 weist ein Gehäuse 25 auf, welches die Sendeeinrichtung 8 und die Empfangseinrichtung 9 umgibt. Eine im eingebauten Zustand der optischen Erfassungsvorrichtung 3 am Kraftfahrzeug 1 dem Umgebungsbereich 4 zugewandte Frontseite 26 des Gehäuses 25 ist hier durch das Linsenelement 20 mit der Freiformfläche 21 gebildet. Der Lichtstrahl 10 wird hier also von der in einem Innenraum des Gehäuses 25 angeordneten Sendeeinrichtung 8 durch die Freiformlinse 20 hindurch in den Umgebungsbereich 4 transmittiert und der in dem Umgebungsbereich 4 reflektierte Teil 11 des Lichtstrahls 10 wird aus dem Umgebungsbereich 4 zu der in dem Innenraum des Gehäuses 25 angeordneten Empfangseinrichtung 9 transmittiert. Das Gehäuse 25 weist hier in einem Seitenbereich 27 außerdem elektrische Anschlusselemente 28 sowie Befestigungselemente 29 zum Befestigen der optischen Erfassungsvorrichtung 3 am Kraftfahrzeug 1 auf.