Title:
Scheinwerfervorrichtung mit integrierter Abstandsmesseinrichtung und Verfahren zum Aussenden von Licht und zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Scheinwerfervorrichtung (1; 2) mit integrierter Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands (z) eines Objekts (108), mit einer Lichtaussendeeinrichtung (114) zum Aussenden eines Lichtstrahls (104), mit einer Laserlichtquelle (101), welche dazu ausgebildet ist, den Lichtstrahl (104) zu erzeugen, und einer schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung (102), welche dazu ausgebildet ist, den erzeugten Lichtstrahls (104) abzulenken; einer Empfängereinrichtung (113), welche in einem Basisabstand (b) von der Lichtaussendeeinrichtung (114) angeordnet ist und einen Detektionsbereich (111) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, den an dem Objekt reflektierten Lichtstrahl (104) zu erfassen; und einer Auswerteeinrichtung (115), welche dazu ausgebildet ist, anhand des Basisabstands (b) und anhand einer Position des Detektionsbereichs (111), an welcher der Lichtstrahl (104) erfasst wird, einen Abstand (z) des Objekts (108) zu bestimmen.





Inventors:
Roesener, Benno (70193, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102016210916A
Publication Date:
12/21/2017
Filing Date:
06/20/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
G01S17/88; B60Q1/04; G01S7/481
Foreign References:
WO2014121314A12014-08-14
Claims:
1. Scheinwerfervorrichtung (1; 2) mit integrierter Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands (z) eines Objekts (108), mit
einer Lichtaussendeeinrichtung (114) zum Aussenden eines Lichtstrahls (104), mit einer Laserlichtquelle (101), welche dazu ausgebildet ist, den Lichtstrahl (104) zu erzeugen, und einer schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung (102), welche dazu ausgebildet ist, den erzeugten Lichtstrahls (104) abzulenken;
einer Empfängereinrichtung (113), welche in einem Basisabstand (b) von der Lichtaussendeeinrichtung (114) angeordnet ist und einen Detektionsbereich (111) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, den an dem Objekt (108) reflektierten Lichtstrahl (104) zu erfassen; und
einer Auswerteeinrichtung (115), welche dazu ausgebildet ist, anhand des Basisabstands (b) und anhand einer Position des Detektionsbereichs (111), an welcher der Lichtstrahl (104) erfasst wird, einen Abstand (z) des Objekts (108) zu bestimmen.

2. Scheinwerfervorrichtung (1; 2) nach Anspruch 1, wobei die Lichtaussendeeinrichtung (114) weiter aufweist:
eine Konversionseinrichtung (105), welche dazu ausgebildet ist, den abgelenkten Lichtstrahl (104) umzuwandeln, und
eine erste optische Einrichtung (107), welche dazu ausgebildet ist, den umgewandelten Lichtstrahl (104) zu fokussieren.

3. Scheinwerfervorrichtung (1; 2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektionsbereich (111) eine Vielzahl von Pixeleinrichtungen (112) aufweist, welche zeilenförmig und parallel zu einer Verbindungslinie (116) zwischen der Lichtaussendeeinrichtung (101) und der Empfängereinrichtung (113) angeordnet sind.

4. Scheinwerfervorrichtung (1; 2) nach Anspruch 3, wobei die Empfängereinrichtung weiter eine zweite optische Einrichtung (110; 210) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, Lichtstrahlen, welche in einer Parallelprojektion auf eine durch eine optische Achse (118) der Empfängereinrichtung (113) und die Verbindungslinie (116) zwischen der Lichtaussendeeinrichtung (114) und der Empfängereinrichtung (113) aufgespannte Ebene parallel verlaufen, auf eine entsprechende Pixeleinrichtung (112) zu fokussieren.

5. Scheinwerfervorrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei die zweite optische Einrichtung (210) eine erste Zylinderlinse (210b) aufweist, welche mit ihrer Zylinderachse (202) im Wesentlichen parallel zu der Verbindungslinie (116) zwischen der Lichtaussendeeinrichtung (114) und der Empfängereinrichtung (113) vor dem Detektionsbereich (111) angeordnet ist.

6. Scheinwerfervorrichtung (2) nach Anspruch 5, wobei die zweite optische Einrichtung (210) weiter eine zweite Zylinderlinse aufweist, welche mit ihrer Zylinderachse im Wesentlichen senkrecht zu der Verbindungslinie (116) zwischen der Lichtaussendeeinrichtung (114) und der Empfängereinrichtung (113) vor dem Detektionsbereich (111) angeordnet ist, wobei sich Brennweiten der ersten Zylinderlinse (210b) und der zweiten Zylinderlinse voneinander unterscheiden.

7. Scheinwerfervorrichtung (1; 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Basisabstand mindestens 0,05 Meter beträgt.

8. Scheinwerfervorrichtung (1; 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (115) dazu ausgebildet ist, anhand der bestimmten Abstände (108) von Objekten (108) in einem Umgebungsbereich eine Tiefenkarte des Umgebungsbereichs zu erstellen.

9. Verfahren zum Aussenden von Licht (104) und zum Bestimmen eines Abstands (z) eines Objekts (108), mit den Schritten:
Erzeugen (S1) eines Lichtstrahls (104) mittels einer Laserlichtquelle (101) einer Lichtaussendeeinrichtung (114
Ablenken (S2) des Lichtstrahls (104) mittels einer schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung (102);
Erfassen (S3) des an dem Objekt reflektierten Lichtstrahls (104) mittels eines Detektionsbereichs (111) einer Empfängereinrichtung (113), welche in einem Basisabstand (b) von der Lichtaussendeeinrichtung (114) angeordnet ist; und
Bestimmen (S4) des Abstands (z) des Objekts (108) anhand des Basisabstands (b) und anhand einer Position des Detektionsbereichs (111), an welcher der Lichtstrahl (104) erfasst wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei anhand der bestimmten Abstände (z) von Objekten (108) in einem Umgebungsbereich sowie anhand von zu den Abständen gehörigen Schwenkwinkeln der Lichtablenkeinrichtung (102) eine Tiefenkarte des Umgebungsbereichs erstellt wird.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheinwerfervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit integrierter Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts und ein Verfahren zum Aussenden von Licht und zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts.

Stand der Technik

In Fahrzeugscheinwerfern neuerer Generationen werden zunehmend Laser zur Erzeugung des Lichtes verwendet. Wie etwa aus der WO 2014/121314 A1 bekannt, wird das Laserlicht über schwenkbare Mikrospiegel auf eine Konversionsschicht abgelenkt und mit dem dadurch entstehenden Licht das Fahrzeugumfeld beleuchtet.

Zusätzlich verfügen moderne Fahrzeuge meist über eine Vielzahl von Abstandsmessvorrichtungen, welche jedoch einerseits das Gewicht des Fahrzeugs steigern und andererseits zusätzlichen Bauraum beanspruchen.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung schafft eine Scheinwerfervorrichtung mit integrierter Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Aussenden von Licht und zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.

Die Erfindung schafft demnach eine Scheinwerfervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit integrierter Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts, mit einer Lichtaussendeeinrichtung zum Aussenden eines Lichtstrahls. Die Lichtaussendeeinrichtung umfasst eine Laserlichtquelle, welche dazu ausgebildet ist, den Lichtstrahl zu erzeugen, und eine schwenkbare Lichtablenkeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den erzeugten Lichtstrahl abzulenken.

Weiter umfasst die Scheinwerfervorrichtung eine Empfängereinrichtung, welche sich in einem Basisabstand von der Lichtaussendeeinrichtung befindet und einen Detektionsbereich aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, den an dem Objekt reflektierten Lichtstrahl zu erfassen. Die Scheinwerfervorrichtung umfasst weiter eine Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, anhand des Basisabstands und anhand einer Position des Detektionsbereichs, an welcher der Lichtstrahl erfasst wird, einen Abstand des Objekts zu bestimmen.

Die Erfindung betrifft demnach weiter ein Verfahren zum Aussenden von Licht und zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Lichtstrahl mittels einer Laserlichtquelle einer Lichtaussendeeinrichtung erzeugt. Mittels einer schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung wird der Lichtstrahl abgelenkt und der an dem Objekt reflektierte Lichtstrahl wird mittels eines Detektionsbereichs einer Empfängereinrichtung, welche in einem Basisabstand von der Lichtaussendeeinrichtung angeordnet ist, erfasst. Weiter wird ein Abstand des Objekts anhand des Basisabstands und anhand einer Position des Detektionsbereichs, an welcher der Lichtstrahl erfasst wird, bestimmt.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung kombiniert einen Scheinwerfer basierend auf Laserlicht mit einer Abstandsmesseinrichtung und kann durch die Kombination dieser Bauteile somit den Platzbedarf und den Beitrag zum Gesamtgewicht des Fahrzeugs reduzieren.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Scheinwerfervorrichtung weist die Lichtaussendeeinrichtung weiter eine Konversionseinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, den abgelenkten Lichtstrahl umzuwandeln. Die Lichtaussendeeinrichtung umfasst weiter eine erste optische Einrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den umgewandelten Lichtstrahl zu fokussieren. Die Scheinwerfervorrichtung erzeugt dadurch einen wohldefinierten Lichtkegel zum Beleuchten des Fahrzeugumfelds.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Scheinwerfervorrichtung weist der Detektionsbereich eine Vielzahl von Pixeleinrichtungen auf, welche zeilenförmig und im Wesentlichen parallel zu einer Verbindungslinie zwischen Lichtaussendeeinrichtung und Empfängereinrichtung angeordnet sind.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Scheinwerfervorrichtung weist die Empfängereinrichtung weiter eine zweite optische Einrichtung auf, mit einer optischen Achse, welche vorzugsweise parallel zu einer optischen Achse der Lichtaussendeeinrichtung verläuft. Die zweite optische Einrichtung ist dazu ausgebildet, Lichtstrahlen aus einem Objektbereich, welche in einer Parallelprojektion auf eine durch die optische Achse der Empfängereinrichtung und die Verbindungslinie zwischen der Lichtaussendeeinrichtung und der Empfängereinrichtung aufgespannte Ebene parallel verlaufen, auf eine entsprechende Pixeleinrichtung zu fokussieren. Um empfängerseitig mit einer einzigen Pixeleinrichtung den Ursprungsort der Lichtstrahlen in einer Richtung senkrecht zur Verbindungslinie zwischen Lichtaussendeeinrichtung und Empfängereinrichtung festzustellen, kann die Auswerteeinrichtung eine momentane Schwenkrichtung der Lichtablenkeinrichtung zum Bestimmen des Abstandes des Objekts berücksichtigen. Auf diese Weise kann auch mit einer ausschließlich zeilenförmigen Anordnung von Pixeleinrichtungen eine ortsaufgelöste Erfassung des beleuchteten Objektbereichs in zwei Dimensionen erreicht werden. Verglichen mit einer Anordnung von Pixeleinrichtungen in einer Vielzahl von Zeilen, ist die Bauteilkomplexität bei einer einzelnen Zeile reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Scheinwerfervorrichtung weist die zweite optische Einrichtung eine erste Zylinderlinse auf, welche mit ihrer Zylinderachse im Wesentlichen parallel zur Verbindungslinie zwischen Lichtaussendeeinrichtung und Empfängereinrichtung vor dem Detektionsbereich angeordnet ist. Die erste Zylinderlinse fokussiert Lichtstrahlen somit nur entlang der Senkrechten zur Verbindungslinie zwischen Lichtaussendeeinrichtung und Empfängereinrichtung und ist dadurch dazu ausgebildet, Lichtstrahlen entlang dieser Richtung auf die Pixeleinrichtungen zu fokussieren.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Scheinwerfervorrichtung weist die zweite optische Einrichtung weiter eine zweite Zylinderlinse auf, welche mit ihrer Zylinderachse im Wesentlichen senkrecht zur Verbindungslinie zwischen Lichtaussendeeinrichtung und Empfängereinrichtung vor dem Detektionsbereich angeordnet ist. Eine Brennweite der ersten Zylinderlinse unterscheidet sich von einer Brennweite der zweiten Zylinderlinse und ist vorzugsweise kleiner als diese. Während die erste Zylinderlinse, wie oben beschrieben, Licht entlang der Senkrechten zur Verbindungslinie zwischen Lichtaussendeeinrichtung und Empfängereinrichtung auf einzelne Pixeleinrichtungen fokussiert, dient die gekreuzte zweite Zylinderlinse dazu, Licht in einer Richtung parallel zur Verbindungslinie auf einen kleineren Bereich, insbesondere den Detektionsbereich, zu fokussieren.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung beträgt der Basisabstand mindestens 0,05 m. Dadurch ist eine gute Bestimmung des Abstands des Objekts möglich.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Scheinwerfervorrichtung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, anhand der bestimmten Abstände von Objekten in einem Umgebungsbereich der Scheinwerfervorrichtung eine Tiefenkarte des Umgebungsbereichs zu erstellen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird anhand der bestimmten Abstände von Objekten in einem Umgebungsbereich sowie anhand von zu den Abständen gehörigen Schwenkwinkeln der Lichtablenkeinrichtung eine Tiefenkarte des Umgebungsbereichs erstellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer Scheinwerfervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

2 eine schematische Schrägansicht einer Scheinwerfervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

3 ein schematisches Blockschaltbild einer Scheinwerfervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und

4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Aussenden von Licht und zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Verschiedene Ausführungsformen können im Allgemeinen beliebig miteinander kombiniert werden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Scheinwerfervorrichtung 1 mit integrierter Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Die Scheinwerfervorrichtung 1 umfasst eine Lichtaussendeeinrichtung 114 mit einer Laserquelle 101, welche dazu ausgebildet ist, einen Lichtstrahl, vorzugsweise mit einem Wellenlängenbereich im blauen oder ultravioletten Bereich, zu erzeugen. Eine Lichtablenkeinrichtung 102 der Lichtaussendeeinrichtung 114, insbesondere ein Mikrospiegel oder ein Mikroscanner, ist dazu ausgebildet, den erzeugten Lichtstrahl 104 abzulenken. Die Lichtablenkeinrichtung 102 ist um eine Schwenkachse 103 herum schwenkbar. Der Lichtstrahl 104 wird auf eine Konversionseinrichtung 105 der Lichtaussendeeinrichtung 114 abgelenkt, welche ein fluoreszierendes oder lumineszierendes Material aufweist. Der Lichtstrahl 104 trifft auf einen Auftreffpunkt 106 der Konversionseinrichtung 105 und regt diese dazu an, den Lichtstrahl 104 umzuwandeln, wobei insbesondere weißes Licht zur Beleuchtung eines Umgebungsbereichs der Scheinwerfervorrichtung 1 ausgestrahlt wird.

Über eine erste optische Einrichtung 107, welche eine Linse sein kann, jedoch auch eine beliebige Anzahl von Linsen, Spiegeln oder Prismen umfassen kann, wird der von der Konversionseinrichtung umgewandelte Lichtstrahl 104 in den Objektbereich abgebildet.

Die Scheinwerfervorrichtung 1 umfasst weiter eine Empfängereinrichtung 113, welche in einem Basisabstand b von der Lichtaussendeeinrichtung 114 entfernt angeordnet ist, wobei der Basisabstand b vorzugsweise mindestens 0,05 Meter beträgt. Vorzugsweise befindet sich die Lichtaussendeeinrichtung 114 in vorderen Randbereichen eines Fahrzeugs, während die Empfängereinrichtung 113 in einem zentralen Bereich der Fahrzeugfront des Fahrzeugs verbaut ist. Vorzugsweise ist der Basisabstand b kleiner als 0,5 m.

Der Lichtstrahl 104 kann auf ein Referenzobjekt 109 in einem Referenzabstand z0 von der Lichtaussendeeinrichtung 114 bzw. (falls das Referenzobjekt 109 abwesend ist) auf ein Objekt 108 in einem Abstand z von der Lichtaussendeeinrichtung 114 treffen und wird dort reflektiert.

Die Empfängereinrichtung 113 umfasst eine zweite optische Einrichtung 110, welche eine Linse sein kann, jedoch auch eine beliebige Anzahl von Linsen, Prismen oder Spiegeln umfassen kann, und dazu ausgebildet ist, den reflektierten Lichtstrahl zu fokussieren. Eine optische Achse 118 der zweiten optischen Einrichtung 110 bzw. der Empfängereinrichtung 113 verläuft im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse 117 der ersten optischen Einrichtung 107 bzw. der Lichtaussendeeinrichtung 114.

Der fokussierte Lichtstrahl 104 trifft auf einen Detektionsbereich 111 der Empfängereinrichtung 113, welcher dazu ausgebildet ist, den an dem Objekt reflektierten Lichtstrahl 104 zu erfassen. Vorzugsweise umfasst der Detektionsbereich 111 eine Vielzahl von Pixeleinrichtungen 112, welche beim Auftreffen von Licht zum Aussenden eines elektrischen Signals anregbar sind. Die Pixeleinrichtungen 112 sind vorzugsweise zeilenförmig und parallel zu einer Verbindungslinie 116 zwischen der Lichtaussendeeinrichtung 114 und der Empfängereinrichtung 113 angeordnet. Der Detektionsbereich 111 mit den Pixeleinrichtungen 112 ist vorzugsweise als Zeilensensor ausgebildet und weist eine Auslesegeschwindigkeit von vorzugsweise mindestens 10000 Zeilen pro Sekunde auf. Eine Zeile kann vorzugsweise aus 500 bis 2000 Pixeleinrichtungen 112 bestehen.

Der von dem Referenzobjekt 109 reflektierte Lichtstrahl 104 trifft auf eine erste Pixeleinrichtung 112a und der von dem Objekt 108 reflektierte Lichtstrahl 104 trifft auf eine zweite Pixeleinrichtung 112b.

Eine Auswerteeinrichtung 115 ist dazu ausgebildet, den Abstand z des Objekts 108 zu bestimmen. Hierzu ist der Abstand z0 des Referenzobjekts 109 durch Abmessen bzw. vorherige Kalibrierung bekannt und auf einer Speichereinrichtung der Auswerteeinrichtung 115 gespeichert. Das Referenzobjekt 109 dient hierbei somit nur als Vergleichsobjekt und wird für die Abstandsbestimmung selbst nicht mehr benötigt. Die Auswerteeinrichtung 115 berechnet den Abstand z des Objekts 108 mittels Triangulierung anhand folgender Formel:

Hierbei bezeichnet z0 den Abstand des Referenzobjekts 109 von der Empfängereinrichtung 113, b den Basisabstand zwischen Empfängereinrichtung 113 und Auswerteeinrichtung 115, f einen Abstand des Detektionsbereichs 111 von der zweiten optischen Einrichtung 110, welcher im Wesentlichen der Brennweite der zweiten optischen Einrichtung 110 entspricht, und d einen Abstand zwischen der ersten Pixeleinrichtung 112a und der zweiten Pixeleinrichtung 112b, welcher somit die Position des Detektionsbereichs 111 angibt, an welcher der Lichtstrahl 104 erfasst wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann zusätzlich eine Schwenkstellung, das heißt ein Schwenkwinkel der Lichtablenkeinrichtung 102 von der Auswerteeinrichtung 115 zum Bestimmen des Abstandes z des Objekts 108 berücksichtigt werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird für den Fall, dass mehrere Pixeleinrichtungen 112 den reflektierten Lichtstrahl 104 erfassen, diejenige Pixeleinrichtung 112 zur Berechnung des Abstandes z des Objekts 108 herangezogen, welche die größte Signalstärke aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die schwenkbare Lichtablenkeinrichtung 102 entlang zweier Achsen schwenkbar und kann somit einen Raumwinkelbereich in einer Umgebung der Scheinwerfervorrichtung 1 beleuchten.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Pixeleinrichtungen 112 arrayförmig angeordnet, so dass der gesamte Raumwinkelbereich ausgewertet werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Scheinwerfervorrichtung eine Vielzahl von Lichtaussendeeinrichtungen 114 umfassen, welche zeitlich versetzt, beispielsweise in einem Zeitmultiplexverfahren Lichtstrahlen 104 aussenden, so dass die Empfängereinrichtung 113 die reflektierten Lichtstrahlen 104 der entsprechenden Lichtaussendeeinrichtung 114 zuweisen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird anstelle eines Zeilensensors ein Flächensensor verwendet. Beispielsweise wird das Bild in einem Rolling-Shutter-Verfahren erzeugt, wobei der Flächensensor zeilenweise belichtet und ausgelesen wird. Eine Auslesegeschwindigkeit für eine einzelne Zeile kann um ein Vielfaches höher sein als die Rate, mit welcher ganze Bilder erfasst werden. Vorzugsweise sind die von der Lichtaussendeeinrichtung 114 geschriebenen Zeilen hierbei senkrecht zur Auslesezeile des Flächensensors orientiert. Somit kann erreicht werden, dass für jeden geschriebenen Punkt entlang einer geschriebenen Zeile eine Bildgeberzeile ausgewertet werden kann.

In 2 ist eine schematische Schrägansicht einer Scheinwerfervorrichtung 2 mit integrierter Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands z eines Objekts 108 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert. Die Lichtablenkeinrichtung 112 ist dazu ausgebildet, den Laserstrahl durch Schwenken entlang zweier Achsen abzulenken, so dass ein sinusförmiges Muster 203 auf der Konversionseinrichtung 105 abgerastert wird. Im Folgenden bezeichnet eine horizontale Richtung eine Richtung parallel zur Verbindungslinie 116 zwischen der Lichtaussendeeinrichtung 114 und der Empfängereinrichtung 113 und eine vertikale Richtung eine dazu senkrecht stehende Richtung.

Ein von der Scheinwerfervorrichtung 2 bestrahlter Raumwinkelbereich liegt typischerweise im Bereich von 30° × 5° (horizontale Richtung x vertikale Richtung). Eine Abmessung der Pixeleinrichtungen 112 beträgt beispielsweise 10 µm × 100 µm (horizontale Breite mal vertikale Breite). Für tausend Pixeleinrichtungen 112 weist somit der Detektionsbereich 111 eine horizontale Breite von 10 mm auf. Um den horizontalen Winkelbereich von 30° auf die Breite des Detektionsbereichs 111 abzubilden, umfasst eine zweite optische Einrichtung 210 vor dem Detektionsbereich 111 eine zu der optischen Achse 118 der zweiten optischen Einrichtung 210 bzw. Empfängereinrichtung 113 rotationssymmetrische Linse 210a, deren Brennweite f anhand folgender Formel gewählt wird:

Hierbei bezeichnet HB = 10 mm die horizontale Breite des Detektionsbereichs 111, und WB = 30° den horizontalen Winkelbereich. Somit ergibt sich eine Brennweite f der Linse 210a von 19 mm. Durch die Linse 210a wird jedoch der vertikale Winkelbereich von 5° auf einen vertikalen Bereich von 1,7 mm abgebildet, welcher größer ist als die vertikale Ausdehnung von 100 µm der Pixeleinrichtungen 112. Zur zusätzlichen Fokussierung umfasst die Empfängereinrichtung 113 daher weiter eine erste Zylinderlinse 210b, welche mit ihrer Zylinderachse 202 im Wesentlichen parallel zur Verbindungslinie 116 zwischen der Lichtaussendeeinrichtung 114 und der Empfängereinrichtung 113 vor dem Detektionsbereich 111 angeordnet ist. Die erste Zylinderlinse 210b fokussiert somit zusätzlich in der vertikalen Richtung den Lichtstrahl 104 auf die vertikale Ausdehnung der Pixeleinrichtungen 112. Die zweite optische Einrichtung 210 ist somit dazu ausgebildet ist, Lichtstrahlen 104, welche in einer Parallelprojektion auf eine durch eine optische Achse 118 der Empfängereinrichtung 113 und die Verbindungslinie 116 zwischen der Lichtaussendeeinrichtung 114 und der Empfängereinrichtung 113 aufgespannte Ebene parallel verlaufen, auf eine entsprechende Pixeleinrichtung 112 zu fokussieren. Es versteht sich, dass die oben angegebenen Zahlenwerte nur beispielhaft sind und beliebig geändert und angepasst werden können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann anstelle der zweiten optischen Einrichtung 110 oder zusätzlich zu dieser eine zweite Zylinderlinse vor dem Detektionsbereich 111 angeordnet sein, welche mit ihrer Zylinderachse im Wesentlichen senkrecht zur Verbindungslinie 116 zwischen der Lichtaussendeeinrichtung 114 und der Empfängereinrichtung 113 angeordnet ist. Die Brennweiten der ersten Zylinderlinse 210b und der zweiten Zylinderlinse unterscheiden sich vorzugsweise voneinander. So kann die Brennweite der ersten Zylinderlinse 0,6 mm und die Brennweite der zweiten Zylinderlinse 19 mm betragen.

Gemäß weiteren Ausführungsformen können auch beliebige Kombinationen von langbrennweitigen rotationssymmetrischen Linsen und kurzbrennweitigen Zylinderlinsen, welche horizontal ausgerichtet sind, eingesetzt werden. Vorzugsweise können die Zylinderlinsen direkt auf dem Detektionsbereich 111 angeordnet sein, um einen Justageaufwand zu verringern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden kontinuierlich Abstände von Objekten in einem Umgebungsbereich der Scheinwerfervorrichtung 2 durch die Auswerteeinrichtung 115 bestimmt und anhand der bestimmten Abstände der Objekte in dem Umgebungsbereich eine Tiefenkarte des Umgebungsbereichs durch die Auswerteeinrichtung 115 erstellt, welche Informationen über die Abstandswerte der Objekte in der Umgebung beinhaltet. Vorzugsweise können mindestens zehn Tiefenkarten pro Sekunde erstellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Wiederholrate, mit welcher Lichtstrahlen 104 erzeugt werden, sich von einer Wiederholrate, mit welcher Tiefenkarten erstellt werden, unterscheiden.

3 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm zur Erläuterung einer Scheinwerfervorrichtung 3 mit integrierter Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Eine Spiegelsteuerungseinheit 301 synchronisiert sich mit einer Laserlichtquellensteuerung 303, welche einen Laserstrom einer Laserlichtquelle 101 steuert und einer Lichtverteilungseinrichtung 302 zur Erzeugung einer adaptiven Lichtverteilung, welche ein Modulationssignal an die Laserlichtquellensteuerung 303 übermittelt. Die Laserlichtquelle 101 erzeugt einen Lichtstrahl 104, welcher auf einem ersten optischen Pfad 304 durch eine von der Spiegelsteuerung 301 gesteuerte Lichtablenkeinrichtung 102 abgelenkt wird und nach dem Durchtritt durch eine erste optische Einrichtung 107 von einem Objekt 108 reflektiert wird. Das reflektierte Licht wird entlang eines zweiten optischen Pfads 305 nach dem Durchgang durch eine zweite optische Einrichtung 110 von einem Detektionsbereich 111 erfasst. Eine Auswerteeinrichtung 115 bestimmt anhand der oben beschriebenen Triangulierung den Abstand z des Objekts 108 und gibt diesen an eine externe Einrichtung 307 aus.

In 4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Aussenden von Licht und zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts 108 illustriert.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein Lichtstrahl 104 mittels einer Laserlichtquelle 101 einer Lichtaussendeeinrichtung 114 erzeugt.

Der Lichtstrahl 104 wird mittels einer schwenkbaren Lichtablenkeinrichtung 102, insbesondere einem Mikrospiegel, abgelenkt (S2).

Der an dem Objekt 108 reflektierte Lichtstrahl 104 wird mittels eines Detektionsbereichs 111 einer Empfängereinrichtung 113, welche in einem Basisabstand b von der Lichtaussendeeinrichtung 114 angeordnet ist, erfasst (S3).

In einem Verfahrensschritt S4 wird ein Abstand z des Objekts 108 anhand des Basisabstands b und anhand einer Position des Detektionsbereichs 111, an welcher der Lichtstrahl 104 erfasst wird, bestimmt. Hierzu kann das oben beschriebene Triangulierungsverfahren verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird anhand der bestimmten Abstände von Objekten in einem Umgebungsbereich eine Tiefenkarte des Umgebungsbereichs erstellt. Für die Bestimmung von Objektpositionen in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse 117 der Lichtaussendeeinrichtung 114 bzw. der optischen Achse 118 der Empfängereinrichtung 113 kann ein momentaner Schwenkwinkel der Lichtablenkeinrichtung 102 herangezogen werden, der bei der jeweiligen Abstandsbestimmung vorliegt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • WO 2014/121314 A1 [0002]