Kraftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lasersensor für ein Kraftfahrzeug mit einer Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Sendesignals in Form von optischer Strahlung, mit einer Ablenkeinrichtung zum Ablenken des Sendesignals, wobei die

Ablenkeinrichtung einen Mikrospiegel umfasst, und mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen des von zumindest einem Objekt in einem Umgebungsbereich des

Kraftfahrzeugs reflektierten Sendesignals. Die Erfindung betrifft außerdem ein

Fahrerassistenzsystem mit einem solchen Lasersensor. Schließlich betrifft die

vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Fahrerassistenzsystem.

Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Lasersensoren für Kraftfahrzeuge. Derartige Lasersensoren können beispielsweise als Lidar-Sensoren (Lidar - Light detection and ranging) oder als Laserscanner ausgebildet sein. Solche Lasersensoren werden beispielsweise an Kraftfahrzeugen angebracht, um während der Fahrt bzw. im Betrieb des Kraftfahrzeugs die Umgebung bzw. den Umgebungsbereich des

Kraftfahrzeugs zu erfassen. Bei dem Lasersensor handelt es sich dabei insbesondere um eine abtastende optische Messvorrichtung, mittels welcher Objekte bzw. Hindernisse in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden können. Beispielsweise kann mit dem Laserscanner ein Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren gemessen werden. Der Lasersensor umfasst üblicherweise eine Sendeeinrichtung, die beispielsweise eine Laserdiode bzw. einen Laser aufweist, mit dem ein optisches Sendesignal ausgesendet werden kann. Darüber hinaus umfasst der Lasersensor eine entsprechende Ablenkeinrichtung, mit dem das Sendesignal abgelenkt werden kann. Schließlich umfasst der Lasersensor eine

Empfangseinrichtung, welche beispielsweise zumindest eine Photodiode aufweist, mittels welcher das von dem Objekt reflektierte Sendesignal empfangen werden kann.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Lasersensoren bekannt, deren

Ablenkeinrichtung einen Mikrospiegel bzw. einen sogenannten MEMS-Spiegel aufweist (MEMS - Micro Electro Mechanical System bzw. Mikrosystem). Bei Lasersensoren, bei denen die Ablenkeinrichtung und/oder andere Bauteile als Mikrosystem ausgebildet sind, kann der Fokuspunkt des von dem Objekt reflektierten Sendesignals entsprechend des Winkels des ausgesendeten Sendesignals wandern. Um diesen Effekt zu kompensieren, werden Empfangseinrichtungen verwendet, die ein Array von Photodioden aufweisen. Somit kann sichergestellt werden, dass die reflektierten Sendesignale zuverlässig empfangen werden können. Nachteilig hierbei ist, dass man entsprechend dem

Scanbereich ein mehr oder weniger großes Array benötigt. Dadurch entstehen

unterschiedlich hohe Kosten für das Empfangsarray.

In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 101 60 019 A1 eine Vorrichtung zum Ausrichten der Sende- und Empfangskanäle eines räumlichen Lidar. Die Vorrichtung erlaubt es, die Abweichung der Laser-, Sende- und Empfangskanäle eines Lidar und insbesondere die Zentrierung des Empfangskanals auf den Rückwärts-Laserstrahl abzuschätzen. Hierzu können Empfängermittel ein Teleskop mit einem konkaven Spiegel vom Paraboltyp aufweisen, der in eine Zielrichtung orientiert ist, wobei die Brennachse des Spiegels und die Zielrichtung, wie von den Elementen des Sendekanals definiert, parallel sind.

Darüber hinaus beschreibt die EP 2 221 683 A1 eine Lidar-Vorrichtung mit einer

Lichtquelle, die Lichtstrahltransmissionsimpulse bereitstellt, einer Abtastfächeranordnung, die die Lichtstrahlstransmissionsimpulse in jedem vorgegebenen Ausstrahlungswinkel über einen bestimmten Winkelbereich lenkt und ein Detektionssystem, das sie

Lichtstrahlrücklaufimpulse, die jeweiligen Lichtstrahltransmissionsimpulsen zugeordnet sind, detektiert. Zudem kann ein parabolischer Reflektor vorgesehen sein, in dessen Brennpunkt eine Lidar-Einheit derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass die von der Abtastfächeranordnung ausgehenden Lichtstrahltransmissionsimpulse in der Mittellinie dieses Winkelbereichs mit der Parabelachse des Reflektors übereinstimmen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie mit einem Lasersensor, der einen Mikrospiegel umfasst, Objekte zuverlässiger erfasst werden können.

Diese Aufgabe wird durch einen Lasersensor, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen

Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.

Ein erfindungsgemäßer Lasersensor für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Sendesignals in Form von optischer Strahlung. Ferner umfasst der Lasersensor eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken des Sendesignals, wobei die

Ablenkeinrichtung einen Mikrospiegel umfasst. Ferner umfasst der Lasersensor eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des von zumindest einem Objekt in einem

Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierten Sendesignals. Ferner weist der Lasersensor einen Parabolspiegel auf, welcher in einem Strahlengang des von dem zumindest einen Objekt reflektierten Sendesignals zwischen dem zumindest einen Objekt und der Empfangseinrichtung angeordnet ist und welcher dazu ausgelegt ist, das von dem zumindest einen Objekt reflektierte Sendesignal zu der Empfangseinrichtung hin abzulenken.

Der Lasersensor dient der Verwendung für ein Kraftfahrzeug. Der Lasersensor kann eine Kraftfahrzeug-Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Lasersensors an dem

Kraftfahrzeug aufweisen. Der Lasersensor kann insbesondere als Lidar-Sensor oder als Laserscanner ausgebildet sein. Mit dem Lasersensor können Objekte in dem

Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Insbesondere kann ein Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt mittels des Lasersensors bestimmt werden. Mit der Sendeeinrichtung des Lasersensors wird ein Sendesignal in Form von optischer Strahlung bzw. Laserstrahlung ausgesendet. Dieses ausgesendete Sendesignal wird dann von zumindest einem Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektiert und gelangt wieder zu der Empfangseinrichtung des Sensors zurück. Das ausgesendete Sendesignal wird mit einer Ablenkeinrichtung abgelenkt. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass das Sendesignal in Form von Laserpulsen ausgesendet wird. Somit können die Sendesignale innerhalb eines vorbestimmten Erfassungsbereichs bzw. Winkelbereichs ausgesendet werden.

Die Ablenkeinrichtung umfasst einen Mikrospiegel bzw. einen sogenannten MEMS- Spiegel. Dieser Mikrospiegel kann mit Hilfe eines mikrotechnischen

Herstellungsverfahrens gefertigt sein. Der Mikrospiegel kann beispielsweise ein

Spiegelelement aufweisen, das bezüglich zumindest einer Achse drehbar gelagert ist. Ferner kann der Mikrospiegel einen entsprechenden Aktor, beispielsweise einen elektrostatischen, einen piezoelektrischen, einen thermischen Mikroaktor oder

dergleichen aufweisen, mit dem das Spiegelelement bezüglich der Drehachse

verschwenkt werden kann. Das von dem zumindest einen Objekt reflektierte Sendesignal trifft vor dem Auftreffen auf die Empfangseinrichtung zunächst auf einen Parabolspiegel. Der Parabolspiegel ist also im Strahlengang des von dem Objekt reflektierten

Sendesignals zwischen dem Objekt und der Empfangseinrichtung angeordnet. Mit dem Parabolspiegel kann das von dem Objekt reflektierte Sendesignal zu der

Empfangseinrichtung hin abgelenkt werden. Mit Hilfe des Parabolspiegels kann die eingangs beschriebene Veränderung des Fokuspunkts zumindest teilweise ausgeglichen werden. Somit wird es beispielsweise möglich, die Empfangseinrichtung im Vergleich zu üblicherweise verwendeten Empfangseinrichtungen zu verkleinern. Durch die

Verwendung des Parabolspiegels wird es auch bei einer Verkleinerung der

Empfangseinrichtung möglich, das von dem Objekt reflektierte Sendesignal zuverlässig zu empfangen und somit das Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu detektieren.

Bevorzugt ist der Parabolspiegel derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass das von dem zumindest einen Objekt reflektierte Sendesignal durch einen Brennpunkt des Parabolspiegels verläuft. Beispielsweise kann der Parabolspiegel eine solche Krümmung aufweisen, dass das von dem Objekt reflektierte Sendesignal durch den Brennpunkt des Parabolspiegels verläuft. Alternativ oder zusätzlich kann der Parabolspiegel derart innerhalb des Lasersensors angeordnet sein, dass das von dem zumindest einen Objekt reflektierte Sendesignal durch den Brennpunkt des Parabolspiegels verläuft. Somit kann erreicht werden, dass das von dem Objekt reflektierte Sendesignal, auch bei einer Verschiebung des Fokuspunkts, in Richtung der Erfassungseinrichtung gelenkt werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Parabolspiegel derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass das jeweils von einer Mehrzahl von Objekten in dem

Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierte Sendesignal durch den Brennpunkt verläuft. Mit anderen Worten kann das ausgesendete Sendesignal von einer Mehrzahl von Objekten in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektiert werden. Es kann auch der Fall sein, dass zeitlich aufeinanderfolgend und gegebenenfalls in

unterschiedliche Winkelbereiche Sendesignale ausgesendet werden, und somit von unterschiedlichen Objekten in dem Umgebungsbereich Sendesignale reflektiert werden. Dabei ist der Parabolspiegel derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass alle diese von den Objekten reflektierten Sendesignale im Wesentlichen durch den Brennpunkt verlaufen. Somit kann erreicht werden, dass auch für unterschiedliche Winkelbereiche bzw. Scanbereiche die von den Objekten reflektierten Sendesignale zuverlässig erfasst werden können. Damit kann weiterhin erreicht werden, dass die Objekte in dem kompletten Erfassungsbereich bzw. im Bereich des Lasersensors zuverlässig erfasst werden können.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Parabolspiegel jeweils die von der Mehrzahl von Objekten reflektierten Sendesignale derart abgelenkt, dass diese im Wesentlichen parallel von dem Parabolspiegel in Richtung der Empfangseinrichtung verlaufen. Der Parabolspiegel ist insbesondere so ausgebildet, dass eine sphärische Welle, die mit einer Punktquelle, die in dem Brennpunkt angeordnet ist, erzeugt wird, als ebene

Wellenausbreitung als kollimierter Strahl entlang einer Achse reflektiert wird. Somit kann insbesondere erreicht werden, dass die von dem Parabolspiegel abgelenkten und zuvor von den jeweiligen Objekten reflektierten Sendesignale parallel auf die

Erfassungseinrichtung treffen. Somit kann zuverlässig erreicht werden, dass die jeweiligen Strahlen auf die jeweiligen Photodioden der Empfangseinrichtung treffen und mit diesen erfasst werden.

In einer Ausführungsform ist in einem Strahlengang des von dem zumindest einen Objekt reflektierten und von dem Parabolspiegel abgelenkten Sendesignals eine Linse angeordnet. Die von dem Parabolspiegel abgelenkten Sendesignale, die im Wesentlichen parallel verlaufen, können mit einer entsprechenden Linse gebündelt werden. Somit kann eine Fläche der Empfangseinrichtung verkleinert werden bzw. eine Anzahl von

Photodioden der Empfangseinrichtung reduziert werden. Somit kann eine Bauraum sparende und kostengünstige Empfangseinrichtung bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform umfasst die Empfangseinrichtung zumindest eine Avalanche- Photodiode. Eine solche Avalanche-Photodiode kann auch als Lagunenphotodiode bezeichnet werden. Diese Avalanche-Photodioden nutzen den inneren photoelektrischen Effekt zur Ladungsträgererzeugung und den Lawinendurchbruch- bzw. Avalanche-Effekt zur internen Verstärkung. Somit kann das von dem Objekt reflektierte Sendesignal zuverlässig detektiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die

Erfassungseinrichtung eine einzige Avalanche-Photodiode. Somit kann eine

kostengünstige Erfassungseinrichtung bereitgestellt werden.

Bevorzugt umfasst die Ablenkeinrichtung ein Spiegelelement, welches um eine Achse verschwenkbar ist. Insbesondere ist das Spiegelelement um nur eine einzige Achse verschwenkbar gelagert. Beispielsweise kann das Spiegelelement in der

bestimmungsgemäßen Einbaulage des Lasersensors um die horizontale Achse verschwenkbar sein. Somit kann eine kostengünstige Ablenkeinrichtung bereitgestellt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Lasersensor einen Kollimator, welcher in dem Strahlengang des Sendesignals zwischen der Sendeeinrichtung und der

Ablenkeinrichtung angeordnet ist. Der Kollimator dient insbesondere zur Erzeugung eines parallelen Strahlenverlaufs. Somit kann beispielsweise aus dem ausgesendeten

Sendesignal ein paralleles Lichtbündel gebündelt werden, welches dann auf die Ablenkeinrichtung trifft. Mit der Ablenkeinrichtung bzw. dem Mikrospiegel kann dann dieses parallele Lichtbündel abgelenkt werden. Somit kann erreicht werden, dass parallele Lichtbündel bzw. das Sendesignal zuverlässig von der Ablenkeinrichtung bzw. dem Mikrospiegel abgelenkt werden kann und somit innerhalb des Erfassungsbereichs zu den Objekten in dem Umgebungsbereich übertragen werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst einen erfindungsgemäßen Lasersensor. Beispielsweise kann mit dem Lasersensor ein Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und einem Objekt bzw. Hindernis in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise als Abstandsregeltempomat oder dergleichen ausgebildet sein.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes

Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.

Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Lasersensor vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

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.

Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen: Fig. 1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden

Erfindung, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einem Lasersensor aufweist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sendeeinrichtung und einer

Ablenkeinrichtung des Lasersensors; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Lasersensors, der die

Ablenkeinrichtung, einen Parabolspiegel und eine Empfangseinrichtung umfasst.

In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden

Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als

Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein

Fahrerassistenzsystem 2. Mit dem Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise ein Objekt 3, welches sich in einem Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 befindet, erfasst werden. Insbesondere kann mittels des Fahrerassistenzsystems 2 ein Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 3 bestimmt werden.

Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst einen Lasersensor 5. Der Lasersensor 5 kann als Lidar-Sensor oder als Laserscanner ausgebildet sein. Der Lasersensor 5 umfasst eine Sendeeinheit 6, mit der ein Sendesignal 8 in Form eines optischen Signals bzw. in Form von Laserlicht ausgesendet werden kann. Die Sendeeinheit 6 kann beispielsweise eine Laserdiode umfassen. Mit der Sendeeinheit 6 können die Sendesignale 8 innerhalb eines vorbestimmten Erfassungsbereichs E bzw. innerhalb eines vorbestimmten

Winkelbereichs ausgesendet werden. Beispielsweise können die Sendesignale 8 in einem vorbestimmten horizontalen Winkelbereich ausgesendet werden.

Darüber hinaus umfasst der Lasersensor 5 eine Empfangseinheit 7, die beispielsweise eine Photodiode 1 1 umfassen kann (siehe Fig. 2). Mit der Empfangseinrichtung 7 kann das von dem Objekt 3 reflektierte Sendesignal 8 als Empfangssignal 9 empfangen werden. Ferner kann der Lasersensor 5 eine Recheneinheit umfassen, die beispielsweise durch eine MikroController oder einen digitalen Signalprozessor gebildet sein kann. Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 10, die beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein kann. Die Steuereinrichtung 10 ist zur Datenübertragung mit dem Lasersensor 5 verbunden. Die Datenübertragung kann über einen Datenbus des Kraftfahrzeugs 1 erfolgen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Sendeeinrichtung 6 und einer

Ablenkeinrichtung 13 des Lasersensors 5. Vorliegend ist zu erkennen, dass die

Sendeeinrichtung 6 die Laserdiode 1 1 umfasst. Mit der Laserdiode 1 1 kann das

Sendesignal 8 in Form eines Laserstrahls ausgesendet werden. Darüber hinaus ist ein Kollimator 12 vorgesehen, mit dem das ausgesendete Sendesignal 8 in ein im

Wesentlichen paralleles Strahlbündel gewandelt werden kann. Dieses parallele

Strahlbündel trifft dann auf eine Ablenkeinrichtung 13. Die Ablenkeinrichtung 13 ist als Mikrospiegel bzw. MEMS-Spiegel ausgebildet. Die Ablenkeinrichtung 13 umfasst eine hier nicht näher dargestellte Spiegelfläche, die beispielsweise mit einem entsprechenden Aktor verschwenkt werden kann. Insbesondere kann die Spiegelfläche bzw. das

Spiegelelement um eine Achse, insbesondere die horizontale Achse, verschwenkt werden. Dies ist vorliegend beispielhaft durch den Pfeil 14 verdeutlicht.

Durch die Verschwenkung bzw. Drehung des Spiegelelements können zu

unterschiedlichen Zeitpunkten Sendesignale in dem Erfassungsbereich E bzw. dem Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 ausgesendet werden. Beispielsweise kann zu einem ersten Zeitpunkt das erste Sendesignal 8a ausgesendet werden, welches auf ein Objekt 3a trifft. Zu einem späteren Zeitpunkt kann das zweite Sendesignal 8b

ausgesendet werden, welches auf das Objekt 3b trifft. Schließlich kann zu einem späteren Zeitpunkt das Sendesignal 8c ausgesendet werden, welches auf das Objekt 3c trifft. Die Winkel α zwischen der Richtung des ersten Sendesignals 8a und der Richtung des zweiten Sendesignals 8b sowie ein Winkel α zwischen der Richtung des zweiten Sendesignals 8b und einer Richtung des dritten Sendesignals 8c kann jeweils 72,5° betragen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Lasersensors 5. Vorliegend ist - wie in Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert - die Ablenkeinrichtung 13 dargestellt, mit der die Sendesignale 8a, 8b und 8c ausgesendet werden, welche auf die Objekte 3a, 3b und 3c treffen. Von dem ersten Objekt 3a wird das erste Sendesignal 8a als erstes

Empfangssignal 9a reflektiert. Von dem zweiten Objekt 3b wird das zweite Sendesignal 8b als zweites Empfangssignal 9b reflektiert. Schließlich wird von dem dritten Objekt 3c das dritte Sendesignal 8c als drittes Empfangssignal 9c reflektiert.

Der Lasersensor 5 umfasst ferner einen Parabolspiegel 16. Dabei ist der Parabolspiegel 16 derart angeordnet bzw. geformt, dass das erste Empfangssignal 9a, das zweite Empfangssignal 9b und das dritte Empfangssignal 9c alle durch einen Brennpunkt 15 des Parabolspiegels 16 verlaufen. Somit kann erreicht werden, dass die von dem

Parabolspiegel 16 abgelenkten Empfangssignale 9a, 9b, 9c im Wesentlichen parallel in Richtung der Empfangseinrichtung 7 verlaufen. Die im Wesentlichen parallel

verlaufenden Strahlen werden mittels einer Linse 17 gebündelt und treffen dann auf zumindest eine Avalanche-Photodiode 18. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Empfangssignale 9a, 9b, 9c mittels des Parabolspiegels 16 auch bei einer

Verschiebung eines Fokuspunkts in Richtung der Empfangseinrichtung 7 bzw. der zumindest einen Avalanche-Photodiode 18 gelenkt werden. Mittels der Linse 17 können die Lichtstrahlen zudem gebündelt werden. Somit kann die Erfassungseinrichtung 7 besonders Bauraum sparend ausgebildet sein. Bevorzugt kann die Erfassungseinrichtung 7 nur eine einzige Avalanche-Diode 18 aufweisen.