DE102020104601A1

DE102020104601A1 - Operability monitoring for light detection and distance measuring systems

Info

Publication number: DE102020104601A1
Application number: DE102020104601.4A
Authority: DE
Inventors: Timor Knudsen; Markus Rauscher; Dominic Lakatos
Original assignee: Blickfeld GmbH
Current assignee: Blickfeld GmbH
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Ein LIDAR-System (100) umfasst ein Gehäuse, das ein Fenster (151) umfasst, und mindestens einen optischen Marker (770), der auf dem Fenster (151) angeordnet ist. Das LIDAR-System umfasst ferner mindestens eine Lichtquelle, die ausgestaltet ist, um Sondenlicht (111) entlang eines Sendestrahls (121) zu emittieren, und mindestens einen Detektor (102), der ausgestaltet ist, um weiteres Licht (112) entlang eines Empfangsstrahls (122) zu detektieren. Das LIDAR-System umfasst auch ein Scanmodul (159), das ausgestaltet ist, um den Sendestrahl (121) und den Empfangsstrahl (122) abzulenken, und eine Recheneinheit (90), die ausgestaltet ist, um eine Größe (791) eines Detektorsignals (780) zu bestimmen, das von dem mindestens einen Detektor (102) bereitgestellt wird, und um einen Betriebszustand von mindestens einer Komponente des LIDAR-Systems (100) basierend auf der Größe (791) des Detektorsignals (780) und vordefinierten Referenzdaten zu bestimmen, die mit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen optischen Markers (770) verbunden sind.A LIDAR system (100) comprises a housing which includes a window (151) and at least one optical marker (770) which is arranged on the window (151). The LIDAR system further comprises at least one light source which is designed to emit probe light (111) along a transmission beam (121), and at least one detector (102) which is designed to emit further light (112) along a reception beam ( 122) to be detected. The LIDAR system also comprises a scan module (159) which is designed to deflect the transmit beam (121) and the receive beam (122), and a computing unit (90) which is designed to measure a magnitude (791) of a detector signal ( 780) provided by the at least one detector (102) and to determine an operating state of at least one component of the LIDAR system (100) based on the size (791) of the detector signal (780) and predefined reference data, which are associated with at least one property of the at least one optical marker (770).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Verschiedene Beispiele beziehen sich auf ein Lichtdetektions- und Entfernungsmess-(LIDAR) System und ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb eines LIDAR-Systems. Insbesondere beziehen sich verschiedene Beispiele auf die Bestimmung eines Betriebszustands von mindestens einer Komponente des LIDAR-Systems.Various examples relate to a light detection and range finding (LIDAR) system and a corresponding method for operating a LIDAR system. In particular, various examples relate to the determination of an operating state of at least one component of the LIDAR system.

HINTERGRUNDBACKGROUND

LIDAR (manchmal auch als Laser Ranging oder LADAR bezeichnet) ermöglicht es, eine 3D-Punktwolke einer Szene bereitzustellen. Die Position von Objekten in der Szene kann genau detektiert werden. Um die Entfernung zwischen dem LIDAR-System und dem Objekt (z-Position oder Tiefenposition) zu bestimmen, kann die Entfernungsmessung eingesetzt werden. Dazu wird gepulstes oder Dauerstrich-Laserlicht entlang eines Sendestrahls ausgesendet und nach Reflexion an einem Objekt in der Szene entlang eines Empfangsstrahls detektiert.LIDAR (sometimes referred to as Laser Ranging or LADAR) makes it possible to provide a 3D point cloud of a scene. The position of objects in the scene can be precisely detected. The distance measurement can be used to determine the distance between the LIDAR system and the object (z-position or depth position). For this purpose, pulsed or continuous wave laser light is emitted along a transmission beam and, after reflection on an object in the scene, is detected along a reception beam.

Im Allgemeinen sind LIDAR-Systeme komplex. Typischerweise umfasst ein LIDAR-System mehrere Komponenten, wie z. B.: optische Komponenten wie einen Laser, der Sondenlicht emittiert, einen Detektor, Linsen usw., um den Sendestrahl (TX) und den Empfangsstrahl (RX) zu definieren; elektrische Komponenten wie Treiber für den Laser und den Detektor und für die Nachbearbeitung von Detektorsignalen oder die Implementierung einer geschlossenen Regelkreissteuerung von beweglichen Teilen einer mechanischen Komponente des LIDAR-Systems; die mechanische Komponente (im Allgemeinen optional) zur Ablenkung des TX und/oder des RX, z. B. unter Verwendung von beweglichen Spiegeln oder beweglichen Rahmen, um den Laser und/oder den Detektor zu bewegen.In general, lidar systems are complex. Typically, a LIDAR system comprises several components, such as e.g. E.g .: optical components such as a laser emitting probe light, a detector, lenses, etc. to define the transmit beam (TX) and the receive beam (RX); electrical components such as drivers for the laser and the detector and for post-processing of detector signals or the implementation of closed-loop control of moving parts of a mechanical component of the LIDAR system; the mechanical component (generally optional) for deflecting the TX and / or the RX, e.g. Using movable mirrors or frames to move the laser and / or detector.

In vielen Anwendungsfällen ist es erforderlich, die Betriebsfähigkeit solcher Komponenten des LIDAR-Systems zu überwachen. Zum Beispiel kann es erwünscht sein, einen fehlerhaften Betriebszustand von mindestens einer Komponente des LIDAR-Systems zu detektieren. Solche Anforderungen zur Überwachung der Betriebsfähigkeit können durch funktionale Sicherheitsanforderungen gestellt werden. Typischerweise kann die 3D-Punktwolke, die von einem LIDAR-System ausgegeben wird, auf Anwendungsebene verwendet werden, z. B. für Aufgaben wie Überwachung, autonomes Fahren usw. Dann könnte eine Fehlfunktion des LIDAR-Systems die von solchen Anwendungen bereitgestellte Funktionalität beeinträchtigen. Sicherheitsbedenken können die Folge sein. Ferner interagieren LIDAR-Systeme mit der Umgebung, indem sie Laserlicht emittieren. Um Schäden zu vermeiden, müssen die Augensicherheitsvorschriften jederzeit erfüllt werden. Eine Fehlfunktion des LIDAR-Systems könnte sonst die Augensicherheit beeinträchtigen.In many applications it is necessary to monitor the operability of such components of the LIDAR system. For example, it may be desirable to detect a faulty operating condition of at least one component of the LIDAR system. Such requirements for monitoring the operability can be made by functional safety requirements. Typically, the 3D point cloud output by a LIDAR system can be used at the application level, e.g. B. for tasks such as monitoring, autonomous driving, etc. Then a malfunction of the LIDAR system could impair the functionality provided by such applications. Safety concerns can result. LIDAR systems also interact with the environment by emitting laser light. To avoid damage, eye safety regulations must be followed at all times. Otherwise, a malfunction of the LIDAR system could impair eye safety.

Aufgrund der Komplexität typischer LIDAR-Systeme gibt es in der Regel viele Ursachen für Betriebsfehler. Dies macht die Betriebsfähigkeitsüberwachung zu einer Herausforderung.Due to the complexity of typical LIDAR systems, there are usually many causes for operational errors. This makes serviceability monitoring a challenge.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Dementsprechend gibt es einen Bedarf an fortschrittlichen Techniken zur Überwachung des Betriebszustands einer oder mehrerer Komponenten eines LIDAR-Systems. Insbesondere gibt es einen Bedarf an Techniken, die eine zuverlässige und ausfallsichere Betriebsfähigkeitsüberwachung der verschiedenen Komponenten des LIDAR-Systems ermöglichen. Fehlfunktionen sollen detektiert werden.Accordingly, there is a need for advanced techniques for monitoring the health of one or more components of a lidar system. In particular, there is a need for techniques that enable reliable and fail-safe operability monitoring of the various components of the LIDAR system. Malfunctions should be detected.

Dieses Bedürfnis wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erfüllt. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.This need is met by the features of the independent claims. The features of the dependent claims define embodiments.

Ein LIDAR-System umfasst ein Gehäuse. Das Gehäuse umfasst ein Fenster. Das LIDAR-System umfasst außerdem mindestens einen optischen Marker. Der mindestens eine optische Marker ist an dem Fenster angeordnet. Das LIDAR-System umfasst auch mindestens eine Lichtquelle. Die mindestens eine Lichtquelle ist ausgestaltet, um Sondenlicht entlang eines TX-Strahls zu emittieren. Ferner umfasst das LIDAR-System mindestens einen Detektor. Der mindestens eine Detektor ist ausgestaltet, um weiteres Licht entlang eines RX-Strahls zu detektieren. Das LIDAR-System umfasst auch ein Scanmodul, das ausgestaltet ist, um den TX-Strahl und/oder den RX-Strahl abzulenken. Das LIDAR-System umfasst ferner eine Recheneinheit. Die Recheneinheit ist ausgestaltet, um ein vom Detektor bereitgestelltes Detektorsignal zu analysieren, z.B. durch Bestimmung seiner Größe. Die Recheneinheit ist ferner ausgestaltet, um einen Betriebszustand von mindestens einer Komponente des LIDAR-Systems zu bestimmen, basierend auf der Analyse des Detektorsignals sowie basierend auf vordefinierten Referenzdaten, die mit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen optischen Markers verbunden sind.A lidar system includes a housing. The housing includes a window. The LIDAR system also includes at least one optical marker. The at least one optical marker is arranged on the window. The LIDAR system also includes at least one light source. The at least one light source is configured to emit probe light along a TX beam. Furthermore, the LIDAR system comprises at least one detector. The at least one detector is configured to detect further light along an RX beam. The LIDAR system also includes a scanning module that is configured to deflect the TX beam and / or the RX beam. The LIDAR system also includes a computing unit. The computing unit is designed to analyze a detector signal provided by the detector, for example by determining its size. The computing unit is also designed to determine an operating state of at least one component of the LIDAR system, based on the analysis of the detector signal and based on predefined reference data associated with at least one property of the at least one optical marker.

Eine solche Analyse des Detektorsignals auf der Basis vordefinierter Referenzdaten, die mit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen optischen Markers verbunden sind (z. B. räumliche Abmessungen, Reflektivität, Anordnung in einem räumlichen Muster, Form usw.), kann einen Referenzmessmodus definieren, in dem das LIDAR-System betrieben werden kann. Der Referenzmessmodus kann sich von einem Messmodus unterscheiden. Im Messmodus wäre es möglich, dass das LIDAR-System ausgestaltet ist, um eine Entfernungsmessung eines Objekts in der Umgebung durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann der Messmodus einen so genannten Umgebungsmessmodus umfassen, in dem keine Entfernungsmessung eines Objekts in der Umgebung durchgeführt wird, sondern ein 2D-Bild der Umgebung auf Basis des Umgebungslichts erfasst wird; die Lichtquelle emittiert dabei kein Sondenlicht. Dann ist es möglich, mit dem mindestens einen Detektor - z. B. durch Ablenkung des TX-Strahls und des RX-Strahls und/oder durch Verwendung mehrerer in einem Array angeordneter Detektoren - das 2-D der Umgebung mit einer lateralen Auflösung zu erfassen.Such an analysis of the detector signal on the basis of predefined reference data that are associated with at least one property of the at least one optical marker (e.g. spatial dimensions, reflectivity, arrangement in a spatial pattern, shape, etc.) can define a reference measurement mode, in which the LIDAR system can be operated. The reference measurement mode can differ from a measurement mode. in the Measurement mode, it would be possible for the LIDAR system to be designed to carry out a distance measurement of an object in the vicinity. As an alternative or in addition, the measurement mode can include what is known as an environment measurement mode, in which no distance measurement of an object in the environment is carried out, but a 2D image of the environment is recorded based on the ambient light; the light source does not emit any probe light. Then it is possible with the at least one detector - z. B. by deflecting the TX beam and the RX beam and / or by using several detectors arranged in an array - to capture the 2-D of the environment with a lateral resolution.

Generell können optische Marker verwendet werden, die im Vergleich zum umgebenden Fenster eine erhöhte oder verringerte Reflektivität aufweisen. Eine Oberflächeneigenschaft der optischen Marker kann sich von einer Oberflächeneigenschaft des umgebenden Fensters unterscheiden.In general, optical markers can be used which have an increased or reduced reflectivity compared to the surrounding window. A surface property of the optical markers can differ from a surface property of the surrounding window.

Generell wäre es möglich, dass sich wiederholende Referenzmesszeitlücken verwendet werden, um den Referenzmessmodus zu realisieren. Während der sich wiederholenden Referenzmesszeitlücken kann die Lichtquelle deaktiviert werden, so dass kein Sondenlicht entlang des TX-Strahls emittiert wird. Dann wäre es möglich, dass das weitere Licht, das von dem mindestens einen Detektor während der sich wiederholenden Referenzmesszeitlücken detektiert wird, dem Umgebungslicht entspricht, das sich entlang des RX-Strahls ausbreitet.In general, it would be possible for repetitive reference measurement time gaps to be used in order to implement the reference measurement mode. During the repetitive reference measurement time gaps, the light source can be deactivated so that no probe light is emitted along the TX beam. It would then be possible for the further light that is detected by the at least one detector during the repetitive reference measurement time gaps to correspond to the ambient light that propagates along the RX beam.

In einigen Szenarien kann es hilfreich sein, eine weitere/sekundäre Lichtquelle zu verwenden, die versetzt zu der mindestens einen Lichtquelle angeordnet ist, die zum Emittieren des Sondenlichts ausgestaltet ist. Die weitere Lichtquelle kann ausgestaltet sein, um das Umgebungslicht auf das Fenster zu emittieren. Insbesondere wäre es möglich, dass die weitere Lichtquelle das Umgebungslicht über einen weiteren TX-Strahl auf das Fenster emittiert, der gegenüber dem TX-Strahl, entlang dem das Sondenlicht emittiert wird, versetzt ist und wobei der weitere TX-Strahl nicht durch das Scanmodul abgelenkt wird.In some scenarios it can be helpful to use a further / secondary light source which is arranged offset to the at least one light source which is designed to emit the probe light. The further light source can be designed to emit the ambient light onto the window. In particular, it would be possible for the further light source to emit the ambient light via a further TX beam onto the window, which is offset from the TX beam along which the probe light is emitted and wherein the further TX beam is not deflected by the scan module will.

Generell wäre es möglich, dass die Recheneinheit ausgestaltet ist, um auf Basis des bestimmten Betriebszustands eine oder mehrere Maßnahmen auszulösen. Entspricht der Betriebszustand beispielsweise einem Fehlermodus des LIDAR-Systems, dann können die Maßnahmen umfassen, den Betrieb des LIDAR-Systems in einen sicheren Modus zu überführen, in dem die mindestens eine Lichtquelle dauerhaft deaktiviert wird oder andere Maßnahmen zur Vermeidung von Schäden, z. B. für Personen und die Umgebung des LIDAR-Systems, getroffen werden. Dies hilft, die funktionalen Sicherheitsanforderungen einschließlich der Augensicherheitsbeschränkungen zu erfüllen.In general, it would be possible for the computing unit to be designed to trigger one or more measures on the basis of the specific operating state. If the operating state corresponds, for example, to a failure mode of the LIDAR system, the measures can include transferring the operation of the LIDAR system to a safe mode in which the at least one light source is permanently deactivated or other measures to avoid damage, e.g. B. for people and the environment of the LIDAR system. This helps to meet the functional safety requirements including the eye safety restrictions.

Alternativ oder zusätzlich, wenn der Betriebszustand einem Betriebszustand einer oder mehrerer Komponenten des LIDAR-Systems entspricht, die einem zeitlichen Drift unterliegen, kann die von der Recheneinheit ausgelöste Maßnahme helfen, den zeitlichen Drift zu kompensieren. Beispiele wären z. B. eine Empfindlichkeits-Basislinie eines oder mehrerer Detektorelemente des mindestens einen Detektors oder verschiedener Detektoren mehrerer Detektoren des LIDAR-Systems oder die Kompensation für den Drift in der Eigenfrequenz eines Masse-Feder-Systems, das durch einen Spiegel und eine elastische Halterung des Spiegels des Scanmoduls gebildet wird.Alternatively or additionally, if the operating state corresponds to an operating state of one or more components of the LIDAR system that are subject to a drift over time, the measure triggered by the computing unit can help to compensate for the drift over time. Examples would be B. a sensitivity baseline of one or more detector elements of the at least one detector or different detectors of several detectors of the LIDAR system or the compensation for the drift in the natural frequency of a mass-spring system that is created by a mirror and an elastic mount of the mirror Scanning module is formed.

Ein Verfahren umfasst die Steuerung eines Scanmoduls eines LIDAR-Systems, um einen Sendestrahl und einen Empfangsstrahl des LIDAR-Systems abzulenken. Das Verfahren umfasst die Reduzierung der Emission von Sondenlicht durch mindestens eine Lichtquelle des LIDAR-Systems entlang des Sendestrahls, z. B. während sich wiederholender Messzeitlücken. Das Verfahren umfasst auch das Analysieren eines Detektorsignals, das von mindestens einem Detektor des LIDAR-Systems bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst auch, basierend auf dem Analysieren des Detektorsignals und weiter basierend auf vordefinierten Referenzdaten, die mit mindestens einer Eigenschaft von mindestens einem optischen Marker verbunden sind, der auf einem Fenster eines Gehäuses des LIDAR-Systems angeordnet ist, das Bestimmen eines Betriebszustands von mindestens einer Komponente des LIDAR-Systems.One method comprises controlling a scan module of a LIDAR system to deflect a transmit beam and a receive beam of the LIDAR system. The method comprises reducing the emission of probe light by at least one light source of the LIDAR system along the transmission beam, e.g. B. during repetitive measurement time gaps. The method also includes analyzing a detector signal provided by at least one detector of the LIDAR system. The method also includes, based on the analysis of the detector signal and further based on predefined reference data associated with at least one property of at least one optical marker that is arranged on a window of a housing of the LIDAR system, determining an operating state of at least a component of the LIDAR system.

Ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt oder ein computerlesbares Speichermedium ist ausgestaltet, um ein Verfahren durchzuführen. Das Verfahren umfasst die Steuerung eines Scanmoduls eines LIDAR-Systems, um einen Sendestrahl und einen Empfangsstrahl des LIDAR-Systems abzulenken. Das Verfahren umfasst die Reduzierung der Emission von Sondenlicht durch mindestens eine Lichtquelle des LIDAR-Systems entlang des Sendestrahls, z. B. während sich wiederholender Messzeitlücken. Das Verfahren umfasst auch das Analysieren eines Detektorsignals, das von mindestens einem Detektor des LIDAR-Systems bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst auch, basierend auf dem Analysieren des Detektorsignals und weiter basierend auf vordefinierten Referenzdaten, die mit mindestens einer Eigenschaft von mindestens einem optischen Marker verbunden sind, der auf einem Fenster eines Gehäuses des LIDAR-Systems angeordnet ist, das Bestimmen eines Betriebszustands von mindestens einer Komponente des LIDAR-Systems.A computer program or a computer program product or a computer-readable storage medium is designed to carry out a method. The method comprises the control of a scan module of a LIDAR system in order to deflect a transmit beam and a receive beam of the LIDAR system. The method comprises reducing the emission of probe light by at least one light source of the LIDAR system along the transmission beam, e.g. B. during repetitive measurement time gaps. The method also includes analyzing a detector signal provided by at least one detector of the LIDAR system. The method also includes, based on the analysis of the detector signal and further based on predefined reference data associated with at least one property of at least one optical marker that is arranged on a window of a housing of the LIDAR system, determining an operating state of at least a component of the LIDAR system.

Es versteht sich, dass die oben genannten und die im Folgenden noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder isoliert verwendet werden können, ohne dass dadurch der Umfang der Erfindung verlassen wird.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combinations, but also in other combinations or in isolation, without thereby departing from the scope of the invention.

FigurenlisteFigure list

1 shows schematically a LIDAR system according to various examples.
2 FIG. 13 is a schematic representation of an exemplary structural implementation of a scan module of the LIDAR system of FIG 1 according to various examples.
3 FIG. 13 is a schematic representation of an exemplary structural implementation of a scan module of the LIDAR system of FIG 1 according to various examples.
4th shows schematically a scan pattern that displays a trajectory of a time-varying deflection angle that is provided to a TX beam and / or an RX beam of the LIDAR system by the scan module according to various examples.
5 shows schematically a scan pattern that displays a trajectory of a time-varying deflection angle that is provided to a TX beam and / or an RX beam of the LIDAR system by the scan module according to various examples.
6th Figure 3 is a flow diagram of a method according to various examples.
7th shows schematically an exemplary implementation of an optical marker.
8th shows schematically the size of a detector signal associated with the optical marker according to various examples.
9 shows schematically a spatial pattern of optical markings according to various examples.
10 shows schematically a spatial pattern of several optical markers according to various examples.
11 FIG. 11 schematically shows a time dependency of a detector signal which corresponds to the spatial patterns of the optical markings according to FIG 9 and 10 connected is.
12th Figure 3 is a flow diagram of a method according to various examples.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

oder andere elektrische Vorrichtungen. Alle Verweise auf die Schaltungen und anderen elektrischen Vorrichtungen und die von ihnen bereitgestellte Funktionalität sind nicht so zu verstehen, dass sie nur das umfassen, was hier dargestellt und beschrieben ist. Obwohl den verschiedenen Schaltungen oder anderen elektrischen Vorrichtungen bestimmte Bezeichnungen zugewiesen werden können, sollen solche Bezeichnungen den Umfang des Betriebs der Schaltungen und der anderen elektrischen Vorrichtungen nicht einschränken. Solche Schaltungen und andere elektrische Vorrichtungen können miteinander kombiniert und/oder auf jede beliebige Art und Weise getrennt werden, je nachdem, welche Art der elektrischen Implementierung erwünscht ist. Es wird anerkannt, dass jede hier offengelegte Schaltung oder jede andere elektrische Vorrichtung eine beliebige Anzahl von Mikrocontrollern, eine Grafikprozessoreinheit (GPU), integrierte Schaltungen, Speichervorrichtungen (z. B. FLASH, Direktzugriffsspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM), elektrisch programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM) oder andere geeignete Varianten davon) und Software enthalten kann, die miteinander zusammenwirken, um die hier offengelegte(n) Operation(en) durchzuführen. Darüber hinaus können ein oder mehrere der elektrischen Vorrichtungen ausgestaltet sein, um einen Programmcode auszuführen, der in einem nicht-transitorischen computerlesbaren Medium verkörpert ist, das programmiert ist, um eine beliebige Anzahl der Funktionen, wie offenbart, auszuführen.or other electrical devices. All references to the circuits and other electrical devices and the functionality they provide are not to be understood as encompassing only what is shown and described herein. While particular names may be assigned to the various circuits or other electrical devices, such names are not intended to limit the scope of operation of the circuits and other electrical devices. Such circuits and other electrical devices can be combined with one another and / or separated in any suitable manner, depending on what type of electrical implementation is desired. It is recognized that any circuit or other electrical device disclosed herein can include any number of microcontrollers, a graphics processing unit (GPU), integrated circuits, storage devices (e.g., FLASH, random access memory (RAM), read only memory (ROM), electrically programmable read only memory (EPROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) or other suitable variants thereof) and software that interact with one another to carry out the operation (s) disclosed herein. In addition, one or more of the electrical devices can be configured to execute program code embodied in a non-transitory computer readable medium that is programmed to perform any number of the functions as disclosed.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es versteht sich, dass die folgende Beschreibung von Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Der Umfang der Erfindung ist nicht beabsichtigt, durch die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen oder durch die Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung dienen, eingeschränkt zu werden.In the following, embodiments of the invention are described in detail with reference to the accompanying drawings. It goes without saying that the following description of embodiments is not to be understood in a restrictive sense. The scope of the invention is not intended to be limited by the embodiments described below or by the drawings, which are used for illustration only.

Im Folgenden werden LIDAR-Techniken beschrieben. Mit LIDAR wird es möglich, die Tiefenposition eines Objekts in der Umgebung zu bestimmen. Zur Bestimmung der Tiefenposition kann z. B. eine Umlaufzeit von Photonen des Sondenlichts verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch Dauerstrich-Lasersondenlicht verwendet werden; hier kann eine Phasenverschiebung detektiert werden, anhand derer die Tiefenposition bestimmt wird. Bei der Verwendung von gepulstem Laserlicht wird ein Laserpuls abgefeuert und das entsprechende Primärlicht wandert auf das Objekt zu. Anschließend wird das vom Objekt zurückkehrende Sekundärlicht detektiert. Um eine laterale Auflösung zu erhalten, gibt es verschiedene Optionen. Bei einer Option kann das von verschiedenen Bereichen der Umgebung zurückkehrende Sekundärlicht auf verschiedene Detektorelemente eines Detektors fokussiert werden (manchmal auch als FLASH-LIDAR bezeichnet). Alternativ oder zusätzlich wäre es möglich, das Primärlaserlicht und/oder das Sekundärlaserlicht zu scannen. Es könnte eindimensionales oder zweidimensionales Scannen eingesetzt werden. Für das Scannen kann ein Scanmodul verwendet werden. Das Scanmodul könnte den Laser und/oder den Detektor bewegen, z. B. unter Verwendung eines rotierenden Kugellagers. Auch wäre es möglich, eine oder mehrere Linsen zu bewegen, die dem Primär- und/oder Sekundärlaserlicht zugeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, dass das Scanmodul einen oder zwei Spiegel umfasst, die sich bewegen, um dadurch das Laserlicht abzulenken. Beispielsweise könnte das Scanmodul einen Polygonspiegel oder einen Mikrospiegel umfassen. Ein einzelner Spiegel kann z. B. in mehrere Richtungen abgelenkt werden, um dadurch ein laterales Scanmuster zu erhalten. Es wäre möglich, zwei sequentiell angeordnete Spiegel einzusetzen, wobei jeder der beiden sequentiell angeordneten Spiegel gemäß einem einzigen Bewegungsfreiheitsgrad angesteuert wird. Eine weitere Möglichkeit der Strahlsteuerung umfasst optisch-phasige Arrays; hier bilden mehrere TX-Antennen ein Phasen-Array.LIDAR techniques are described below. With LIDAR it is possible to determine the depth position of an object in the environment. To determine the depth position, for. B. a round trip time of photons of the probe light can be used. Alternatively or additionally, continuous wave laser probe light can also be used will; a phase shift can be detected here, on the basis of which the depth position is determined. When using pulsed laser light, a laser pulse is fired and the corresponding primary light travels towards the object. The secondary light returning from the object is then detected. There are various options for obtaining lateral resolution. In one option, the secondary light returning from different areas of the environment can be focused on different detector elements of a detector (sometimes referred to as FLASH LIDAR). Alternatively or additionally, it would be possible to scan the primary laser light and / or the secondary laser light. One-dimensional or two-dimensional scanning could be used. A scan module can be used for scanning. The scanning module could move the laser and / or the detector, e.g. B. using a rotating ball bearing. It would also be possible to move one or more lenses that are assigned to the primary and / or secondary laser light. As an alternative or in addition, it would also be possible for the scanning module to comprise one or two mirrors that move in order to thereby deflect the laser light. For example, the scanning module could comprise a polygon mirror or a micromirror. A single mirror can e.g. B. be deflected in several directions to thereby obtain a lateral scan pattern. It would be possible to use two sequentially arranged mirrors, each of the two sequentially arranged mirrors being controlled according to a single degree of freedom of movement. Another way of controlling the beam includes optically phased arrays; here several TX antennas form a phase array.

Nach verschiedenen Beispielen wird eine Betriebsfähigkeitsüberwachung von einer oder mehreren Komponenten des LIDAR-Systems eingesetzt. Dabei ist es möglich, einen Betriebszustand der einen oder mehreren Komponenten zu bestimmen. Der Betriebszustand kann eine funktionale Betriebsfähigkeit der einen oder mehreren Komponenten umfassen. Eine solche funktionale Betriebsfähigkeit kann angeben, ob die jeweilige Komponente innerhalb vorbestimmter Betriebsspezifikationen arbeitet. Die Betriebsspezifikationen können ein beabsichtigtes Verhalten der jeweiligen Komponente spezifizieren, das als „kein Fehler“ klassifiziert werden kann. Beim Betrieb außerhalb der vordefinierten Betriebsspezifikationen kann der Zustand der jeweiligen Komponente als „Fehler“ klassifiziert werden.According to various examples, operational capability monitoring is used for one or more components of the LIDAR system. It is possible to determine an operating state of the one or more components. The operating state can include a functional operability of the one or more components. Such functional operability can indicate whether the respective component is operating within predetermined operating specifications. The operating specifications can specify an intended behavior of the respective component, which can be classified as "not a fault". When operating outside of the predefined operating specifications, the status of the respective component can be classified as an "error".

Generell wäre es möglich, bei der Bestimmung des Betriebszustandes einen zusätzlichen Detaillierungsgrad bereitzustellen, d. h. über zwei Betriebszustände hinaus, die „Fehler“ und „kein Fehler“ entsprechen. Ein solcher zusätzlicher Detaillierungsgrad könnte z. B. der Bestimmung eines Abnutzungsgrades oder eines zeitlichen Drifts des Betriebszustandes der jeweiligen Komponente entsprechen.In general, it would be possible to provide an additional level of detail when determining the operating status, i. H. beyond two operating states corresponding to "error" and "no error". Such an additional level of detail could e.g. B. correspond to the determination of a degree of wear or a temporal drift of the operating state of the respective component.

Der Betriebszustand kann sich z. B. auf den Einfluss von Umgebungsbedingungen - z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc. - auf den Betrieb der jeweiligen Komponente beziehen.The operating state can change z. B. on the influence of environmental conditions - z. B. Temperature, humidity, etc. - relate to the operation of the respective component.

Generell können verschiedene Komponenten des LIDAR-Systems der Betriebsüberwachung unterworfen werden, wie in dieser Offenbarung beschrieben. Um einige Beispiele zu nennen: Es wäre möglich, die mindestens eine Komponente, für die der Betriebszustand bestimmt wird, aus der Gruppe auszuwählen, umfassend: ein Scanmodul, das ein oder mehrere bewegliche Teile umfasst; einen Laser; einen Detektor; ein optisches Modul, das z.B. den Laser, den Detektor, eine oder mehrere Linsen, feste Spiegel usw. umfasst; ein Elektronikmodul, das Treiber für z.B., einen oder mehrere Aktuatoren der beweglichen Teile des optischen Moduls, Treiber für den Laser und/oder den Detektor, Nachbearbeitungslogik zum Analysieren der Detektorsignale, Analog-Digital-Wandler oder Zeit-Digital-Schaltungen zum Umwandeln analoger Signale in die digitale Domäne, Digital-Analog-Wandler, z. B. als Teil der Treiber, usw. Dies sind nur einige Beispiele und abhängig von der jeweiligen Implementierung des LIDAR-Systems sind weitere Beispiele für die Komponenten denkbar.In general, various components of the lidar system can be subject to operational monitoring as described in this disclosure. To name a few examples: It would be possible to select the at least one component for which the operating state is determined from the group comprising: a scanning module which comprises one or more moving parts; a laser; a detector; an optical module comprising, for example, the laser, the detector, one or more lenses, fixed mirrors, etc .; an electronics module, the driver for, for example, one or more actuators of the moving parts of the optical module, drivers for the laser and / or the detector, post-processing logic for analyzing the detector signals, analog-digital converters or time-digital circuits for converting analog signals into the digital domain, digital-to-analog converters, e.g. B. as part of the driver, etc. These are only a few examples and depending on the implementation of the LIDAR system, further examples for the components are conceivable.

Gemäß verschiedenen Beispielen kann das LIDAR-System ein Gehäuse umfassen, wobei das Gehäuse ein Fenster umfasst. Der TX-Strahl und der RX-Strahl können durch das Fenster hindurchgehen. Das Fenster kann ein Außenfenster in Richtung der Umgebung des LIDAR-Systems sein, in der sich die Objekte für die Entfernungsmessung befinden. Für die Umgebung können Augensicherheitsvorschriften gelten.According to various examples, the LIDAR system can comprise a housing, wherein the housing comprises a window. The TX beam and the RX beam can pass through the window. The window can be an outer window in the direction of the surroundings of the LIDAR system in which the objects for the distance measurement are located. Eye safety regulations may apply to the surrounding area.

Gemäß verschiedenen Beispielen umfasst das LIDAR-System mindestens einen optischen Marker, der auf dem Fenster angeordnet ist. Es kann Vorwissen über eine oder mehrere Eigenschaften des optischen Markers geben. Beispielhafte Eigenschaften des mindestens einen optischen Markers, die vordefiniert werden können, umfassen: Position, laterale Abmessungen und Reflektivität. Dann ist es möglich, basierend auf einer Referenzmessung ein tatsächliches Verhalten des LIDAR-Systems in Bezug auf den mindestens einen optischen Marker zu bestimmen und das tatsächliche Verhalten mit einem beabsichtigten Verhalten des LIDAR-Systems in Bezug auf den optischen Marker zu vergleichen, basierend auf dem Vorwissen über die eine oder mehrere Eigenschaften des mindestens einen optischen Markers und unter der Annahme einer fehlerfreien Betriebsfähigkeit des LIDAR-Systems. Wenn es eine signifikante Abweichung zwischen dem tatsächlichen Verhalten des LIDAR-Systems in Bezug auf den mindestens einen optischen Marker und dem beabsichtigten Verhalten des LIDAR-Systems in Bezug auf den mindestens einen optischen Marker gibt, könnte es möglich sein, dass eine oder mehrere Komponenten des LIDAR-Systems eine Fehlfunktion aufweisen. Dies ermöglicht die Betriebsfähigkeitsüberwachung.According to various examples, the LIDAR system comprises at least one optical marker which is arranged on the window. There may be prior knowledge of one or more properties of the optical marker. Exemplary properties of the at least one optical marker that can be predefined include: position, lateral dimensions and reflectivity. It is then possible to make an actual one based on a reference measurement To determine the behavior of the lidar system in relation to the at least one optical marker and to compare the actual behavior with an intended behavior of the lidar system in relation to the optical marker, based on the prior knowledge of the one or more properties of the at least one optical marker Markers and under the assumption that the LIDAR system is working properly. If there is a significant discrepancy between the actual behavior of the lidar system in relation to the at least one optical marker and the intended behavior of the lidar system in relation to the at least one optical marker, it could be possible that one or more components of the LIDAR system malfunction. This enables operability monitoring.

Solche Techniken basieren auf der Erkenntnis, dass durch die Anordnung des mindestens einen optischen Markers am Fenster zur Umgebung des LIDAR-Systems es möglich ist, die Betriebsfähigkeit aller oder zumindest einer großen Anzahl von Komponenten des LIDAR-Systems zu überwachen. Mit anderen Worten: Eine End-to-End Betriebsfähigkeitsüberwachung wird möglich. Dies liegt daran, dass das tatsächliche Verhalten des LIDAR-Systems in Bezug auf den mindestens einen optischen Marker vom Betriebszustand der verschiedenen Komponenten des LIDAR-Systems abhängt, die alle in funktionaler Abhängigkeit nacheinander angeordnet sind: das Elektronikmodul sollte den Laser des optischen Moduls angemessen aktuieren, um Sondenlicht zu emittieren, und sollte darüber hinaus alle beweglichen Teile des Scanmoduls ordnungsgemäß aktuieren; der Laser sollte betriebsfähig sein und alle Linsen usw., die den TX-Strahl des optischen Moduls definieren, sollten fehlerfrei sein; der Detektor sollte in der Lage sein, Sekundärlicht zu detektieren, das an der mindestens einen optischen Markierung reflektiert wird, und alle Elektroniken, die zum Auslesen des Sensors und zur Umwandlung entsprechender Signale in die digitale Domäne verwendet werden, sollten fehlerfrei sein.Such techniques are based on the knowledge that the arrangement of the at least one optical marker at the window to the surroundings of the LIDAR system makes it possible to monitor the operability of all or at least a large number of components of the LIDAR system. In other words: End-to-end operability monitoring becomes possible. This is because the actual behavior of the LIDAR system in relation to the at least one optical marker depends on the operating status of the various components of the LIDAR system, which are all arranged in functional dependence one after the other: the electronic module should actuate the laser of the optical module appropriately to emit probe light and should also properly actuate all moving parts of the scan engine; the laser should be operational and any lenses, etc. defining the TX beam of the optical module should be error free; the detector should be able to detect secondary light that is reflected at the at least one optical marking, and all electronics that are used to read out the sensor and convert corresponding signals into the digital domain should be error-free.

Dementsprechend ist es möglich, dass eine Steuereinheit des Elektronikmoduls des LIDAR-Systems ausgestaltet ist, um eine Größe des vom Detektor bereitgestellten Detektorsignals zu bestimmen und den Betriebszustand mindestens einer Komponente des LIDAR-Systems, basierend auf dem mindestens einen Detektorsignal, sowie basierend auf vordefinierten Referenzdaten, die mit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen optischen Markers verbunden sind, zu bestimmen. Dies entspricht einem Vergleichen des tatsächlichen Verhaltens des LIDAR-Systems - bestimmt auf Basis einer Referenzmessung - in Bezug auf den mindestens einen optischen Marker mit dem beabsichtigten Verhalten des LIDAR-Systems in Bezug auf den mindestens einen optischen Marker, wobei das beabsichtigte Verhalten durch die vordefinierten Referenzdaten erfasst wird und das tatsächliche Verhalten des LIDAR-Systems durch die Größe des Detektorsignals angezeigt wird.Accordingly, it is possible that a control unit of the electronics module of the LIDAR system is designed to determine a size of the detector signal provided by the detector and the operating state of at least one component of the LIDAR system, based on the at least one detector signal and based on predefined reference data that are associated with at least one property of the at least one optical marker. This corresponds to a comparison of the actual behavior of the LIDAR system - determined on the basis of a reference measurement - in relation to the at least one optical marker with the intended behavior of the LIDAR system in relation to the at least one optical marker, the intended behavior being defined by the predefined ones Reference data is recorded and the actual behavior of the LIDAR system is indicated by the size of the detector signal.

Um die Referenzmessung zu implementieren, kann es möglich sein, die Entfernungsmessung zu unterbrechen.In order to implement the reference measurement, it may be possible to interrupt the distance measurement.

1 zeigt schematisch Aspekte in Bezug auf ein LIDAR-System 100. Das LIDAR-System 100 kann z. B. in einem Fahrzeug, z. B. einem Pkw oder einem Zug, montiert sein. Das LIDAR-System 100 kann fest montiert sein, z. B. an einem Überwachungsmast u sw. 1 shows schematically aspects relating to a lidar system 100 . The LIDAR system 100 can e.g. B. in a vehicle, e.g. B. a car or a train. The LIDAR system 100 can be permanently mounted, e.g. B. on a monitoring mast u sw.

Das LIDAR-System 100 umfasst eine Recheneinheit 90. Die Recheneinheit 90 kann durch eine anwendungsspezifische integrierten Schaltung (ASIC) und/oder ein feldprogrammierbares Array (FPGA) und/oder einen Allzweckprozessor implementiert werden. Die Recheneinheit 90 kann einen Analog-Digital-Wandler und/einen oder mehrere Zeit-Digital-Wandler umfassen. Die Recheneinheit 90 kann einen Digital-Analog-Wandler umfassen. Die Recheneinheit 90 kann Treiber für verschiedene Komponenten oder Teile oder Module des LIDAR-Systems 100 enthalten. Die Recheneinheit 90 ist im Allgemeinen ausgestaltet, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten und Teile und Module des LIDAR-Systems 100 zu steuern.The LIDAR system 100 includes a computing unit 90 . The arithmetic unit 90 can be implemented by an application specific integrated circuit (ASIC) and / or a field programmable array (FPGA) and / or a general purpose processor. The arithmetic unit 90 may include an analog-to-digital converter and / or one or more time-to-digital converters. The arithmetic unit 90 may include a digital-to-analog converter. The arithmetic unit 90 can be drivers for various components or parts or modules of the LIDAR system 100 contain. The arithmetic unit 90 is generally designed to facilitate the operation of the various components and parts and modules of the lidar system 100 to control.

Das LIDAR-System 100 umfasst einen Laser 101. Der Laser 101 kann z. B. durch eine Laserdiode oder einen vertikalen Hohlraumoberflächenemittierenden Laser implementiert sein. Der Laser 101 kann von der Recheneinheit 90 - genauer gesagt von einem Lasertreiber der Recheneinheit 90, der z. B. mit analogen elektronischen Teilen implementiert ist - gesteuert werden, um Lasersondenlicht zu emittieren, z. B. Primärlaserpulse 111 zu feuern, die mit einem TX-Strahl 121 des LIDAR-Systems 100 verbunden sind. Dementsprechend ist der Laser 101 der Ursprung des TX-Strahls 121. The LIDAR system 100 includes a laser 101 . The laser 101 can e.g. Be implemented by a laser diode or a vertical cavity surface emitting laser. The laser 101 can from the computing unit 90 - more precisely from a laser driver of the processing unit 90 , the z. Implemented with analog electronic parts - controlled to emit laser probe light e.g. B. Primary laser pulses 111 to fire that with a TX beam 121 of the LIDAR system 100 are connected. The laser is accordingly 101 the origin of the TX beam 121 .

Das Laserlicht kann eine Wellenlänge von z. B. 800 bis 1600 nm aufweisen. Generell kann gepulstes oder Dauerstrich („Continuous Wave“, CW) Laserlicht verwendet werden (obwohl 1 der Einfachheit halber die Primärlaserpulse 111 zeigt; auch im Folgenden wird auf die Primärlaserpulse 111 Bezug genommen, aber ähnliche Techniken können ohne weiteres mit CW-Laserlicht implementiert werden).The laser light can have a wavelength of e.g. B. 800 to 1600 nm. In general, pulsed or continuous wave (CW) laser light can be used (although 1 the primary laser pulses for the sake of simplicity 111 shows; the following also refers to the primary laser pulses 111 (Referred to, but similar techniques can be easily implemented with CW laser light).

Die primären Laserimpulse 111 passieren einen Strahlteiler 130. Der Strahlteiler 130 ist ausgestaltet, um den TX-Strahl 121 und einen RX-Strahl 122 zu trennen. Wie in 1 dargestellt, sind der TX-Strahl 121 und der RX-Strahl 122 ab dem Strahlteiler 130 zueinander ausgerichtet, z. B. koaxial ausgerichtet. Eine solche Ausrichtung ist im Allgemeinen optional. In anderen Beispielen können der TX-Strahl 121 und der RX-Strahl 122 versetzt zueinander implementiert sein; dann ist der Strahlteiler 130 nicht erforderlich.The primary laser pulses 111 pass a beam splitter 130 . The beam splitter 130 is designed to use the TX beam 121 and an RX beam 122 to separate. As in 1 shown are the TX beam 121 and the RX beam 122 from the beam splitter 130 aligned with each other, e.g. B. aligned coaxially. Such alignment is generally optional. In other examples, the TX beam 121 and the RX beam 122 be implemented offset from one another; then the beam splitter is 130 not mandatory.

Im Szenario von 1 passieren sowohl der TX-Strahl 121 als auch der RX-Strahl 122 ein Scanmodul 159 des LIDAR-Systems 100. Das Scanmodul 159 ist ausgestaltet, um eine zweidimensionale Ablenkung des TX-Strahls 121 und des RX-Strahls 122 bereitzustellen. Ein entsprechender Ablenkwinkel 161 des TX-Strahls 121 und des RX-Strahls 122 variiert entsprechend als Funktion der Zeit. Der Ablenkwinkel 161 variiert innerhalb eines Ablenkbereichs 162. Sowohl der Ablenkwinkel 161, als auch der Ablenkbereich 162 sind Betriebszustände des Scanmoduls 159.In the scenario of 1 pass both the TX beam 121 as well as the RX beam 122 a Scan module 159 of the LIDAR system 100 . The scan module 159 is designed to deflect the TX beam in two dimensions 121 and the RX beam 122 provide. A corresponding deflection angle 161 of the TX beam 121 and the RX beam 122 varies accordingly as a function of time. The deflection angle 161 varies within a deflection range 162 . Both the deflection angle 161 , as well as the deflection area 162 are the operating states of the scan module 159 .

Generell gibt es verschiedene Optionen für die Implementierung des Scanmoduls 159. Zum Beispiel könnte ein Scanmodul mit einem dispersiven Element gemäß der internationalen Patentveröffentlichung WO 2018/090085 A1 verwendet werden. Eine weitere Option wäre die Verwendung von einem oder mehreren Spiegeln 150 (vgl. 1), z. B. Mikrospiegel oder galvanische Spiegel. Beispielsweise könnte ein einzelner Spiegel mit zwei Freiheitsgraden verwendet werden (z.B. Translation und Rotation oder unterschiedliche Kipprichtungen). Es wäre auch möglich, zwei sequentielle Spiegel zu verwenden, die jeweils einen entsprechenden Freiheitsgrad haben, um eine eindimensionale Ablenkung bereitzustellen. Es wäre auch möglich, Linsen zu bewegen, siehe z. B. US 2018/0180722A1 . Anstatt ein Scanmodul 159 im TX-Strahl 121 und im RX-Strahl 122 zu verwenden, wäre es möglich, dass der Laser 101 und/oder der Detektor 102 insgesamt bewegt werden. Eine solche Technik ist z. B. in US 8,767,190 ,B2 oder US 10,063,849 B2 gezeigt.In general there are different options for the implementation of the scan module 159 . For example, a scanning module could have a dispersive element according to the international patent publication WO 2018/090085 A1 be used. Another option would be to use one or more mirrors 150 (see. 1 ), e.g. B. micromirrors or galvanic mirrors. For example, a single mirror with two degrees of freedom could be used (e.g. translation and rotation or different tilt directions). It would also be possible to use two sequential mirrors, each with a corresponding degree of freedom, to provide a one-dimensional deflection. It would also be possible to move lenses, see e.g. B. US 2018 / 0180722A1 . Instead of a scan module 159 in the TX beam 121 and in the RX beam 122 to use it would be possible that the laser 101 and / or the detector 102 be moved overall. Such a technique is e.g. Am U.S. 8,767,190 , B2 or US 10,063,849 B2 shown.

Im Beispiel von 1 wirkt ein Aktuator 901 des Scanmoduls 159 über eine oder mehrere Halterungen 902 auf den oder die Spiegel 150 ein.In the example of 1 an actuator acts 901 of the scan module 159 via one or more brackets 902 on the mirror or mirrors 150 a.

Nach verschiedenen Beispielen kann ein resonantes Scannen durch Variation des Ablenkwinkels 161 eingesetzt werden. Dabei werden der oder die Spiegel 150 durch den Aktuator 901 resonant aktuiert. D. h., eine Betriebsfrequenz des Aktuators 901 ist auf eine oder mehrere Eigenfrequenzen eines Masse-Feder-Systems ausgerichtet, das durch den einen oder die mehreren Spiegel 150 und die jeweiligen elastischen Halterungen 902 gebildet wird. Die Halterungen können eine elastische Verformung bereitstellen (dies entspricht demnach einem reibungslosen Scannen). Typische Eigenfrequenzen des Masse-Feder-Systems können in der Größenordnung von 50 Hz bis 4 kHz liegen. Um diese zu erreichen, werden Leichtbau-Spiegel 150 verwendet. Daher sind der eine oder die mehreren Spiegel 150 typischerweise klein. Beispielsweise kann eine Größe der reflektierenden Oberfläche des einen oder der mehreren Spiegel 150 im Bereich von 5 mm x 5 mm oder sogar bis zu 50 mm x 20 mm liegen. Generell kann die optische Apertur des Emitters und/oder die optische Apertur des Detektors des LIDAR-Systems 100 durch die reflektierende Oberfläche des einen oder der mehreren Spiegel 150 des Scanmoduls 159 begrenzt werden. In Beispielen, in denen Linsen bewegt werden, kann die optische Apertur durch die Feldgröße der Linsen begrenzt werden.According to various examples, resonant scanning can be achieved by varying the deflection angle 161 can be used. Thereby the mirror or mirrors 150 by the actuator 901 actuated resonantly. That is, an operating frequency of the actuator 901 is aligned to one or more natural frequencies of a mass-spring system that is created by the one or more mirrors 150 and the respective elastic mounts 902 is formed. The mounts can provide elastic deformation (so this corresponds to smooth scanning). Typical natural frequencies of the mass-spring system can be on the order of 50 Hz to 4 kHz. To achieve this, lightweight mirrors are used 150 used. Hence the one or more mirrors 150 typically small. For example, a size of the reflective surface of the one or more mirrors can be 150 in the range of 5 mm x 5 mm or even up to 50 mm x 20 mm. In general, the optical aperture of the emitter and / or the optical aperture of the detector of the LIDAR system 100 through the reflective surface of the one or more mirrors 150 of the scan module 159 be limited. In examples where lenses are moved, the optical aperture can be limited by the field size of the lenses.

Die Primärlaserpulse 111 durchqueren ein Fenster 151 eines Gehäuses des LIDAR-Systems. Die Primärlaserpulse 111 werden dann an einem Objekt in der Umgebung 190 des LIDAR-Systems 100 reflektiert. Dabei werden Sekundärpulse 112 erzeugt: Die Sekundärpulse 112 stammen also von der durch den Ablenkwinkel 161 definierten lateralen Position des Objekts in der Umgebung 190.The primary laser pulses 111 cross a window 151 a housing of the LIDAR system. The primary laser pulses 111 are then attached to an object in the area 190 of the LIDAR system 100 reflected. Thereby secondary pulses 112 generated: The secondary pulses 112 so come from the one caused by the deflection angle 161 defined lateral position of the object in the area 190 .

Die Sekundärpulse 112 laufen entlang des RX-Strahls 122, im Szenario von 1 auch durch den einen oder die mehreren Spiegel 150 des Scanmoduls 159, in Richtung des Strahlteilers 130 und schließlich auf einen Detektor 102. Der Detektor 102 definiert dementsprechend ein Ende des RX-Strahls 122. Da der RX-Strahl 122 - im Beispiel von 1 - koaxial mit dem TX-Strahl 121 ausgerichtet ist, sammelt der Detektor 102 nur Licht, das aus dem jeweiligen Ablenkwinkel 161 stammt. Dies entspricht einer räumlichen Filterung. Hintergrundphotonen, die von anderen Abschnitten innerhalb des Ablenkbereichs 162 stammen, werden unterdrückt, z. B. durch eine neben dem Detektor 102 angeordnete Lochblende des optischen Moduls des LIDAR-Systems 100 (die Lochblende ist in 1 nicht dargestellt).The secondary pulses 112 run along the RX beam 122 , in the scenario of 1 also through the one or more mirrors 150 of the scan module 159 , in the direction of the beam splitter 130 and finally a detector 102 . The detector 102 accordingly defines an end of the RX beam 122 . Because the RX beam 122 - in the example of 1 - coaxial with the TX beam 121 is aligned, the detector collects 102 only light that comes from the respective deflection angle 161 originates. This corresponds to spatial filtering. Background photons from other sections within the deflection area 162 originate are suppressed, e.g. B. by one next to the detector 102 arranged pinhole of the optical module of the LIDAR system 100 (the pinhole is in 1 not shown).

Der Detektor 102 stellt ein Detektorsignal 780 für die Recheneinheit 90 bereit. Die Recheneinheit 90 kann auf der Basis des Detektorsignals 780 verschiedene Aufgaben durchführen. Basierend auf einer Zeitverzögerung der Sekundärpulse 112 in Bezug auf die Primärlaserpulse 111 kann z. B. eine Entfernungsmessung durchgeführt werden. Basierend auf der Größe des Detektorsignals 780 kann eine Betriebsüberwachung implementiert werden. Dies ist durch die Verwendung von optischen Markern 770 möglich.The detector 102 represents a detector signal 780 for the arithmetic unit 90 ready. The arithmetic unit 90 can be based on the detector signal 780 perform various tasks. Based on a time delay of the secondary pulses 112 in relation to the primary laser pulses 111 can e.g. B. a distance measurement can be carried out. Based on the size of the detector signal 780 operational monitoring can be implemented. This is through the use of optical markers 770 possible.

In 1 sind optische Marker 770 auf dem Fenster 151 angeordnet, im besonderen Beispiel zum Rand des Ablenkbereichs 162 hin angeordnet. Die optischen Marker 770 haben eine Reflektivität, das sich von der Reflektivität des umgebenden Fensters 151 unterscheidet. Wenn daher der eine oder die mehreren Spiegel 150 so positioniert sind, dass der Ablenkwinkel 161 so ist, dass der TX-Strahl 121 und der RX-Strahl 122 auf eine der optischen Marker 770 ausgerichtet sind (dann „sieht“ der Detektor 102 die optischen Marker 770, d.h. die Optik ist auf die optischen Marker 770 ausgerichtet), ist eine Änderung des Detektorsignals 780 des Detektors 102 sichtbar (wenn es mit dem TX-Strahl 121 und dem RX-Strahl 122 verglichen wird, die auf einen umgebenden Abschnitt des Fensters 151 ausgerichtet sind). Genauer gesagt, ändert sich die Größe des Detektorsignals 780.In 1 are optical markers 770 on the window 151 arranged, in the particular example to the edge of the deflection area 162 arranged towards. The optical markers 770 have a reflectivity that is different from the reflectivity of the surrounding window 151 differs. If, therefore, the one or more mirrors 150 are positioned so that the deflection angle 161 so is that the TX beam 121 and the RX beam 122 on one of the optical markers 770 are aligned (then the detector "sees" 102 the optical markers 770 ie the optics are on the optical markers 770 aligned) is a change in the detector signal 780 of the detector 102 visible (if it is with the TX beam 121 and the RX beam 122 that is compared to that on a surrounding portion of the window 151 aligned). More specifically, the size of the detector signal changes 780 .

In 1 ist eine Sekundärlichtquelle 990 vorhanden. Das Umgebungslicht kann von der Sekundärlichtquelle 990 stammen, die versetzt zum Laser 101 angeordnet ist und das Umgebungslicht direkt, d. h. nicht über das Scanmodul 159, auf das Fenster 151 und die optischen Marker 770 emittiert. Das Umgebungslicht kann über den RX-Strahl 122 den Detektor 102 erreichen. Das von der Sekundärlichtquelle 990 stammende Umgebungslicht kann Referenzmessungen erleichtern, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.In 1 is a secondary light source 990 available. The ambient light can come from the secondary light source 990 originate from the offset to the laser 101 is arranged and the ambient light directly, ie not via the scan module 159 , on the window 151 and the optical markers 770 emitted. The ambient light can be through the RX beam 122 the detector 102 reach. That from the secondary light source 990 Ambient light originating from the environment can facilitate reference measurements, as will be explained in more detail below.

2 zeigt Aspekte in Bezug auf das Scanmodul 159. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften strukturellen Implementierung des Scanmoduls 159. Die verschiedenen Teile des Scanmoduls 159, wie in 2 gezeigt, könnten z. B. aus Silikon hergestellt werden, z. B. unter Verwendung von MEMS-Techniken (Micro Electric Mechanical System) oder Mikrobearbeitung. 2 shows aspects related to the scan module 159 . 2 Figure 3 is a perspective view of an exemplary structural implementation of the scanning module 159 . The different parts of the scan engine 159 , as in 2 shown, could e.g. B. made of silicone, e.g. Using Micro Electric Mechanical System (MEMS) techniques or micromachining.

Der Spiegel 150 des Beispiels von 2 hat eine reflektierende Vorderseite (in 2 nicht sichtbar); sowie eine gegenüberliegende Rückseite 152. Wie in 2 gezeigt, schließt eine Flächennormale 151A der reflektierenden Vorderseite des Spiegels 150 einen Winkel (z. B. im speziellen Beispiel von 2 einen Winkel von 45°) mit einem ankommenden Segment des TX-Strahls 121 ein. Dies bewirkt die Ablenkung des ankommenden Lichts. Weiterhin bewirkt die Rotation des Spiegels 150 um eine Rotationsachse 119 eine Variation der Ablenkung; diese definiert den Ablenkwinkel 161 (vgl. 1).The mirror 150 of the example of 2 has a reflective front (in 2 not visible); as well as an opposite back 152 . As in 2 shown, includes a surface normal 151A the reflective front of the mirror 150 an angle (e.g. in the specific example of 2 an angle of 45 °) with an incoming segment of the TX beam 121 a. This causes the incoming light to be deflected. It also causes the mirror to rotate 150 around an axis of rotation 119 a variation in distraction; this defines the deflection angle 161 (see. 1 ).

In 2 ist ein Szenario gezeigt, in dem vier faserförmige Federelemente 212-215 der elastischen Halterung 902 verwendet werden. Eine Torsion 502 der Federelemente 212-215 kann eine Änderung des Ablenkwinkels 161 bewirken. Alternativ oder zusätzlich, als weiterer Freiheitsgrad, kann eine Biegung der Federelemente 212-215 eine Änderung des Ablenkwinkels 161 bewirken. (Die Biegung 501 und die Torsion 502 sind in den Einschüben entlang des Querschnitts A - A von 2 dargestellt; der Einfluss der Biegung 501 auf den Ablenkwinkel 161 ist in 2 nicht gezeigt).In 2 a scenario is shown in which four fibrous spring elements 212-215 the elastic bracket 902 be used. A twist 502 the spring elements 212-215 can change the deflection angle 161 cause. Alternatively or additionally, as a further degree of freedom, the spring elements can be bent 212-215 a change in the deflection angle 161 cause. (The bend 501 and the twist 502 are in the slots along the cross-section A - A of 2 shown; the influence of the bend 501 on the deflection angle 161 is in 2 Not shown).

Generell kann das zweidimensionale Scannen - d.h. die Variation des Ablenkwinkels 161 und zweier lateraler Dimensionen - durch die Verwendung eines einzigen Spiegels 150 mit zwei Freiheitsgraden (z.B. Biegung 501 und Torsion 502) erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das 2D-Scannen auch durch die Verwendung von zwei sequentiellen Spiegeln 150-1, 150-2 mit jeweiligen elastischen Halterungen 902-1, 902-2 erreicht werden (vgl. 3).In general, two-dimensional scanning - ie the variation of the deflection angle 161 and two lateral dimensions - through the use of a single mirror 150 with two degrees of freedom (e.g. bending 501 and torsion 502 ) can be achieved. As an alternative or in addition, 2D scanning can also be carried out using two sequential mirrors 150-1 , 150-2 with respective elastic brackets 902-1 , 902-2 can be achieved (cf. 3 ).

4 zeigt schematisch Aspekte in Bezug auf das 2D-Scannen. 4 zeigt schematisch ein Abtastmuster 580. Ein Abtastmuster bezeichnet im Allgemeinen die Trajektorie, entlang derer der TX-Strahl 121 und/oder der RX-Strahl 122 variiert werden. Dementsprechend zeigt das Scanmuster 580 in 4 die Variation des Ablenkwinkels 161, genauer gesagt von zwei lateralen Komponenten 161-1, 161-2 des Scanwinkels 161. 4th shows schematically aspects related to 2D scanning. 4th shows schematically a scanning pattern 580 . A scan pattern generally denotes the trajectory along which the TX beam follows 121 and / or the RX beam 122 can be varied. Accordingly, the scan pattern shows 580 in 4th the variation of the deflection angle 161 , more precisely from two lateral components 161-1 , 161-2 the scan angle 161 .

In 4 implementiert das Scanmuster 580 eine Referenztrajektorie. Die Recheneinheit 90 könnte beispielsweise ausgestaltet sein, den Aktuator 901 so zu steuern, dass der eine oder die mehreren Spiegel 150, 150-1, 150-2 des Scanmoduls 159 bewegt werden, um der Referenztrajektorie zu folgen (als solches könnte das Scanmuster 580 auch als Referenzscanmuster 580 bezeichnet werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass das tatsächliche Scanmuster abweichen kann, z. B. aufgrund von äußeren Einflüssen, Erschütterungen usw.). Es kann eine geschlossene Regelkreissteuerung implementiert werden.In 4th implements the scan pattern 580 a reference trajectory. The arithmetic unit 90 could be designed, for example, the actuator 901 so control that the one or more mirrors 150 , 150-1 , 150-2 of the scan module 159 be moved to follow the reference trajectory (as such, the scan pattern 580 also as a reference scan sample 580 Please note that the actual scan pattern may differ, e.g. B. due to external influences, vibrations, etc.). Closed loop control can be implemented.

Das Scanmuster 580 des Szenarios von 4 könnte durch den Betrieb eines einzelnen Spiegels mit zwei Freiheitsgraden erreicht werden, so dass die Bewegung in Übereinstimmung mit dem ersten der zwei Freiheitsgrade mit einer festen Amplitude erfolgt (wodurch der feste Hub des Ablenkwinkels 161-2 entlang der y-Achse implementiert wird); und so dass die Bewegung in Übereinstimmung mit einem zweiten der zwei Freiheitsgrade eine variierende, zeitabhängige Amplitude hat (wodurch der variable Hub des Ablenkwinkels 161-1 entlang der x-Achse implementiert wird). Eine solche 1-D-Rampenbewegung ist nicht in allen Szenarien erforderlich. Beispielsweise wäre es, wie in 5 gezeigt, auch möglich, beide Freiheitsgrade mit einer festen Amplitude zu betreiben, z. B. mit leicht verstimmten Frequenzen; dadurch ergibt sich ein Scanmuster 580, das durch eine Lissajous-Trajektorie implementiert wird.The scan pattern 580 of the scenario of 4th could be achieved by operating a single mirror with two degrees of freedom, so that the movement in accordance with the first of the two degrees of freedom is with a fixed amplitude (creating the fixed stroke of the deflection angle 161-2 implemented along the y-axis); and so that the movement in accordance with a second of the two degrees of freedom has a varying, time-dependent amplitude (whereby the variable stroke of the deflection angle 161-1 implemented along the x-axis). Such a 1-D ramp movement is not required in all scenarios. For example, it would be like in 5 shown, also possible to operate both degrees of freedom with a fixed amplitude, e.g. B. with slightly detuned frequencies; this results in a scan pattern 580 implemented by a Lissajous trajectory.

Die Scanmuster 580 in 4 und in 5 sind nur Beispiele; in anderen Beispielen können andere Scanmuster implementiert werden, wobei ein oder mehrere Spiegel 150, 150-1, 150-2 oder andere optische Elemente verwendet werden, die mit den gleichen oder benachbarten Frequenzen betrieben werden.The scan patterns 580 in 4th and in 5 are just examples; in other examples, other scanning patterns can be implemented, using one or more mirrors 150 , 150-1 , 150-2 or other optical elements are used which are operated at the same or adjacent frequencies.

Die Scanmuster 580 definieren ein Sichtfeld, d.h. sie definieren den Scanbereich 162. Der Scanbereich 162 hat 2-D-Ausdehnungen, definiert durch seine zwei Komponenten 162-1, 162-2.The scan patterns 580 define a field of view, ie they define the scan area 162 . The scan area 162 has 2-D dimensions defined by its two components 162-1, 162-2.

Das Scanmuster 580 definiert einen Zentralbereich 582 und definiert darüber hinaus Randbereiche 581, 583. Der Zentralbereich 582 ist zwischen den Randbereichen 581, 583 angeordnet. Die Randbereiche 581, 583 umfassen Ränder des Scanmusters 580 an den äußeren Ausdehnungen des Scanbereichs 162, die im dargestellten Beispiel Wendepunkten der oszillierenden Bewegung des einen oder der mehreren Spiegel 150, 150-1, 150-2 entsprechen.The scan pattern 580 defines a central area 582 and also defines edge areas 581 , 583 . The central area 582 is between the edge areas 581 , 583 arranged. The edge areas 581 , 583 include margins of the Scan pattern 580 at the outer dimensions of the scan area 162 , the turning points of the oscillating movement of the one or more mirrors in the example shown 150 , 150-1 , 150-2 correspond.

Während in 4 und 5 die Randbereiche 581, 583 nur entlang der y-Achse gezeigt sind, wäre es alternativ oder zusätzlich und generell auch möglich, einen oder mehrere Randbereiche entlang der x-Achse zu haben.While in 4th and 5 the edge areas 581 , 583 are only shown along the y-axis, it would alternatively or additionally and generally also be possible to have one or more edge regions along the x-axis.

Generell wäre es möglich, dass der eine oder die mehreren optischen Marker 770 in einem Bereich des Fensters 151 des LIDAR-Systems 100 angeordnet sind, der mit einem oder mehreren Randbereichen 581, 582 des Scanmusters 580 verbunden ist. Hier bedeutet „verbunden mit“, dass der Bereich des Fensters 151 den jeweiligen Sendestrahl 121 oder Empfangsstrahl 122 schneidet, wenn das LIDAR-System 100 den jeweiligen Ablenkwinkel 161 in dem Randbereich 581, 582 implementiert. Gleichzeitig dürfen der eine oder die mehreren optischen Marker 770 nicht in einem weiteren Bereich des Fensters 151 angeordnet sein, der mit dem Zentralbereich 582 des Scanmusters 580 verbunden ist.In general, it would be possible for the one or more optical markers 770 in one area of the window 151 of the LIDAR system 100 are arranged with one or more edge areas 581 , 582 of the scan pattern 580 connected is. Here "connected to" means the area of the window 151 the respective transmission beam 121 or receive beam 122 cuts when the lidar system 100 the respective deflection angle 161 in the edge area 581 , 582 implemented. At the same time, one or more optical markers are allowed 770 not in another area of the window 151 be arranged with the central area 582 of the scan pattern 580 connected is.

Durch eine solche Anordnung des einen oder der mehreren optischen Marker 770 können verschiedene Effekte erreicht werden. Erstens kann die Reduzierung des effektiven Sichtfelds, das für Entfernungsmessungen verwendet werden kann, begrenzt werden. Mit anderen Worten, die Entfernungsmessungen können für Ablenkwinkel 161 im Zentralbereich 582 durchgeführt werden, während Referenzmessungen, die auf der Reflexion von Licht an dem einen oder den mehreren optischen Markern 770 basieren, durchgeführt werden können, wenn der Ablenkwinkel 161 in einem oder mehreren der Randbereiche 581, 583 angeordnet ist, in denen die optischen Marker 770 platziert sind.Such an arrangement of the one or more optical markers 770 different effects can be achieved. First, the reduction in the effective field of view that can be used for distance measurements can be limited. In other words, the distance measurements can be used for deflection angles 161 in the central area 582 be performed while reference measurements based on the reflection of light from the one or more optical markers 770 based, can be done when the deflection angle 161 in one or more of the edge areas 581 , 583 is arranged in which the optical marker 770 are placed.

Ein zweiter Effekt ist, dass durch die Platzierung des einen oder der mehreren optischen Marker 770 in einem Bereich des Fensters 151, der dem einen oder den mehreren Randbereichen 581, 583 des Scanmusters 580 entspricht, es möglich wird, die Betriebsfähigkeit des Scanmoduls 159 zu überprüfen, um einen gewünschten Scanbereich 162 zu erreichen. D. h., der maximale Ablenkwinkel 161 kann auf der Basis solcher Referenzmessungen unter Verwendung des einen oder der mehreren optischen Marker 770 verifiziert werden. Beispielsweise kann eine Degradation des Systems, die zu kleineren Scanbereichen 162 führt, detektiert werden.A second effect is that of the placement of the one or more optical markers 770 in one area of the window 151 , the one or more edge areas 581 , 583 of the scan pattern 580 corresponds, it becomes possible the operability of the scan engine 159 to check to a desired scan area 162 to reach. That is, the maximum deflection angle 161 may be based on such reference measurements using the one or more optical markers 770 be verified. For example, a degradation of the system can lead to smaller scan areas 162 leads to be detected.

6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele. 6 veranschaulicht Aspekte im Zusammenhang mit den Referenzmessungen unter Verwendung eines oder mehrerer optischer Marker 770. Beispielsweise können die Entfernungsmessungen zur Bestimmung der z-Position eines Objekts in der Umgebung ausgesetzt oder unterbrochen werden, während die Referenzmessungen durchgeführt werden. Die Entfernungsmessungen können einen Selbsttest des LIDAR-Systems 100 in Verbindung mit der Betriebsfähigkeitsmessung bereitstellen. 6th Figure 3 is a flow diagram of a method according to various examples. 6th illustrates aspects related to the reference measurements using one or more optical markers 770 . For example, the distance measurements for determining the z-position of an object in the environment can be suspended or interrupted while the reference measurements are being carried out. The distance measurements can be a self-test of the LIDAR system 100 in connection with the serviceability measurement.

In Box 3001 wird das Detektorsignal 780 analysiert. Dies entspricht dem Durchführen einer Referenzmessung.In box 3001 becomes the detector signal 780 analyzed. This corresponds to performing a reference measurement.

Beispielsweise wird die Größe des Detektorsignals, das von einem oder mehreren Detektoren 102 des LIDAR-Systems 100 bereitgestellt wird, bestimmt. Beispielsweise wäre es möglich, eine zeitliche Entwicklung der Größe des Detektorsignals an der Box 3001 zu verfolgen. Alternativ oder zusätzlich wäre es möglich, Frequenzbeiträge zur zeitlichen Entwicklung der Größe des Detektorsignals am Feld 3001 zu bestimmen. For example, the size of the detector signal that is generated by one or more detectors 102 of the LIDAR system 100 is provided, is determined. For example, it would be possible to monitor the size of the detector signal at the box over time 3001 to pursue. Alternatively or additionally, it would be possible to make frequency contributions to the temporal development of the size of the detector signal in the field 3001 to determine.

Eine solche Analyse des Detektorsignals 780 kann auf der Basis verschiedener Triggerkriterien ausgelöst werden. Beispielsweise kann die Box 3001 in Reaktion auf ein entsprechendes Triggersignal ausgeführt werden, das an der Recheneinheit 90 empfangen wird. Ein entsprechendes Triggersignal könnte z. B. von einem Positionssensor des einen oder der mehreren Spiegel 150, 150-1, 150-2 bereitgestellt werden, der anzeigt, dass der Ablenkwinkel 161 innerhalb eines oder mehrerer der Randbereiche 581, 582 liegt. Ein weiteres Triggerkriterium wäre das Ablaufen eines Timers. Die Referenzmessungen können zeitlich mit sich wiederholenden Referenzmesszeitlücken abgestimmt werden, in denen die Entfernungsmessungen ausgesetzt werden.Such an analysis of the detector signal 780 can be triggered based on various trigger criteria. For example, the box 3001 be executed in response to a corresponding trigger signal that is sent to the processing unit 90 Will be received. A corresponding trigger signal could e.g. B. from a position sensor of the one or more mirrors 150 , 150-1 , 150-2 may be provided indicating that the deflection angle 161 within one or more of the edge areas 581 , 582 lies. Another trigger criterion would be the expiry of a timer. The reference measurements can be time-coordinated with repetitive reference measurement time gaps in which the distance measurements are suspended.

In Box 3002 ist es dann möglich, einen oder mehrere Betriebszustände einer oder mehrerer Komponenten des LIDAR-Systems 100 zu bestimmen, basierend auf der bestimmten Größe des Detektorsignals und vordefinierten Referenzdaten, die mit mindestens einer Eigenschaft des einen oder der mehreren optischen Marker 770 verbunden sind. Dies entspricht einer Betriebsfähigkeitsüberwachung.In box 3002 it is then possible to set one or more operating states of one or more components of the LIDAR system 100 to determine, based on the determined magnitude of the detector signal and predefined reference data, associated with at least one property of the one or more optical markers 770 are connected. This corresponds to an operability monitoring.

Generell können in Box 3002 verschiedene Betriebszustände einer Komponente bestimmt werden. Es könnten auch verschiedene Komponenten des LIDAR-Systems 100 berücksichtigt werden. Um nur einige Beispiele zu nennen: Es wäre möglich, festzustellen, ob sich eine jeweilige Komponente in einem Betriebszustand „Fehler“ oder in einem Betriebszustand „kein Fehler“ befindet. Beispielhafte Komponenten umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: das Scanmodul 159, das optische Modul - z.B. umfassend den Laser 101, den Detektor 102, eine oder mehrere Linsen, den Strahlteiler 130, usw. - , das Elektronikmodul - z.B. umfassend den analogen und/oder digitalen Schaltung der Recheneinheit 90 oder die Verdrahtung, usw. - oder beliebige Teilbereiche davon. Diese Zuordnung der Komponenten zu den Modulen kann in anderen Beispielen variieren. Beispielsweise, wenn der Peak-to-Peak-Hub der Bewegung der mechanischen Teile des Scanmoduls 159 abnimmt - z. B. durch Fehlverhalten oder Verschleiß der elastischen Halterung 902 - kann sich dies darin äußern, dass das entsprechende Muster im Detektorsignal 780, das für die optischen Marker 770 erwartet wird, nicht mehr sichtbar ist: Der RX-Strahl 122 erreicht möglicherweise die Randbereiche 581, 583 nicht. Ebenso kann ein Fehlverhalten des Detektors 102 oder der Analog-Digital-Wandler oder Zeit-Weg-Wandler bei der Durchführung der Referenzmessungen sichtbar werden.Generally in box 3002 different operating states of a component can be determined. There could also be various components of the lidar system 100 must be taken into account. To name just a few examples: It would be possible to determine whether a respective component is in an “error” operating state or in a “no error” operating state. Exemplary components include, but are not limited to: the scanning module 159 , the optical module - e.g. comprising the laser 101 , the detector 102 , one or more lenses, the beam splitter 130 , etc. -, the electronics module - e.g. including the analog one and / or digital switching of the arithmetic unit 90 or the wiring, etc. - or any part of it. This assignment of the components to the modules can vary in other examples. For example, when the peak-to-peak stroke of the movement of the mechanical parts of the scanning module 159 decreases - e.g. B. due to malfunction or wear and tear of the elastic bracket 902 - This can manifest itself in the fact that the corresponding pattern in the detector signal 780 that for the optical marker 770 expected, is no longer visible: The RX beam 122 may reach the edge areas 581 , 583 not. A malfunction of the detector can also occur 102 or the analog-to-digital converter or time-to-distance converter become visible when the reference measurements are carried out.

Ein besonderer Betriebszustand, der in Box 1002 bestimmt werden kann, kann eine Empfindlichkeitsbasislinie des Detektors 102 umfassen. Insbesondere kann die Reflektivität des einen oder der mehreren optischen Marker 770 bekannt sein, so dass das erwartete Detektorsignal 780 basierend auf dieser Reflektivität des einen oder der mehreren optischen Marker 770 mit der tatsächlichen Größe des mit dem Detektor 102 gemessenen Detektorsignals 780 verglichen werden kann. Dann kann jeder Offset kompensiert werden, indem die Empfindlichkeitsbasislinie des Detektors 102 angepasst wird. Insbesondere kann eine Änderung der Größe des Detektorsignals 780 berücksichtigt werden, wenn man sich vom Zentralbereich 582 zu einem der Randbereiche 581, 583 bewegt. Dann können Offsets aufgrund des zeitlich variierenden Lichtflusses kompensiert werden, indem eine relative Messung berücksichtigt wird.A special operating condition that comes in a box 1002 can be determined, a sensitivity baseline of the detector 102 include. In particular, the reflectivity of the one or more optical markers can be 770 be known so that the expected detector signal 780 based on this reflectivity of the one or more optical markers 770 with the actual size of the with the detector 102 measured detector signal 780 can be compared. Then any offset can be compensated by using the sensitivity baseline of the detector 102 is adjusted. In particular, a change in the size of the detector signal 780 be taken into account when looking from the central area 582 to one of the edge areas 581 , 583 emotional. Then offsets due to the time-varying light flux can be compensated by taking a relative measurement into account.

Die Empfindlichkeits-Basislinie kann insbesondere für Szenarien hilfreich sein, in denen Einzelphotonen detektiert werden sollen. Die Einzelphotonendetektion kann für Langstrecken-Entfernungsmessungen hilfreich sein. Die Empfindlichkeits-Basislinie kann verwendet werden, um eine Dunkelzählung des jeweiligen Detektors auszugleichen (d. h. einen Signalpegel, der nicht mit tatsächlich auf die Sensoroberfläche auftreffenden Photonen verbunden ist).The sensitivity baseline can be particularly helpful for scenarios in which single photons are to be detected. Single photon detection can be useful for long range distance measurements. The sensitivity baseline can be used to compensate for a dark count from the particular detector (i.e., a signal level unrelated to photons actually striking the sensor surface).

Ein solches Verfahren zur Bestimmung der Empfindlichkeits-Basislinie kann insbesondere in einem Szenario hilfreich sein, in dem das LIDAR-System 100 mehrere Detektoren 102, z.B. in einem entsprechenden Array, umfasst. Insbesondere in einem solchen Szenario kann es manchmal erwünscht sein, das Array von Detektoren 102 in einem sogenannten „Umgebungsmodus“ zu betreiben: Hier werden bei einer jeweiligen Umgebungsmessung die Detektorsignale 780 jedes einzelnen der Detektoren 102 des Arrays verwendet, um aus der Umgebung 190 stammendes Umgebungslicht zu messen, ohne Laserimpulse 111 zu senden. Beim Durchführen der Umgebungsmessung wird der Laser 101 bzw. werden die Laser 101 deaktiviert (im Gegensatz zu einer Entfernungsmessung). Dann kann ein 2-D-Bild der Umgebung (ohne Tiefenauflösung, im Gegensatz zu einer 3-D-Punktewolke) durch Aggregation des Detektorsignals 780 für die verschiedenen Ablenkwinkel 161 über den Ablenkbereich 162 erhalten werden, wobei unterschiedliche Pixel durch unterschiedliche Ablenkwinkel 161 sowie durch unterschiedliche Detektoren des Detektorarrays definiert sein können. Zum Beispiel können verschiedene Zeilen des 2D-Bildes mit verschiedenen Detektoren des Arrays verbunden werden. Wenn verschiedene Detektoren des Detektor-Arrays unterschiedliche Empfindlichkeits-Basislinien haben, dann können künstliche Offsets im Kontrast der verschiedenen Pixel des 2D-Bildes beobachtet werden. Diese Offsets können durch die Verwendung der Referenzmessungen, basierend auf den optischen Markern 770, und durch die Bestimmung der Empfindlichkeits-Basislinie für jeden der Detektoren kompensiert werden. Aus den kompensierten Umgebungsmessungen kann dann ein homogenes und hochwertiges 2-D-Bild erhalten werden.Such a method for determining the sensitivity baseline can be particularly helpful in a scenario in which the LIDAR system 100 multiple detectors 102 , for example in a corresponding array. In such a scenario in particular, it may sometimes be desirable to use the array of detectors 102 to operate in a so-called “ambient mode”: Here, the detector signals 780 each and every one of the detectors 102 of the array used to get out of the environment 190 to measure ambient light without laser pulses 111 to send. When performing the environmental measurement, the laser will 101 or are the lasers 101 deactivated (in contrast to a distance measurement). Then a 2-D image of the environment (without depth resolution, in contrast to a 3-D point cloud) can be created by aggregating the detector signal 780 for the different deflection angles 161 over the deflection area 162 can be obtained, with different pixels due to different deflection angles 161 as well as can be defined by different detectors of the detector array. For example, different lines of the 2D image can be connected to different detectors of the array. If different detectors of the detector array have different sensitivity baselines, then artificial offsets can be observed in the contrast of the different pixels of the 2D image. These offsets can be determined by using the reference measurements based on the optical markers 770 , and compensated for by determining the sensitivity baseline for each of the detectors. A homogeneous and high-quality 2-D image can then be obtained from the compensated environmental measurements.

Ein weiterer Betriebszustand, der in Box 1002 bestimmt werden kann, umfasst den Ablenkwinkel 161 des TX-Strahls 121, z. B. als eine Funktion eines Aktuatorsignals, das dem Aktuator 901 bereitgestellt wird. Insbesondere wäre es möglich, dass der Ablenkwinkel 161 basierend auf der Größe des Detektorsignals 780 bestimmt wird. Eine Variation der Größe des Detektorsignals 780 kann bestimmt werden. Beispielsweise kann, wenn das Detektorsignal 780 aufgrund der Änderung der Reflektivität des optischen Markers 770 im Vergleich zum umgebenden Fenster 151 von niedrig auf hoch (oder von hoch auf niedrig) übergeht, dies als Grundwahrheit für den Ablenkwinkel 161 verwendet werden, der auf den jeweiligen Randbereich 581, 583 des Fensters 151 ausgerichtet ist.Another operating condition that comes in box 1002 can be determined includes the deflection angle 161 of the TX beam 121 , e.g. B. as a function of an actuator signal supplied to the actuator 901 provided. In particular, it would be possible that the deflection angle 161 based on the size of the detector signal 780 is determined. A variation in the size of the detector signal 780 can be determined. For example, if the detector signal 780 due to the change in the reflectivity of the optical marker 770 compared to the surrounding window 151 goes from low to high (or from high to low), this is the basic truth of the deflection angle 161 used on the respective edge area 581 , 583 of the window 151 is aligned.

Eine solche Grundwahrheit kann verwendet werden, um z. B. einen anderen Sensor zu kalibrieren, der zur Bestimmung der Ablenkung ausgestellt ist, und/oder um die Steuerung des Aktuators 901 in der optionalen Box 3003 zu kalibrieren. In der optionalen Box 3003 werden eine oder mehrere Gegenmaßnahmen basierend auf dem bestimmten optionalen Zustand ergriffen.Such a basic truth can be used to e.g. B. to calibrate another sensor that is issued to determine the deflection, and / or to control the actuator 901 in the optional box 3003 to calibrate. In the optional box 3003 one or more countermeasures are taken based on the determined optional state.

Zum Beispiel kann ein Sensorsignal eines Positionssensors, der die Bewegung des einen oder der mehreren Spiegel 150, 150-1, 150-2 erfasst, mit dem Ablenkwinkel 161 verglichen werden, der basierend auf der Größe des Detektorsignals 780 bestimmt wird. For example, a sensor signal from a position sensor that indicates the movement of the one or more mirrors 150 , 150-1 , 150-2 detected, with the deflection angle 161 can be compared based on the size of the detector signal 780 is determined.

Dann können etwaige Offsets kompensiert werden. Insbesondere wäre es möglich - z.B. als Teil der optionalen Box 3003 -, dass die Recheneinheit 90 ausgestaltet ist, den auf Basis der Größe des Detektorsignals 780 bestimmten Ablenkwinkel 161 mindestens einem Zustandsbeobachter einer geschlossenen Regelkreisnachlaufsteuerung zum Betreiben des Scanmoduls 159 (z.B. einem Luenberger-Beobachter) oder als Basislinie für einen integralen oder derivativen Steuerteil einer geschlossenen Regelkreissteuerung bereitzustellen.Any offsets can then be compensated. In particular, it would be possible - e.g. as a part the optional box 3003 - that the arithmetic unit 90 is designed based on the size of the detector signal 780 certain deflection angle 161 at least one condition observer of a closed loop tracking control for operating the scan module 159 (e.g. a Luenberger observer) or as a baseline for an integral or derivative control part of a closed-loop control system.

In der optionalen Box 3003 können eine oder mehrere Gegenmaßnahmen ergriffen werden, die auf dem in Box 3002 bestimmten Betriebsstatus basieren. Wenn beispielsweise ein Betriebsstatus „Fehler“ bestimmt wird, wäre es möglich, in einen sicheren Betriebsmodus überzugehen, z. B. ohne Abfeuern von Laserpulsen oder Emittieren von Laserlicht von dem Laser 101. Ein System-Shutdown kann durchgeführt werden. Eine Fehlermeldung kann ausgegeben werden.In the optional box 3003 one or more countermeasures can be taken based on the in box 3002 specific operational status. If, for example, an operating status “error” is determined, it would be possible to switch to a safe operating mode, e.g. Without firing laser pulses or emitting laser light from the laser 101 . A system shutdown can be carried out. An error message can be issued.

7 zeigt Aspekte in Bezug auf die eine oder mehrere optische Marker 770. 7 zeigt die lateralen Ausdehnungen eines optischen Markers 770. 7th shows aspects relating to the one or more optical markers 770 . 7th shows the lateral dimensions of an optical marker 770 .

Im Beispiel von 7 umfasst der Randbereich 581 einen einzelnen optischen Marker 770.In the example of 7th includes the edge area 581 a single optical marker 770 .

Generell könnte der mindestens eine optische Marker eine hochabsorbierende Oberfläche oder eine Oberfläche mit hoher Reflektivität umfassen. Beispielsweise könnten hochabsorbierende Beschichtungen verwendet werden, z. B. unter Verwendung von Nanopartikeln wie vertikal ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren-Arrays usw. Hochreflektierende Oberflächen wie Metallbeschichtungen könnten verwendet werden, um eine hohe Reflektivität zu implementieren. In jedem Fall variiert die Reflektivität von der Reflektivität des umgebenden Fensters 151. Dies führt dazu, dass das Detektorsignal 780 variiert. Dies ist im Zusammenhang mit 8 gezeigt.In general, the at least one optical marker could comprise a highly absorbent surface or a surface with high reflectivity. For example, highly absorbent coatings could be used, e.g. Using nanoparticles such as vertically aligned carbon nanotube arrays etc. Highly reflective surfaces such as metal coatings could be used to implement high reflectivity. In either case, the reflectivity varies from the reflectivity of the surrounding window 151 . This leads to the detector signal 780 varies. This is related to 8th shown.

8 zeigt Aspekte in Bezug auf das Detektorsignal 780. In 8 variiert die Größe 791 des Detektorsignals 780 als Funktion der Zeit: Die Größe 791 steigt zunächst an und fällt dann auf ein niedrigeres Niveau zurück. Der Anstieg der Größe 791 des Detektorsignals 780 ist darauf zurückzuführen, dass der Ablenkwinkel 161 auf einen Bereich des Fensters 151 ausgerichtet ist, auf dem die optischen Marker 770 (vgl. 7) angeordnet ist. Im Szenario von 8 implementiert der optische Marker 770 eine hochreflektierende Oberfläche. Dementsprechend steigt die Größe 791 des Detektorsignals 780 an, insbesondere steigt sie über einen vordefinierten Schwellenwert 799 an. Dieser Anstieg über die vordefinierte Schwelle 799 definiert eine Verweilzeit 792. Beispielsweise könnte die Recheneinheit 90 ausgestaltet sein, um einen mit der Verweilzeit 792 verbundenen Wert zu bestimmen. Während der Verweilzeit 792 ist die Detektorapertur auf dem optischen Marker 770 positioniert. 8th shows aspects related to the detector signal 780 . In 8th varies the size 791 of the detector signal 780 as a function of time: the size 791 rises first and then falls back to a lower level. The increase in size 791 of the detector signal 780 is due to the fact that the deflection angle 161 on an area of the window 151 is aligned on which the optical marker 770 (see. 7th ) is arranged. In the scenario of 8th implemented the optical marker 770 a highly reflective surface. Accordingly, the size increases 791 of the detector signal 780 increases, in particular it rises above a predefined threshold value 799 at. This rise above the predefined threshold 799 defines a dwell time 792 . For example, the computing unit could 90 be designed to provide one with the dwell time 792 to determine associated value. During the dwell time 792 is the detector aperture on the optical marker 770 positioned.

Generell wäre es möglich, diese Variation der Größe 791 zu verfolgen und basierend auf der Variation der Größe den Betriebszustand zu bestimmen. Um die Variation zu extrahieren, wäre es möglich, eine Zeitableitung des Detektorsignals 780 zu betrachten. Ein Hochpassfilter kann verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich wäre es möglich, den Betriebszustand auf Basis der Verweilzeit 792 zu bestimmen. Zum Beispiel kann eine Zeit-Digital-Wandlung verwendet werden, um die Verweilzeit 792 zu extrahieren. Andere Techniken zum Extrahieren der Verweilzeit sind denkbar.Generally it would be possible to use this variation in size 791 to track and to determine the operating status based on the variation in size. To extract the variation it would be possible to take a time derivative of the detector signal 780 consider. A high pass filter can be used. Alternatively or additionally, it would be possible to determine the operating state on the basis of the dwell time 792 to determine. For example, a time-to-digital conversion can be used to determine the dwell time 792 to extract. Other techniques for extracting the residence time are conceivable.

Durch die generelle Berücksichtigung einer zeitlichen Abhängigkeit der Größe 791 des Detektorsignals 780 (z. B. Variation und/oder Verweilzeit 792) wird es möglich, einen mit der Bewegung des Scanmoduls 159 verbundenen Betriebszustand zu bestimmen. Beispielsweise kann, wenn sich die Resonanzfrequenz einer Resonanzbewegung ändert, eine Änderung der Verweilzeit 792 detektiert werden. Beispielsweise kann, wenn sich der Ablenkbereich 162 verringert, eine Verringerung der Verweilzeit 792 im Szenario von 8 beobachtet werden (z. B. unter Berücksichtigung nichtlinearer Effekte der zugrundeliegenden Oszillation für resonantes Scannen).By generally taking into account a time dependency of the size 791 of the detector signal 780 (e.g. variation and / or dwell time 792 ) it becomes possible to do one with the movement of the scan module 159 to determine the associated operating state. For example, if the resonant frequency of a resonant movement changes, there may be a change in the dwell time 792 can be detected. For example, if the deflection area 162 decreased, a decrease in residence time 792 in the scenario of 8th observed (e.g. taking into account the non-linear effects of the underlying oscillation for resonant scanning).

Die beobachtete Verweilzeit 792 kann mit einer erwarteten Verweilzeit verglichen werden. Die erwartete Verweilzeit kann auf der Basis der lateralen Abmessungen des einen oder der mehreren optischen Marker 770 sowie einer Änderungsrate des Ablenkwinkels 161, wie durch das Scanmuster 580 bereitgestellt, und/oder der resonanten Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems, das durch die elastische Halterung 902 und den jeweiligen Spiegel 150 gebildet wird, bestimmt werden. Die lateralen Abmessungen der einen oder mehreren optischen Marker 770 können eine vordefinierte Eigenschaft sein.The observed dwell time 792 can be compared to an expected dwell time. The expected dwell time can be based on the lateral dimensions of the one or more optical markers 770 and a rate of change of the deflection angle 161 as by the scan pattern 580 provided, and / or the resonant natural frequency of the mass-spring system, which is created by the elastic mount 902 and the respective mirror 150 is formed, can be determined. The lateral dimensions of the one or more optical markers 770 can be a predefined property.

Die zeitliche Abhängigkeit der Größe 791 des Detektorsignals 780 kann durch Verwendung mehrerer Marker 770 weiter untersucht werden; dies ist in 9 und 10 gezeigt.The time dependence of the size 791 of the detector signal 780 can be done by using multiple markers 770 to be further investigated; this is in 9 and 10 shown.

9 und 10 zeigen schematisch Aspekte im Hinblick auf mehrere optische Marker 770. In diesen Szenarien sind mehrere optische Marker 770 in einem räumlichen Muster 775 im Randbereich 581 angeordnet (der Randbereich 583 kann gleich oder ungleich ausgestaltet sein). 9 and 10 schematically show aspects with regard to several optical markers 770 . There are several optical markers in these scenarios 770 in a spatial pattern 775 at the edge 581 arranged (the edge area 583 can be designed the same or different).

In den gezeigten Szenarien wird ein 1-D- und 2-D-Schachbrettmuster 775 implementiert. Beispielsweise wäre es möglich, dass die mehreren optischen Marker 770 unterschiedliche Eigenschaften haben. Zum Beispiel kann ihre seitliche Ausdehnung und/oder Form und/oder Reflektivität über das Muster 775 variieren.In the scenarios shown, a 1-D and 2-D checkerboard pattern 775 is implemented. For example, it would be possible for the multiple optical markers 770 have different properties. For example, their lateral expansion and / or shape and / or reflectivity over the pattern 775 vary.

Zum Beispiel kann sich die Reflektivität von absorbierend zu stark reflektierend ändern. Dann kann ein Detektorsignal 780 mit einer Größe wie in 11 dargestellt resultieren. Dabei wird ein abwechselndes Ansteigen und Abfallen der Größe 791 in Bezug auf eine Basislinie beobachtet (entsprechend wird ein oberer und unterer Schwellenwert 799 definiert). Die Basislinie entspricht der Reflektivität des Fensters 151.For example, the reflectivity can change from absorbent to highly reflective. Then a detector signal can 780 with a size like in 11 shown result. There is an alternating increase and decrease in size 791 observed in relation to a baseline (an upper and a lower threshold are correspondingly 799 Are defined). The baseline corresponds to the reflectivity of the window 151 .

Hier liegen, wie in 10 gezeigt, die räumlichen Abmessungen der optischen Marker 770 im Bereich von 50 % bis 150 % einer optischen Apertur 520 des LIDAR-Systems 100, z. B. typischerweise gegeben durch die räumlichen Ausdehnungen der reflektierenden Oberfläche des einen oder der mehreren Spiegel 150, 150-1, 150-2 des Scanmoduls 159. Dadurch kann eine ausgeprägte Variation der Größe 791 des Detektorsignals 780 beobachtet werden.Lying here, as in 10 shown the spatial dimensions of the optical markers 770 in the range of 50% to 150% of an optical aperture 520 of the LIDAR system 100 , e.g. B. typically given by the spatial dimensions of the reflective surface of the one or more mirrors 150 , 150-1 , 150-2 of the scan module 159 . This allows for a marked variation in size 791 of the detector signal 780 to be observed.

12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele. Beispielsweise kann das Verfahren aus 12 von der Recheneinheit 90 des LIDAR-Systems 100 ausgeführt werden. 12 zeigt Aspekte in Bezug auf den Betrieb des LIDAR-Systems 100 in verschiedenen Modi. Insbesondere in Box 3101 kann das LIDAR-System 100 in einem Messmodus betrieben werden. Beim Betrieb im Messmodus können Entfernungsmessungen und/oder Umgebungsmessungen ausgeführt werden. 12th Figure 3 is a flow diagram of a method according to various examples. For example, the method can be made from 12th from the arithmetic unit 90 of the LIDAR system 100 are executed. 12th shows aspects related to the operation of the LIDAR system 100 in different modes. Especially in a box 3101 can do the LIDAR system 100 be operated in a measurement mode. When operating in the measurement mode, distance measurements and / or environmental measurements can be carried out.

An einem bestimmten Punkt können sich wiederholende Referenzmesszeitlücken selektiv aktiviert werden in Box 3102. Während der sich wiederholenden Referenzmesszeitlücken kann das LIDAR-System 100 in einem Referenzmessmodus betrieben werden.At a certain point, repeating reference measurement time gaps can be selectively activated in box 3102 . During the repetitive reference measurement time gaps, the LIDAR system 100 be operated in a reference measurement mode.

Beim Aktivieren der sich wiederholenden Referenzmesszeitlücke in Box 3102 beginnt das Verfahren in Box 3103. Hier wird der Laser 101 deaktiviert und eine Sekundärlichtquelle 990, die zur Emission von Umgebungslicht 991 ausgestaltet ist, aktiviert (vgl. 1).When activating the repeating reference measurement time gap in box 3102 the procedure begins in Box 3103 . Here is the laser 101 disabled and a secondary light source 990 leading to the emission of ambient light 991 is designed, activated (cf. 1 ).

Dann wird in Box 3104 die Größe 791 des Detektorsignals 780 basierend auf dem Umgebungslicht 991 bestimmt. Dementsprechend wird anstelle des vom Laser 101 emittierten Laserlichts das Umgebungslicht 991 verwendet.Then in box 3104 the size 791 of the detector signal 780 based on the ambient light 991 certainly. Accordingly, instead of the laser 101 emitted laser light the ambient light 991 used.

Generell wäre es möglich, anstelle oder zusätzlich zu dem von der Sekundärlichtquelle 990 emittierten Umgebungslicht 991 Umgebungslicht aus der Umgebung 190 zu verwenden.In general, it would be possible instead of or in addition to that from the secondary light source 990 emitted ambient light 991 Ambient light from the area 190 to use.

Die Sekundärlichtquelle 990 ist während der sich wiederholenden Referenzmesszeitlücke aktiviert. Während im Szenario von 12 der Laser 101 während der sich wiederholenden Referenzmesszeitlücken, d. h. beim Betrieb im Referenzmessmodus, insgesamt deaktiviert ist, wäre es in anderen Szenarien möglich, dass die Laseraktivität während der sich wiederholenden Referenzmesszeitlücke im Vergleich zu außerhalb der sich wiederholenden Referenzmesszeitlücke reduziert ist.The secondary light source 990 is activated during the repeating reference measurement time gap. While in the scenario of 12th the laser 101 While the repetitive reference measurement time gap is deactivated overall, ie when operating in the reference measurement mode, it would be possible in other scenarios for the laser activity to be reduced during the repetitive reference measurement time gap compared to outside the repetitive reference measurement time gap.

Durch die Verwendung von Umgebungslicht - z. B. das von der sekundären Lichtquelle 990 emittierte Umgebungslicht 991 - zur Durchführung der Referenzmessungen, d. h. durch die Bestimmung der Größe 791 des Detektorsignals 780 auf der Basis des Umgebungslichts an der Box 3104, ist es möglich, die zeitliche Auflösung der Abtastung des Detektorsignals 780 zu erhöhen. Insbesondere wäre es möglich, mehr Datenabtastungen 510 pro Zeiteinheit bereitzustellen und/oder das Scanmuster 580 im räumlichen Bereich genauer abzutasten, indem die räumliche Dichte der Datenabtastungen 510 erhöht wird (die Datenabtastungen 510 sind in 4 und in 5 gezeigt): Dies liegt daran, dass die Abtastrate 511 nicht durch die Wiederholrate begrenzt ist, mit der der Laser 101 das Laserlicht senden kann. Eine solche Erhöhung der Abtastrate 511 des Detektors 102 während der sich wiederholenden Referenzmesslücken hilft, eine zeitliche und räumliche Auflösung der Referenzmessungen an der Box 3104 zu erhöhen. Das zeitliche Verhalten der Größe 791 des Detektors kann genauer nachverfolgt werden.By using ambient light - e.g. B. that from the secondary light source 990 ambient light emitted 991 - to carry out the reference measurements, ie by determining the size 791 of the detector signal 780 based on the ambient light on the box 3104 , it is possible to change the time resolution of the sampling of the detector signal 780 to increase. In particular, it would be possible to take more data samples 510 to be provided per unit of time and / or the scan pattern 580 sample more accurately in the spatial domain by increasing the spatial density of the data samples 510 is increased (the data samples 510 are in 4th and in 5 shown): This is because the sample rate 511 is not limited by the repetition rate at which the laser can run 101 that can send laser light. Such an increase in the sampling rate 511 of the detector 102 During the repetitive reference measurement gaps, a temporal and spatial resolution of the reference measurements at the box helps 3104 to increase. The temporal behavior of the size 791 of the detector can be tracked more accurately.

In Box 3105 wird geprüft, ob das Ende der aktuell aktiven Referenzmesszeitlücke erreicht ist. Wenn ja, wird in Box 3106 optional der Laser 101 reaktiviert (es sei denn, es soll eine Umgebungsmessung durchgeführt werden), und, falls zutreffend, wird die Umgebungslichtquelle 990 deaktiviert. Danach beginnt das Verfahren in Box 3101.In box 3105 it is checked whether the end of the currently active reference measurement time gap has been reached. If so, it will be in box 3106 optionally the laser 101 reactivated (unless an ambient measurement is to be taken) and, if applicable, the ambient light source is turned off 990 deactivated. Then the process begins in Box 3101 .

Die Boxen 3107 und 3108 entsprechen den Boxen 3002 bzw. 3003 (vgl. 6).The boxes 3107 and 3108 correspond to the boxes 3002 respectively. 3003 (see. 6th ).

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2018/090085 A1 [0037]
US 2018/0180722 A1 [0037]
US 8767190 [0037]
US 10063849 B2 [0037]

Claims

LIDAR system (100), comprising: - a housing which comprises a window (151), - at least one optical marker (770) which is arranged on the window (151), - At least one light source which is designed to emit probe light (111) along a transmission beam (121), - At least one detector (102) which is designed to detect further light (112) along a receiving beam (122), - A scan module (159) which is designed to deflect the transmit beam (121) and the receive beam (122), and - A computing unit (90) which is designed to determine a variable (791) of a detector signal (780) provided by the at least one detector (102) and to determine an operating state of at least one component of the LIDAR system ( 100) on the basis of the size (791) of the detector signal (780) and predefined reference data that are associated with at least one property of the at least one optical marker (770).

LIDAR system (100) according to Claim 1 , wherein the computing unit (90) is designed to determine the size (791) of the detector signal (780) based on the ambient light (991) propagating along the receiving beam (122).

LIDAR system (100) according to Claim 2 , wherein the computing unit (90) is designed to activate repetitive reference measurement time gaps in which the emission of the probe light (111) is reduced, and wherein the computing unit (90) is designed to measure the magnitude (791) of the detector signal (780) based on the ambient light during the repetitive reference measurement time gaps.

LIDAR system (100) according to Claim 3 which further comprises: - a further light source (990) which is arranged offset to the at least one light source (101) and is configured to emit the ambient light (991) onto the window (151), wherein the computing unit (90) is configured is to activate the further light source (990) during the repetitive reference measurement time gaps.

LIDAR system (100) according to Claim 3 or 4th , wherein the computing unit (90) is designed to increase a sampling rate (511) of the at least one detector (102) during the repetitive reference measurement time gaps.

LIDAR system according to one of the preceding claims, wherein the operating state comprises a functional operability of the one or more components.

LIDAR system (100) according to one of the preceding claims, wherein the operating state comprises a deflection angle (161) of the transmission beam (121), wherein the arithmetic unit (90) is designed to provide the deflection angle (161) to at least one state observer of a closed-loop control for operating the scanning module (159) or as a baseline for an integral or derivative control part of the closed-loop control.

LIDAR system (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one detector (102) comprises multiple detectors (102), wherein the operating state comprises a sensitivity baseline of each of the multiple detectors (102).

LIDAR system (100) according to one of the preceding claims, wherein the scan module (159) is configured to deflect at least one of the transmit beam (121) or the receive beam (122) in accordance with a reference scan pattern (580), wherein the at least one optical marker (770) is arranged in a region of the window (151) which is connected to one or more edge regions (581, 582) of the reference scan pattern (580).

LIDAR system (100) according to Claim 9 wherein the at least one optical marker (770) is not arranged in a further area of the window (151) which is connected to a central area (583) of the reference scan pattern (580).

LIDAR system (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one optical marker (770) comprises a plurality of optical markers (770) which are arranged in a spatial pattern (775).

LIDAR system (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one optical marker (770) comprises a plurality of markers with different reflectivities.

LIDAR system (100) according to one of the preceding claims, wherein a lateral extent of the at least one optical marker (770) is in the range from 50% to 150% of an optical aperture of the LIDAR system (100).

LIDAR system (100) according to one of the preceding claims, wherein the computing unit (90) is designed to determine a value that corresponds to a dwell time (792) of the receiving beam (122) is connected to the at least one optical marker (770) based on the determined size (791), wherein the computing unit (90) is configured to determine the operating state based on that associated with the dwell time (792) To determine value.

LIDAR system (100) according to one of the preceding claims, wherein the computing unit (90) is designed to determine a variation in the size (791) of the detector signal (780) based on the determined size (791), wherein the arithmetic unit (90) is designed to determine the operating state based on the variation in the variable (791).

LIDAR system (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one optical marker (770) comprises at least one surface with high absorption or one surface with high reflectivity.

Method comprising: - Controlling a scan module (159) of a LIDAR system (100) in order to deflect a transmit beam (121) and a receive beam (122) of the LIDAR system (100), - During repetitive measurement time gaps: reducing the emission of probe light by at least one light source of the LIDAR system (100) along the transmission beam (121) and analyzing a detector signal (780) that is generated by at least one detector (102) of the LIDAR system (100 ) is provided, and - based on the analysis and further based on predefined reference data that are connected to at least one property of at least one optical marker (770) which is arranged on a window (151) of a housing of the LIDAR system, determining an operating state of at least a component of the LIDAR system (100).

Procedure according to Claim 17 , wherein the method from the computing unit (90) of the LIDAR system (100) according to one of Claims 1 until 16 is performed.