WO2019121435A1 - Optical scanning system and method for calibrating the optical scanning system - Google Patents

Optical scanning system and method for calibrating the optical scanning system Download PDF

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WO2019121435A1
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optical scanning
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Alexander Greiner
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Robert Bosch Gmbh
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    • G02B26/10—Scanning systems

Definitions

  • the invention relates to an optical scanning system, a method for calibrating the optical scanning system and a vehicle with an optical scanning system.
  • lidar sensors in the vehicle area must deliver very accurate measured values.
  • mechanical laser scanners which have a large horizontal detection angle between 150 ° and 360 °.
  • rotating mirror laser scanners whose maximum
  • Detection range is limited to 150 °.
  • the deflection mirror is driven by a motor.
  • devices are used with all electro-optical components on a turntable or rotor.
  • Another variant is systems that have a detector based on the single photon avalanche diode technology, the so-called SPAD technology.
  • one vertical laser line is emitted per scanning scan and imaged onto a detector by means of a receiving optical system. Depending on the lighting, the corresponding pixels are read out in the detector and this signal becomes a
  • Input information generated In order to obtain accurate measurement results in the SPAD detector, maximum signal quality and the exact position of the laser line are important. For this purpose, an adjustment of the receiving unit to the transmitting unit takes place in the manufacturing plant.
  • the disadvantage here is that the position of the line on the temperature and the life of the Lidarsensors can change. As a result, unilluminated pixels are used in the determination of the reception information, resulting in losses in the sensor range.
  • the object of the invention is to overcome these disadvantages.
  • An optical scanning system includes a housing having a front portion and a rear portion.
  • the front portion has an optical-beam transmission / reception window, and the rear portion is opaque to optical radiation.
  • the optical scanning system comprises a turntable which is rotatably mounted about a first axis. The first axis is arranged perpendicular to the turntable.
  • On the turntable an optical transmitting unit and an optical receiving unit is arranged.
  • the optical transmission unit is set up to emit laser lines.
  • a reflector unit is arranged in the rear region of the housing, which deflects or deflects optical beams from the optical transmitter unit to the optical receiver unit, so that a detector unit of the optical receiver unit is calibrated during a dark phase of the optical scanning system.
  • an in-field calibration with respect to the imaging of the laser line on the detector unit of the receiving unit is made possible.
  • the detector unit is recalibrated.
  • the term dark phase of the optical scanning system is understood to mean a period in which the laser lines are not emitted into an environment outside the housing.
  • the advantage here is that a calibration of the alignment of the transmission path to the reception path of the optical scanning system during operation of the optical scanning system.
  • optical transmitting unit and the optical
  • the optical transmitting unit is arranged on the optical receiving unit. In other words, the optical transmitting unit is arranged above the optical receiving unit.
  • a motor which rotates the turntable about the first axis.
  • This is in particular a stepper motor.
  • Scan process or scan circulation can be successively moved.
  • the reflector unit prisms In a further embodiment, the reflector unit prisms,
  • the reflector unit comprises a partially reflecting material which reduces an intensity of the laser lines after striking the partially reflecting material.
  • the optical receiving unit In a further embodiment, the optical receiving unit
  • Attenuator which is turned on during the dark phase of the optical scanning system.
  • the attenuator comprises a gray filter.
  • the inventive method for calibrating an optical scanning system during a dark phase of the optical scanning system comprises a housing having a front portion and a rear portion, wherein the front portion of a transmission /
  • Receiving window for laser lines and the rear area is opaque to laser lines
  • the optical scanning system has a turntable which is rotatably mounted about a first axis, wherein the first axis is arranged perpendicular to the turntable and on the turntable, an optical transmitting unit and an optical receiving unit arranged, comprises the transmission of laser lines by means of the optical transmitting unit, wherein the optical transmitting unit emits the laser lines during the dark phase in the rear portion of the housing, and the deflection of the laser lines by means of a reflector unit, the is arranged in the rear region of the housing.
  • the method further comprises receiving the laser lines deflected by the reflector unit by means of the optical receiving unit, determining a position of the
  • the vehicle according to the invention has an optical scanning system according to the invention, wherein the optical scanning system is arranged in the region of a bumper of the vehicle.
  • FIG. 1a shows an optical scanning system during a transmission / reception phase
  • FIG. 1b shows the optical scanning system during a dark phase
  • Figure 2a shows another optical scanning system during the
  • FIG. 2b shows the further optical scanning system during the dark phase
  • FIG. 3 shows a method for calibrating the optical scanning system.
  • FIG. 1 a shows an optical scanning system 100 during a transmission /
  • the optical scanning system 100 comprises a housing 101, a turntable 102, which within the housing 101 is arranged, a transmitting unit 103, a receiving unit 104 and a reflector unit 105th
  • the housing 101 has a front portion and a rear portion.
  • the housing 101 comprises a hollow half cylinder and a hollow cuboid, wherein the hollow half cylinder and the hollow cuboid are directly connected to each other.
  • a height of the hollow cuboid corresponds to a height of the hollow half-cylinder.
  • the diameter of the hollow half-cylinder corresponds to an edge length of an edge of the hollow cuboid, which is directly connected to the hollow half-cylinder.
  • the hollow half-cylinder is arranged in the front region of the housing 101.
  • a transmission / reception window of the optical scanning system 100 includes at least the hollow half-cylinder. In other words, the transmission / reception window may also include areas of the hollow cuboid.
  • the transmit / receive window is for optical beams, e.g. As laser beams or laser lines, permeable or transparent.
  • the turntable 102 is disposed within the housing 101.
  • the turntable 102 is rotatably supported about a first axis 107.
  • the first axis 107 is arranged perpendicular to a surface of the turntable 102 and acts as a rotation axis of the turntable 102.
  • the first axis 107 can pass through the center of the turntable 102.
  • the turntable 102 is configured to operate during operation of the optical scanning system 100, i. H. at a
  • the turntable 102 is driven by a motor, for example.
  • the optical transmitting unit 103 is arranged parallel to the optical receiving unit 104 on the turntable 102 at a predetermined distance.
  • a transmitting side of the transmitting unit 103 configured to emit optical beams points in a same direction as a receiving side of the receiving unit configured to receive optical beams.
  • the optical axes of the optical transmitting unit 103 and the optical receiving unit 104 are parallel to each other at a predetermined interval.
  • the optical transmission unit 103 includes a light source that emits optical beams.
  • the light source is for example a laser.
  • Transmitter unit 103 is configured to emit laser lines.
  • the laser lines can be emitted in the vertical direction, i. H. are transmitted perpendicular to a surface of the turntable 102 or in the horizontal direction, d. H. parallel to the surface of the turntable 102.
  • the optical receiving unit 104 includes a not-shown detector unit having a SPAD technology.
  • the detector unit comprises a two-dimensional array of SPAD diodes.
  • Receive unit 104 an attenuator, which is turned on during the dark phase of the optical scanning system 100.
  • the attenuator may be configured, for example, as a gray filter.
  • the reflector unit 105 functions as a deflection or deflection unit of laser lines which are emitted by the optical transmission unit 103 during a dark phase of the optical scanning system 100. These deflected laser lines are passed directly into or to the optical receiving unit 104.
  • Reflector unit 105 may be configured, for example, as a prism, double mirror or corner cubes.
  • the reflector unit 105 may comprise a semi-reflective material that reduces the intensity of the laser lines after impacting the partially reflective material.
  • the optical scanning system 100 is, for example, a biaxial rotating 3D laser scanner.
  • Such biaxial rotating 3D laser scanners are also known as macroscanners.
  • FIG. 1b shows the optical scanning system 100 during the dark phase of the optical scanning system 100.
  • the beam path is that of the
  • Transmitting unit 103 emitted laser lines 108 and deflected by the reflector unit 105 laser lines 109 during the dark phase shown.
  • FIG. 2a shows another optical scanning system 200 during the transmission / Reception phase of the optical scanning system 200.
  • the optical scanning system 200 essentially comprises the arrangement of the figures la and lb. Identical rear positions of the reference numerals of Figure 2a correspond to the components of Figures la and lb with the same rear positions of the reference numerals.
  • the difference from FIGS. 1 a and 1 b is that in FIG. 2 a the optical transmitting unit 203 is arranged on the optical receiving unit 204, ie the optical transmitting unit 203 and the optical receiving unit 204 are arranged one above the other.
  • a motor 206 is shown in FIG. 2a, which drives the turntable 202 on which the optical transmission unit 203 and the optical reception unit 204 are arranged.
  • the motor 206 shown here can also be used in the device of FIGS. 1 a and 1 b.
  • Figure 2b shows the optical scanning system 200 during the dark phase of the optical scanning system 200.
  • the reference numerals of Figure 2b which are identical to the reference numerals of Figure 2a, denote the same components as in Figure 2a.
  • the beam path of the laser lines 208 emitted by the transmission unit 203 and laser lines 209 deflected by the reflector unit 205 are shown during the dark phase.
  • the optical scanning system 100 and 200 is, for example, a lidar system. It is used, for example, in vehicles or robots.
  • FIG. 3 shows the method 300 for calibrating the optical scanning system.
  • the method 300 starts with the step 310, in which of the optical
  • Transmitting laser lines are emitted, which are emitted during the dark phase in the rear of the housing.
  • the optical scanning system radiates to the rear or rear portion of the housing, which is opaque to optical radiation.
  • the laser lines are deflected by means of the reflector unit, which is arranged in the rear region of the housing. That means that
  • Reflector unit deflects the laser lines such that laser lines directly, ie, without interacting with objects from the environment outside the housing, are received or detected by the optical receiving unit 104.
  • the laser lines deflected or deflected by the reflector unit are received by the receiving unit.
  • a position of the laser lines is determined and in a following step 350, a detector unit of the optical receiving unit is calibrated in dependence on the position of the laser lines.
  • the laser power can be determined as a function of the deflected laser line.
  • eye safety versus deflected laser line may be determined, individual laser diodes may be monitored as a function of the deflected laser line, or the functional safety of the optical scanning system.

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Abstract

An optical scanning system (100) comprising a housing (101), which has a front region and a back region, wherein the front region comprises a transmission/reception window for laser lines and the back region is opaque to laser lines, and a rotary plate (102), wherein the rotary plate (102) is rotatably mounted about a first axis (107), wherein the first axis (107) is arranged perpendicular to the rotary plate (102) and an optical transmitter unit (103) and an optical receiver unit (104) are arranged on the rotary plate (102), wherein the optical transmitter unit (103) is configured to emit a laser line, characterized in that a reflector unit (105) is arranged in the back region of the housing (101), said reflector unit deflecting the laser line to the optical receiver unit (104) such that a detector unit of the optical receiver unit (104) is calibrated during a dark phase of the optical scanning system (100).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Optisches Scansystem und Verfahren zur Kalibrierung des optischen  Optical scanning system and method for calibrating the optical
Scansystems  scan system
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft ein optisches Scansystem, ein Verfahren zur Kalibrierung des optischen Scansystems und ein Fahrzeug mit einem optischen Scansystem. The invention relates to an optical scanning system, a method for calibrating the optical scanning system and a vehicle with an optical scanning system.
Für das hochautomatisierte Fahren müssen Lidarsensoren im Fahrzeugbereich sehr genaue Messwerte liefern. Dazu sind mechanische Laserscanner bekannt, die einen großen horizontalen Erfassungswinkel zwischen 150° und 360° aufweisen. Es gibt dabei Drehspiegel-Laserscanner, deren maximaler For highly automated driving, lidar sensors in the vehicle area must deliver very accurate measured values. For this purpose, mechanical laser scanners are known, which have a large horizontal detection angle between 150 ° and 360 °. There are rotating mirror laser scanners whose maximum
Erfassungsbereich auf 150° eingeschränkt ist. Bei einem Drehspiegel- Laserscanner wird der Ablenkspiegel motorgetrieben angesteuert. Für größere Erfassungsbereiche bis zu 360° werden Vorrichtungen verwendet, bei denen sich alle elektrooptischen Komponenten auf einem Drehteller oder Rotor befinden. Detection range is limited to 150 °. In a rotating mirror laser scanner, the deflection mirror is driven by a motor. For larger detection ranges up to 360 °, devices are used with all electro-optical components on a turntable or rotor.
Eine weitere Variante stellen Systeme dar, die einen Detektor aufweisen, der auf der Single photon avalanche diode - Technologie, der sogenannten SPAD- Technologie, basiert. Bei solchen Systemen werden pro Scanumlauf eine vertikale Laserlinie ausgesendet und mittels einer Empfangsoptik auf einen Detektor abgebildet. In dem Detektor werden je nach Beleuchtung die entsprechenden Pixel ausgelesen und aus diesem Signal eine Another variant is systems that have a detector based on the single photon avalanche diode technology, the so-called SPAD technology. In such systems, one vertical laser line is emitted per scanning scan and imaged onto a detector by means of a receiving optical system. Depending on the lighting, the corresponding pixels are read out in the detector and this signal becomes a
Eingangsinformation generiert. Um bei der Auswertung genaue Messergebnisse im SPAD-Detektor zu erhalten, ist eine maximale Signalqualität und die genaue Lage der Laserlinie wichtig. Dazu findet im Herstellungswerk eine Justierung der Empfangseinheit auf die Sendeeinheit statt. Nachteilig ist hierbei, dass sich die Lage der Linie über die Temperatur und die Lebensdauer des Lidarsensors verändern kann. Dadurch werden nicht beleuchtete Pixel bei der Ermittlung der Empfangsinformation verwendet, wodurch es zu Einbußen in der Sensorreichweite kommt. Input information generated. In order to obtain accurate measurement results in the SPAD detector, maximum signal quality and the exact position of the laser line are important. For this purpose, an adjustment of the receiving unit to the transmitting unit takes place in the manufacturing plant. The disadvantage here is that the position of the line on the temperature and the life of the Lidarsensors can change. As a result, unilluminated pixels are used in the determination of the reception information, resulting in losses in the sensor range.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden. The object of the invention is to overcome these disadvantages.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Ein optisches Scansystem umfasst ein Gehäuse, das einen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich aufweist. Der vordere Bereich weist ein Sende-/ Empfangsfenster für optische Strahlen auf und der hintere Bereich ist für optische Strahlen undurchlässig. Das optische Scansystem umfasst einen Drehteller, der um eine erste Achse drehbar gelagert ist. Die erste Achse ist dabei senkrecht zum Drehteller angeordnet. Auf dem Drehteller ist eine optische Sendeeinheit und eine optische Empfangseinheit angeordnet. Die optische Sendeeinheit ist dazu eingerichtet, Laserlinien auszusenden. Erfindungsgemäß ist im hinteren Bereich des Gehäuses eine Reflektoreinheit angeordnet, die optische Strahlen von der optischen Sendeeinheit zur optischen Empfangseinheit lenkt bzw. umlenkt, sodass eine Detektoreinheit der optischen Empfangseinheit während einer Dunkelphase des optischen Scansystems kalibriert wird. Mit anderen Worten es wird eine ln-field Kalibrierung in Bezug auf die Abbildung der Laserlinie auf die Detektoreinheit der Empfangseinheit ermöglicht. Das bedeutet die Detektoreinheit wird rekalibriert. Unter dem Begriff Dunkelphase des optischen Scansystems wird eine Zeitspanne verstanden in der die Laserlinien nicht in eine Umgebung außerhalb des Gehäuses ausgesendet werden. An optical scanning system includes a housing having a front portion and a rear portion. The front portion has an optical-beam transmission / reception window, and the rear portion is opaque to optical radiation. The optical scanning system comprises a turntable which is rotatably mounted about a first axis. The first axis is arranged perpendicular to the turntable. On the turntable, an optical transmitting unit and an optical receiving unit is arranged. The optical transmission unit is set up to emit laser lines. According to the invention, a reflector unit is arranged in the rear region of the housing, which deflects or deflects optical beams from the optical transmitter unit to the optical receiver unit, so that a detector unit of the optical receiver unit is calibrated during a dark phase of the optical scanning system. In other words, an in-field calibration with respect to the imaging of the laser line on the detector unit of the receiving unit is made possible. This means the detector unit is recalibrated. The term dark phase of the optical scanning system is understood to mean a period in which the laser lines are not emitted into an environment outside the housing.
Der Vorteil ist hierbei, dass eine Kalibrierung der Ausrichtung des Sendepfads zum Empfangspfad des optischen Scansystems während des Betriebs des optischen Scansystems erfolgt. The advantage here is that a calibration of the alignment of the transmission path to the reception path of the optical scanning system during operation of the optical scanning system.
In einer Weiterbildung sind die optische Sendeeinheit und die optische In a further development, the optical transmitting unit and the optical
Empfangseinheit beabstandet parallel zueinander auf dem Drehteller Receiving unit spaced parallel to each other on the turntable
angeordnet. In einer weiteren Ausgestaltung ist die optische Sendeeinheit auf der optischen Empfangseinheit angeordnet. Mit anderen Worten die optische Sendeeinheit ist über der optischen Empfangseinheit angeordnet. arranged. In a further embodiment, the optical transmitting unit is arranged on the optical receiving unit. In other words, the optical transmitting unit is arranged above the optical receiving unit.
In einer Weiterbildung ist ein Motor vorgesehen, der den Drehteller um die erste Achse dreht. Hierbei handelt es sich insbesondere um einen Schrittmotor. In a further development, a motor is provided which rotates the turntable about the first axis. This is in particular a stepper motor.
Vorteilhaft ist hierbei, dass das optische Scansystem während eines It is advantageous here that the optical scanning system during a
Scanvorgangs bzw. Scanumlaufs sukzessiv bewegt werden kann. Scan process or scan circulation can be successively moved.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Reflektoreinheit Prismen, In a further embodiment, the reflector unit prisms,
Doppelspiegel oder Corner Cubes auf.  Double Mirror or Corner Cubes on.
In einer Weiterbildung umfasst die Reflektoreinheit ein teilreflektives Material, das eine Intensität der Laserlinien nach dem Auftreffen auf das teilreflektive Material verringert. In a further development, the reflector unit comprises a partially reflecting material which reduces an intensity of the laser lines after striking the partially reflecting material.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die optische Empfangseinheit ein In a further embodiment, the optical receiving unit
Dämpfungsglied auf, das während der Dunkelphase des optischen Scansystems eingeschaltet ist. Attenuator, which is turned on during the dark phase of the optical scanning system.
In einer Weiterbildung umfasst das Dämpfungsglied einen Graufilter. In a development, the attenuator comprises a gray filter.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung eines optischen Scansystems während einer Dunkelphase des optischen Scansystems, wobei das optische Scansystem ein Gehäuse umfasst, das einen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich aufweist, wobei der vordere Bereich ein Sende-/ The inventive method for calibrating an optical scanning system during a dark phase of the optical scanning system, wherein the optical scanning system comprises a housing having a front portion and a rear portion, wherein the front portion of a transmission /
Empfangsfenster für Laserlinien aufweist und der hintere Bereich für Laserlinien undurchlässig ist, wobei das optische Scansystem einen Drehteller aufweist, der um eine erste Achse drehbar gelagert ist, wobei die erste Achse senkrecht zum Drehteller angeordnet ist und auf dem Drehteller eine optische Sendeeinheit und eine optische Empfangseinheit angeordnet sind, umfasst das Aussenden von Laserlinien mittels der optischen Sendeeinheit, wobei die optische Sendeeinheit die Laserlinien während der Dunkelphase in den hinteren Bereich des Gehäuses aussendet, und das Ablenken der Laserlinien mit Hilfe einer Reflektoreinheit, die im hinteren Bereich des Gehäuses angeordnet ist. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Empfangen der von der Reflektoreinheit abgelenkten Laserlinien mittels der optischen Empfangseinheit, das Bestimmen einer Lage der Receiving window for laser lines and the rear area is opaque to laser lines, wherein the optical scanning system has a turntable which is rotatably mounted about a first axis, wherein the first axis is arranged perpendicular to the turntable and on the turntable, an optical transmitting unit and an optical receiving unit arranged, comprises the transmission of laser lines by means of the optical transmitting unit, wherein the optical transmitting unit emits the laser lines during the dark phase in the rear portion of the housing, and the deflection of the laser lines by means of a reflector unit, the is arranged in the rear region of the housing. The method further comprises receiving the laser lines deflected by the reflector unit by means of the optical receiving unit, determining a position of the
Laserlinien und das Kalibrieren einer Detektoreinheit der optischen Laser lines and calibration of a detector unit of the optical
Empfangseinheit in Abhängigkeit der Lage der Laserlinien. Receiving unit depending on the position of the laser lines.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist ein erfindungsgemäßes optisches Scansystem auf, wobei das optische Scansystem im Bereich einer Stoßstange des Fahrzeugs angeordnet ist. The vehicle according to the invention has an optical scanning system according to the invention, wherein the optical scanning system is arranged in the region of a bumper of the vehicle.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Further advantages will become apparent from the following description of
Ausführungsbeispielen bzw. den abhängigen Patentansprüchen. Embodiments and the dependent claims.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter The present invention will be described below with reference to preferred
Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Embodiments and attached drawings explained. Show it:
Figur la ein optisches Scansystem während einer Sende-/Empfangs- phase, FIG. 1a shows an optical scanning system during a transmission / reception phase,
Figur lb das optische Scansystem während einer Dunkelphase, FIG. 1b shows the optical scanning system during a dark phase,
Figur 2a ein weiteres optisches Scansystem während der Figure 2a shows another optical scanning system during the
Sende-/Empfangsphase,  Transmission / reception phase,
Figur 2b das weitere optische Scansystem während der Dunkelphase, und FIG. 2b shows the further optical scanning system during the dark phase, and FIG
Figur 3 ein Verfahren zur Kalibrierung des optischen Scansystems. FIG. 3 shows a method for calibrating the optical scanning system.
Figur la zeigt ein optisches Scansystem 100 während einer Sende-/ FIG. 1 a shows an optical scanning system 100 during a transmission /
Empfangsphase des optischen Scansystems 100. Das optische Scansystem 100 umfasst ein Gehäuse 101, einen Drehteller 102, der innerhalb des Gehäuses 101 angeordnet ist, eine Sendeeinheit 103, eine Empfangseinheit 104 und eine Reflektoreinheit 105. Reception phase of the optical scanning system 100. The optical scanning system 100 comprises a housing 101, a turntable 102, which within the housing 101 is arranged, a transmitting unit 103, a receiving unit 104 and a reflector unit 105th
Das Gehäuse 101 weist einen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich auf. Das Gehäuse 101 umfasst einen hohlen Halbzylinder und einen hohlen Quader, wobei der hohle Halbzylinder und der hohle Quader unmittelbar miteinander verbunden sind. Eine Höhe des hohlen Quaders entspricht einer Höhe des hohlen Halbzylinders. Der Durchmesser des hohlen Halbzylinders entspricht einer Kantenlänge einer Kante des hohlen Quaders, die unmittelbar mit dem hohlen Halbzylinder verbunden ist. Der hohle Halbzylinder ist im vorderen Bereich des Gehäuses 101 angeordnet. Ein Sende-/Empfangsfenster des optischen Scansystems 100 umfasst mindestens den hohlen Halbzylinder. Mit anderen Worten das Sende-/Empfangsfenster kann auch Bereiche des hohlen Quaders umfassen. Das Sende-/Empfangsfenster ist für optische Strahlen, z. B. Laserstrahlen oder Laserlinien, durchlässig bzw. transparent. The housing 101 has a front portion and a rear portion. The housing 101 comprises a hollow half cylinder and a hollow cuboid, wherein the hollow half cylinder and the hollow cuboid are directly connected to each other. A height of the hollow cuboid corresponds to a height of the hollow half-cylinder. The diameter of the hollow half-cylinder corresponds to an edge length of an edge of the hollow cuboid, which is directly connected to the hollow half-cylinder. The hollow half-cylinder is arranged in the front region of the housing 101. A transmission / reception window of the optical scanning system 100 includes at least the hollow half-cylinder. In other words, the transmission / reception window may also include areas of the hollow cuboid. The transmit / receive window is for optical beams, e.g. As laser beams or laser lines, permeable or transparent.
Der Drehteller 102 ist innerhalb des Gehäuses 101 angeordnet. Der Drehteller 102 ist drehbar um eine erste Achse 107 gelagert. Die erste Achse 107 ist dabei senkrecht zu einer Oberfläche des Drehtellers 102 angeordnet und fungiert als Rotationsachse des Drehtellers 102. Die erste Achse 107 kann den Mittelpunkt des Drehtellers 102 durchlaufen. Der Drehteller 102 ist dazu eingerichtet, während des Betriebs des optischen Scansystems 100, d. h. bei einem The turntable 102 is disposed within the housing 101. The turntable 102 is rotatably supported about a first axis 107. The first axis 107 is arranged perpendicular to a surface of the turntable 102 and acts as a rotation axis of the turntable 102. The first axis 107 can pass through the center of the turntable 102. The turntable 102 is configured to operate during operation of the optical scanning system 100, i. H. at a
Scanvorgang um die erste Achse 107 zu rotieren. Der Drehteller 102 wird dabei beispielsweise von einem Motor angetrieben. Die optische Sendeeinheit 103 ist parallel zur optischen Empfangseinheit 104 auf dem Drehteller 102 in einem vorgegebenen Abstand angeordnet. Eine Sendeseite der Sendeeinheit 103, die eingerichtet ist, optische Strahlen auszusenden zeigt in eine gleiche Richtung wie eine Empfangsseite der Empfangseinheit, die dazu eingerichtet ist, optische Strahlen zu empfangen. Mit anderen Worten die optischen Achsen der optischen Sendeeinheit 103 und der optischen Empfangseinheit 104 verlaufen in einem vorgegebenen Abstand parallel zueinander. Scan around the first axis 107 to rotate. The turntable 102 is driven by a motor, for example. The optical transmitting unit 103 is arranged parallel to the optical receiving unit 104 on the turntable 102 at a predetermined distance. A transmitting side of the transmitting unit 103 configured to emit optical beams points in a same direction as a receiving side of the receiving unit configured to receive optical beams. In other words, the optical axes of the optical transmitting unit 103 and the optical receiving unit 104 are parallel to each other at a predetermined interval.
Anstelle des Drehtellers 102 kann auch ein Rotor oder eine Kreisscheibe vorgesehen sein. Die optische Sendeeinheit 103 umfasst eine Lichtquelle, die optische Strahlen aussendet. Die Lichtquelle ist beispielsweise ein Laser. Die optische Instead of the turntable 102 may also be provided a rotor or a circular disk. The optical transmission unit 103 includes a light source that emits optical beams. The light source is for example a laser. The optical
Sendeeinheit 103 ist dazu eingerichtet Laserlinien auszusenden. Die Laserlinien können in vertikaler Richtung ausgesendet werden, d. h. senkrecht zu einer Oberfläche des Drehtellers 102 oder in horizontaler Richtung ausgesendet werden, d. h. parallel zur Oberfläche des Drehtellers 102. Transmitter unit 103 is configured to emit laser lines. The laser lines can be emitted in the vertical direction, i. H. are transmitted perpendicular to a surface of the turntable 102 or in the horizontal direction, d. H. parallel to the surface of the turntable 102.
Die optische Empfangseinheit 104 umfasst eine nicht gezeigte Detektoreinheit, die eine SPAD-Technologie aufweist. Die Detektoreinheit umfasst dabei ein zweidimensionales Array von SPAD-Dioden. Optional umfasst die The optical receiving unit 104 includes a not-shown detector unit having a SPAD technology. The detector unit comprises a two-dimensional array of SPAD diodes. Optionally, the includes
Empfangseinheit 104 ein Dämpfungsglied, das während der Dunkelphase des optischen Scansystems 100 eingeschaltet ist. Das Dämpfungsglied kann beispielsweise als Graufilter ausgestaltet sein. Receive unit 104, an attenuator, which is turned on during the dark phase of the optical scanning system 100. The attenuator may be configured, for example, as a gray filter.
Die Reflektoreinheit 105 fungiert als Ablenk- bzw. Umlenkeinheit von Laserlinien, die während einer Dunkelphase des optischen Scansystems 100 von der optischen Sendeeinheit 103 ausgesendet werden. Diese abgelenkten Laserlinien werden direkt in bzw. zur optischen Empfangseinheit 104 geleitet. Die The reflector unit 105 functions as a deflection or deflection unit of laser lines which are emitted by the optical transmission unit 103 during a dark phase of the optical scanning system 100. These deflected laser lines are passed directly into or to the optical receiving unit 104. The
Reflektoreinheit 105 kann beispielsweise als Prisma, Doppelspiegel oder Corner Cubes ausgestaltet sein. Die Reflektoreinheit 105 kann ein teilreflektives Material umfassen, das die Intensität der Laserlinien nach dem Auftreffen auf das teilreflektive Material verringert. Reflector unit 105 may be configured, for example, as a prism, double mirror or corner cubes. The reflector unit 105 may comprise a semi-reflective material that reduces the intensity of the laser lines after impacting the partially reflective material.
Das optische Scansystem 100 ist beispielsweise ein biaxialer rotierender 3D- Laserscanner. Solche biaxialen rotierenden 3D-Laserscanner sind auch als Makroscanner bekannt. The optical scanning system 100 is, for example, a biaxial rotating 3D laser scanner. Such biaxial rotating 3D laser scanners are also known as macroscanners.
Figur lb zeigt das optische Scansystem 100 während der Dunkelphase des optischen Scansystems 100. Dabei ist der Strahlengang der von der FIG. 1b shows the optical scanning system 100 during the dark phase of the optical scanning system 100. The beam path is that of the
Sendeeinheit 103 ausgesendeten Laserlinien 108 und von der Reflektoreinheit 105 abgelenkten Laserlinien 109 während der Dunkelphase gezeigt. Die Transmitting unit 103 emitted laser lines 108 and deflected by the reflector unit 105 laser lines 109 during the dark phase shown. The
Bezugszeichen der Figur lb, die mit den Bezugszeichen aus Figur la identisch sind, bezeichnen dieselben Komponenten wie in Figur la. Reference numerals of Figure lb, which are identical to the reference numerals of Figure la, denote the same components as in Figure la.
Figur 2a zeigt ein weiteres optisches Scansystem 200 während der Sende-/ Empfangsphase des optischen Scansystems 200. Das optische Scansystem 200 umfasst im Wesentlichen die Anordnung aus den Figuren la und lb. Identische hintere Stellen der Bezugszeichen aus Figur 2a entsprechen den Komponenten aus den Figuren la und lb mit denselben hinteren Stellen der Bezugszeichen. Der Unterschied zu den Figuren la und lb besteht darin, dass in der Figur 2a die optische Sendeeinheit 203 auf der optischen Empfangseinheit 204 angeordnet ist, d. h. die optische Sendeeinheit 203 und die optische Empfangseinheit 204 sind übereinander angeordnet. Des Weiteren ist in der Figur 2a ein Motor 206 gezeigt, der den Drehteller 202 auf dem die optische Sendeeinheit 203 und die optische Empfangseinheit 204 angeordnet sind, antreibt. Der hier gezeigte Motor 206 kann auch in der Vorrichtung der Figuren la und lb zum Einsatz kommen. FIG. 2a shows another optical scanning system 200 during the transmission / Reception phase of the optical scanning system 200. The optical scanning system 200 essentially comprises the arrangement of the figures la and lb. Identical rear positions of the reference numerals of Figure 2a correspond to the components of Figures la and lb with the same rear positions of the reference numerals. The difference from FIGS. 1 a and 1 b is that in FIG. 2 a the optical transmitting unit 203 is arranged on the optical receiving unit 204, ie the optical transmitting unit 203 and the optical receiving unit 204 are arranged one above the other. Furthermore, a motor 206 is shown in FIG. 2a, which drives the turntable 202 on which the optical transmission unit 203 and the optical reception unit 204 are arranged. The motor 206 shown here can also be used in the device of FIGS. 1 a and 1 b.
Figur 2b zeigt das optische Scansystem 200 während der Dunkelphase des optischen Scansystems 200. Die Bezugszeichen der Figur 2b, die mit den Bezugszeichen aus Figur 2a identisch sind, bezeichnen dieselben Komponenten wie in Figur 2a. Auch hier ist der Strahlengang der von der Sendeeinheit 203 ausgesendeten Laserlinien 208 und von der Reflektoreinheit 205 abgelenkten Laserlinien 209 während der Dunkelphase gezeigt. Figure 2b shows the optical scanning system 200 during the dark phase of the optical scanning system 200. The reference numerals of Figure 2b, which are identical to the reference numerals of Figure 2a, denote the same components as in Figure 2a. Here, too, the beam path of the laser lines 208 emitted by the transmission unit 203 and laser lines 209 deflected by the reflector unit 205 are shown during the dark phase.
Das optische Scansystem 100 und 200 ist beispielsweise ein Lidarsystem. Es findet beispielsweise in Fahrzeugen oder Robotern Anwendung. The optical scanning system 100 and 200 is, for example, a lidar system. It is used, for example, in vehicles or robots.
Figur 3 zeigt das Verfahren 300 zur Kalibrierung des optischen Scansystems.FIG. 3 shows the method 300 for calibrating the optical scanning system.
Das Verfahren 300 startet mit dem Schritt 310, in dem von der optischen The method 300 starts with the step 310, in which of the optical
Sendeeinheit Laserlinien ausgesendet werden, die während der Dunkelphase in den hinteren Bereich des Gehäuses ausgesendet werden. Mit anderen Worten das optische Scansystem strahlt auf den hinteren bzw. rückwärtigen Bereich des Gehäuses ab, der für optische Strahlen undurchlässig ist. In einem folgenden Schritt 320 werden die Laserlinien mit Hilfe der Reflektoreinheit, die im hinteren Bereich des Gehäuses angeordnet ist, abgelenkt. Das bedeutet die Transmitting laser lines are emitted, which are emitted during the dark phase in the rear of the housing. In other words, the optical scanning system radiates to the rear or rear portion of the housing, which is opaque to optical radiation. In a following step 320, the laser lines are deflected by means of the reflector unit, which is arranged in the rear region of the housing. That means that
Reflektoreinheit lenkt die Laserlinien derart ab, dass Laserlinien unmittelbar, d. h. ohne mit Objekten aus der Umgebung außerhalb des Gehäuses zu interagieren, von der optischen Empfangseinheit 104 empfangen bzw. erfasst werden. In einem folgenden Schritt 330 werden die von der Reflektoreinheit abgelenkten bzw. umgelenkten Laserlinien von der Empfangseinheit empfangen. In einem folgenden Schritt 340 wird eine Lage der Laserlinien bestimmt und in einem folgenden Schritt 350 wird eine Detektoreinheit der optischen Empfangseinheit in Abhängigkeit der Lage der Laserlinien kalibriert. Alternativ zu Schritt 350 oder zusätzlich kann in einem Schritt 360 die Laserleistung in Abhängigkeit der abgelenkten Laserlinie ermittelt werden. Optional kann in separaten Schritten, die auf den Schritt 340 folgen, eine Augensicherheit in Abhängigkeit der abgelenkten Laserlinie ermittelt, einzelne Laserdioden in Abhängigkeit der abgelenkten Laserlinie oder die funktionale Sicherheit des optischen Scansystems überwacht werden. Reflector unit deflects the laser lines such that laser lines directly, ie, without interacting with objects from the environment outside the housing, are received or detected by the optical receiving unit 104. In a following step 330, the laser lines deflected or deflected by the reflector unit are received by the receiving unit. In one Following step 340, a position of the laser lines is determined and in a following step 350, a detector unit of the optical receiving unit is calibrated in dependence on the position of the laser lines. As an alternative to step 350 or additionally, in a step 360 the laser power can be determined as a function of the deflected laser line. Optionally, in separate steps following step 340, eye safety versus deflected laser line may be determined, individual laser diodes may be monitored as a function of the deflected laser line, or the functional safety of the optical scanning system.

Claims

Ansprüche claims
1. Optisches Scansystem (100) mit 1. Optical scanning system (100) with
• einem Gehäuse (101), das einen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich aufweist, wobei der vordere Bereich ein Sende-/Empfangsfenster für  A housing (101) having a front area and a rear area, the front area having a transmission / reception window for
Laserlinien aufweist und der hintere Bereich für Laserlinien undurchlässig ist, und  Laser lines and the rear area is opaque to laser lines, and
• einem Drehteller (102), wobei der Drehteller (102) um eine erste Achse (107) drehbar gelagert ist, wobei die erste Achse (107) senkrecht zum Drehteller • a turntable (102), wherein the turntable (102) about a first axis (107) is rotatably mounted, wherein the first axis (107) perpendicular to the turntable
(102) angeordnet ist und auf dem Drehteller (102) eine optische Sendeeinheit(102) is arranged and on the turntable (102) an optical transmitting unit
(103) und eine optische Empfangseinheit (104) angeordnet sind, wobei die optische Sendeeinheit (103) dazu eingerichtet ist, eine Laserlinie auszusenden, dadurch gekennzeichnet, dass (103) and an optical receiving unit (104) are arranged, wherein the optical transmitting unit (103) is adapted to emit a laser line, characterized in that
• eine Reflektoreinheit (105) im hinteren Bereich des Gehäuses (101)  A reflector unit (105) in the rear area of the housing (101)
angeordnet ist, die die Laserlinie zur optischen Empfangseinheit (104) umlenkt, sodass eine Detektoreinheit der optischen Empfangseinheit (104) während einer Dunkelphase des optischen Scansystems (100) kalibriert wird.  is arranged, which deflects the laser line to the optical receiving unit (104), so that a detector unit of the optical receiving unit (104) during a dark phase of the optical scanning system (100) is calibrated.
2. Optisches Scansystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sendeeinheit (103) und die optische Empfangseinheit (104) beabstandet parallel nebeneinander auf dem Drehteller (102) angeordnet sind. 2. An optical scanning system (100) according to claim 1, characterized in that the optical transmitting unit (103) and the optical receiving unit (104) spaced parallel next to each other on the turntable (102) are arranged.
3. Optisches Scansystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sendeeinheit (103) auf der optischen Empfangseinheit (104) angeordnet ist. 3. Optical scanning system (100) according to claim 1, characterized in that the optical transmitting unit (103) is arranged on the optical receiving unit (104).
4. Optisches Scansystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor (206) vorgesehen ist, insbesondere ein Schrittmotor, der den Drehteller (102) um die erste Achse (107) dreht. 4. Optical scanning system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that a motor (206) is provided, in particular a stepping motor which rotates the turntable (102) about the first axis (107).
5. Optisches Scansystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoreinheit (105) Prismen, Doppelspiegel oder Corner Cubes aufweist. 5. Optical scanning system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflector unit (105) has prisms, double mirrors or corner cubes.
6. Optisches Scansystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoreinheit (105) ein teilreflektives Material umfasst, sodass eine Intensität der Laserlinie nach dem Auftreffen auf das teilreflektive Material verringert wird. 6. An optical scanning system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the reflector unit (105) comprises a partially reflective material, so that an intensity of the laser line is reduced after hitting the partially reflecting material.
7. Optisches Scansystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Empfangseinheit (104) ein Dämpfungsglied aufweist, das in der Dunkelphase des optischen Scansystems (100) eingeschaltet ist. 7. An optical scanning system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical receiving unit (104) comprises an attenuator which is turned on in the dark phase of the optical scanning system (100).
8. Optisches Scansystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsglied einen Graufilter umfasst. 8. An optical scanning system (100) according to claim 7, characterized in that the attenuator comprises a gray filter.
9. Verfahren (300) zur Kalibrierung eines optischen Scansystems während einer Dunkelphase des optischen Scansystems, wobei das optische Scansystem ein 9. A method (300) for calibrating an optical scanning system during a dark phase of the optical scanning system, wherein the optical scanning system a
Gehäuse umfasst, das einen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich aufweist, wobei der vordere Bereich ein Sende-/Empfangsfenster für Laserlinien aufweist und der hintere Bereich für Laserlinien undurchlässig ist, wobei das optische Scansystem einen Drehteller aufweist, der um eine erste Achse drehbar gelagert ist, wobei die erste Achse senkrecht zum Drehteller angeordnet ist und auf dem Drehteller eine optische Sendeeinheit und eine optische Empfangseinheit angeordnet sind, mit den Schritten:Housing having a front portion and a rear portion, wherein the front portion has a laser line transmission / reception window and the rear area is opaque to laser lines, wherein the optical scanning system comprises a turntable which is rotatably mounted about a first axis wherein the first axis is arranged perpendicular to the turntable and on the turntable, an optical transmitting unit and an optical receiving unit are arranged, comprising the steps:
• Aussenden (310) einer Laserlinie mittels der optischen Sendeeinheit, wobei die optische Sendeeinheit die Laserlinie während der Dunkelphase in den hinteren Bereich des Gehäuses aussendet, Emitting (310) a laser line by means of the optical transmitter unit, wherein the optical transmitter unit emits the laser line during the dark phase in the rear area of the housing,
• Ablenken (320) der Laserlinie mit Hilfe einer Reflektoreinheit, die im  Deflecting (320) the laser line by means of a reflector unit, which in
hinteren Bereich des Gehäuses angeordnet ist,  rear area of the housing is arranged
• Empfangen (330) der von der Reflektoreinheit abgelenkten Laserlinie  • receiving (330) the laser line deflected by the reflector unit
mittels der optischen Empfangseinheit und  by means of the optical receiving unit and
• Bestimmen (340) einer Lage der Laserlinie, und  Determining (340) a location of the laser line, and
• Kalibrieren (350) einer Detektoreinheit der optischen Empfangseinheit in Abhängigkeit der Lage der Laserlinie. Calibrating (350) a detector unit of the optical receiving unit as a function of the position of the laser line.
10. Fahrzeug mit einem optischen Scansystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das optische Scansystem im Bereich einer Stoßstange des Fahrzeugs angeordnet ist. 10. A vehicle with an optical scanning system according to one of claims 1 to 8, wherein the optical scanning system is arranged in the region of a bumper of the vehicle.
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