DE102016221292A1

DE102016221292A1 - Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes

Info

Publication number: DE102016221292A1
Application number: DE102016221292.3A
Authority: DE
Inventors: Nico Heussner; Annemarie Holleczek; Stefan Spiessberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-03
Also published as: CN108008371A; CN108008371B; US20180120421A1

Abstract

Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes innerhalb eines Abtastraums und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Lidar-Sensors. Der Lidar-Sensor weist wenigstens eine Sendeeinheit auf. Die Sendeeinheit weist mindestens eine Quelle zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung, und mindestens eine Ablenkeinheit zur Ablenkung der von der Quelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung entlang einer Ablenkrichtung in den Abtastraum auf. Hierbei weist die Sendeeinheit weiterhin mindestens ein Sendefilterelement zur Filterung der von der Ablenkeinheit abgelenkten elektromagnetischen Strahlung auf, auf das die elektromagnetische Strahlung entlang einer Sendefiltereingangsrichtung trifft. Das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements ist abhängig von der Sendefiltereingangsrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Lidar-Sensors zur Erfassung eines Objektes gemäß dem Oberbegriff der unabhängig formulierten Ansprüche.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Sensoreinrichtungen bekannt, die es ermöglichen, Objekte innerhalb eines Abtastraumes in der Umgebung, beispielsweise eines Fahrzeuges, zu erfassen. Hierzu gehören zum Beispiel Lidar-Sensoren (LIDAR, Light Detection And Ranging). Von einer Quelle wird elektromagnetische Strahlung ausgesandt. Anschließend wird die an einem Objekt in der Umgebung reflektierte bzw. gestreute elektromagnetische Strahlung von einer Empfangseinheit empfangen. Allerdings wird nicht nur reflektiertes Nutzsignal, sondern auch Rauschen aus der Hintergrundstrahlung empfangen und gemessen. Zur Blockierung der Hintergrundstrahlung (zum Beispiel Sonnenstrahlung) kommen optische Bandpassfilter (Interferenzfilter) zum Einsatz. Diese erlauben die Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Je schmaler der Bandpass des Filters, umso weniger Hintergrundstrahlung wird von einem Detektor der Empfangseinheit empfangen und umso besser ist die Signalqualität. Aus der US5241315 ist ein augensicheres, kompaktes Festkörper-Lidar-System zur Profilmessung atmosphärischer Wolken-und Aerosolstreuung bekannt. Bei diesem System wird das durch Tageslicht verursachte Photonenrauschen des Empfängers mittels eines schmalen Sichtfeldes des Empfängers und eines Temperatur-gesteuerten Bandpassfilters mit schmaler Bandbreite gesteuert.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes innerhalb eines Abtastraumes mit wenigstens einer Sendeeinheit. Die Sendeeinheit weist mindestens eine Quelle zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung auf. Die Sendeeinheit weist weiterhin mindestens eine Ablenkeinheit zur Ablenkung der von der Quelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung entlang einer Ablenkrichtung in den Abtastraum auf.
Erfindungsgemäß weist die Sendeeinheit weiterhin mindestens ein Sendefilterelement zur Filterung der von der Ablenkeinheit abgelenkten elektromagnetischen Strahlung auf. Die elektromagnetische Strahlung trifft entlang einer Sendefiltereingangsrichtung auf das Sendefilterelement. Ein Transmissionsverhalten des Sendefilterelements ist von der Sendefiltereingangsrichtung abhängig.
Die Quelle zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung kann als Laser ausgebildet sein. Der Laser kann beispielsweise ein Halbleiterlaser, auch Diodenlaser genannt, sein. Die elektromagnetische Strahlung eines Diodenlasers kann mit Laserdioden erzeugt werden. Er kann beispielsweise als Einzelemitter, Laserbarren, oder Laserstapel ausgebildet sein. Halbleiterlaser können spektrale Breiten im sub-Nanometerbereich bis hin zu mehreren 10 nm aufweisen. Die elektromagnetische Strahlung kann als punktförmiger Strahl ausgesendet werden. Die elektromagnetische Strahlung kann als linienförmiger Strahl ausgesendet werden. Weitere Ausgestaltungen geometrischer Formen des Strahls sind denkbar.
Die Sendeeinheit kann eine optische Achse aufweisen. Die Ablenkrichtung kann im Wesentlichen identisch zum Lot der Oberfläche des Sendefilterelements sein. Die elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall entlang des Lots der Oberfläche des Sendefilterelements in den Abtastraum abgelenkt werden. Die Ablenkeinheit kann die elektromagnetische Strahlung auch entllang einer Ablenkrichtung ablenken, die sich vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements unterscheidet. Die elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall um einen Winkel vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements abgelenkt werden.
Die Sendefiltereingangsrichtung kann im Wesentlichen identisch zum Lot der Oberfläche des Sendefilterelements sein. Die elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall entlang des Lots der Oberfläche des Sendefilterelements auf das Sendefilterelement treffen. Die Sendefiltereingangsrichtung kann sich auch vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements unterscheiden. Die elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall abgelenkt um einem Winkel zum Lot der Oberfläche des Sendefilterelements auf das Sendefilterelement treffen.
Unter einem Sendefilterelement im Sinne der Erfindung kann ein optischer Filter verstanden werden. Ein optischer Filter kann die einfallende elektromagnetische Strahlung nach verschiedenen Kriterien filtern. Ein Kriterium kann beispielsweise die Wellenlänge sein. Ein optischer Filter kann beispielsweise als Interferenzfilter ausgebildet sein.
Das Sendefilterelement kann in einem Winkel von 90° zur optischen Achse, sprich senkrecht zur optischen Achse, der Sendeeinheit angeordnet sein. Das Sendefilterelement kann in einem sich von 90° unterscheidenden Winkel zur optischen Achse der Sendeeinheit angeordnet sein. In letzterem Fall kann das Sendefilterelement derart verkippt angeordnet sein, dass störende Rückreflexe in die Quelle vermieden werden können. Die Sendeeinheit kann auch einen optischen Isolator zwischen der Quelle und der Ablenkeinheit aufweisen, um störende Rückreflexe in die Quelle zu vermeiden.
Unter dem Transmissionsverhalten des Sendefilterelements im Sinne der Erfindung kann verstanden werden, in welcher Art das Sendefilterelement für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Ein Filterelement kann durch verschiedene Kenngrößen spezifiziert werden. So kann ein Filterelement ein definiertes Passband, auch Bandpassbereich oder Passbereich genannt, aufweisen. Dies ist derjenige Wellenlängenbereich eines Filterelements, innerhalb dem das Filterelement die in elektromagnetischer Strahlung enthaltenen Wellenlängen passieren lässt. An den Passbereich schließen sich beidseitig Sperrbereiche an. Ein Filterelement kann auch mehrere Passbereiche aufweisen. Weiterhin kann ein Filterelement eine Zentralwellenlänge eines jeden Passbereichs aufweisen. Die Zentralwellenlänge kann sich mit steigender Temperatur zu längeren Wellenlängen verschieben. Weiterhin kann ein Filterelement eine Halbwertsbreite des Passbereichs aufweisen. Dies ist die spektrale Breite, bei der das Signal auf 50 % des Maximalwerts abgefallen ist. Die eben genannten Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche können alternativ auch als Frequenzen und/oder Frequenzbereiche angegeben werden. Die entsprechende Frequenz lässt sich ermitteln, indem die Lichtgeschwindigkeit c durch die jeweilige Wellenlänge geteilt wird.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass elektromagnetische Strahlung mittels der Ablenkeinheit entlang einer vorgegebenen Richtung abgelenkt werden und mit einer vorgegebenen Wellenlänge von der Sendeeinheit ausgesendet werden kann. Jeder vorgegebenen Richtung, ist eine Wellenlänge zuordenbar. Die Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung kann durchgestimmt werden. Die Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung kann eingestellt werden. Ein derartiger Lidar-Sensor lässt sich einfach und kostengünstig realisieren. Es können herstellungsbedingte Schwankungen der Zentralwellenlänge der Quelle, welche zum Beispiel bei üblicherweise verwendeten Laserdioden bis zu 10 nm betragen können, durch die Einstellbarkeit der Wellenlänge ausgeglichen werden. Darüber hinaus wird die Wahrscheinlichkeit einer gegenseitigen Blendung mehrerer Sensoren deutlich reduziert, da nicht nur die momentane Richtung, entlang der die elektromagnetische Strahlung von der Sendeeinheit in den Abtastraum ausgesendet wird, sondern auch gleichzeitig die Wellenlänge sequenziell verändert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ablenkrichtung der Sendefiltereingangsrichtung entspricht. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen genau unter einer vorgegebenen Sendefiltereingangsrichtung auf das Sendefilterelement trifft. Die Ablenkrichtung kann derart eingestellt werden, dass das Durchstimmen der Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung in vorgegebener Weise erfolgen kann. Die elektromagnetische Strahlung kann jeweils mit einer vorgegebenen Wellenlänge entlang einer vorgegebenen Richtung von der Sendeeinheit ausgesendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements derart von der Sendefiltereingangsrichtung abhängig ist, dass sich ein Sendefilterpassbereich des Sendefilterelements abhängig von der Sendefiltereingangsrichtung verändert. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Wellenlänge der von der Sendeeinheit ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung durchgestimmt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ablenkeinheit derart ausrichtbar ist, dass die von der Quelle ausgesandte elektromagnetische Strahlung entlang der Sendefiltereingangsrichtung auf das Sendefilterelement trifft. Die gefilterte elektromagnetische Strahlung wird unter einem Sendewellenlängenbereich entlang einer Sendefilterausgangsrichtung in den Abtastraum ausgesendet. Der Sendewellenlängenbereich hängt hierbei vom Sendefilterpassbereich ab. Die Sendefilterausgangsrichtung kann im Wesentlichen identisch zum Lot der Oberfläche des Sendefilterelements sein. Die gefilterte elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall entlang des Lots der Oberfläche des Sendefilterelements in den Abtastraum ausgesendet werden. Die Sendefilterausgangsrichtung kann sich auch vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements unterscheiden. Die gefilterte elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall abgelenkt um einen Winkel vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements ausgesendet werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die elektromagnetische Strahlung jeweils mit einer vorgegebenen Wellenlänge entlang einer vorgegebenen Sendefilterausgangsrichtung von der Sendeeinheit ausgesendet werden kann. Auch wenn der Lidar-Sensor weitere optische Elemente in der Sendeeinheit aufweist, kann die Durchstimmbarkeit in vorgegebener Weise realisiert werden. Ein weiteres optisches Element kann beispielsweise ein Strahlumlenkelement sein. Ein Strahlumlenkelement kann beispielsweise ein optischer Spiegel sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lidar-Sensor ferner wenigstens eine Empfangseinheit zum Empfangen von im Abtastraum rückgestreuter und/oder reflektierter elektromagnetischer Strahlung aufweist. Die Empfangseinheit weist dabei mindestens ein Empfangsfilterelement zur Filterung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf. Die empfangene elektromagnetische Strahlung trifft entlang einer Empfangsfiltereingangsrichtung auf das Empfangsfilterelement. Ein Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements ist von der Empfangsfiltereingangsrichtung abhängig. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass anhand der entlang verschiedener Empfangsfiltereingangsrichtungen empfangenen elektromagnetischen Strahlung die Position und die Entfernung von Objekten im Umfeld bestimmt werden kann. Störende Hintergrundstrahlung kann blockiert werden. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis kann verbessert werden.
Unter einem Empfangsfilterelement im Sinne der Erfindung kann ein optischer Filter verstanden werden.
Die Empfangseinheit kann eine optische Achse aufweisen. Die Empfangsfiltereingangsrichtung kann im Wesentlichen identisch zum Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements sein. Die elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall entlang des Lots der Oberfläche des Empfangsfilterelements auf das Empfangsfilterelement treffen. Die Empfangsfiltereingangsrichtung kann sich auch vom Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements unterscheiden. Die elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall abgelenkt um einem Winkel zum Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements auf das Empfangsfilterelement treffen.
Unter dem Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements im Sinne der Erfindung kann verstanden werden, in welcher Art das Empfangsfilterelement für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Ein Filterelement kann, wie bereits beschrieben, durch verschiedene Kenngrößen spezifiziert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements derart von der Empfangsfiltereingangsrichtung abhängig ist, dass sich ein Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements abhängig von der Empfangsfiltereingangsrichtung verändert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Sendefilterpassbereich des Sendefilterelements und mindestens ein Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements einen gemeinsamen Wellenlängenbereich abdecken. Das Sendefilterelement und das Empfangsfilterelement können ähnliche oder identische Kenngrößen aufweisen. Beispielsweise können eine Zentralwellenlänge des Sendefilterelements und eine Zentralwellenlänge des Empfangsfilterelements im Wesentlichen identisch sein. Der Wellenlängenbereich des Sendefilterelements und der Wellenlängenbereich des Empfangsfilterelements können überlappen. Beispielsweise können eine Halbwertsbreite des Sendefilterelements und eine Halbwertsbreite des Empfangsfilterelements im Wesentlichen identisch sein.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass das Aussenden elektromagnetischer Strahlung mit einer vorgegebenen Wellenlänge entlang einer vorgegebenen Richtung, wie beispielsweise der Sendefilterausgangsrichtung, in vorgegebener Weise erfolgen kann. In vorgegebener Weise kann bedeuten, dass im Wesentlichen elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich und entlang einer Richtung, wie beispielsweise der Sendefilterausgangsrichtung, ausgesendet wird, welche nach der Reflexion und/oder Streuung an einem Objekt im Abtastraum auch den Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements passieren kann. Es kann im Wesentlichen elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich und entlang einer Richtung ausgesendet werden, welche von der Empfangseinheit empfangen werden kann. Es kann im Wesentlichen die gesamte ausgesendete elektromagnetische Strahlung für eine Messung verwendet werden.
Es ist möglich, dass eine optische Achse der Sendeeinheit des Lidar-Sensors im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse der Empfangseinheit ist. Es ist möglich, dass die optische Achse der Sendeeinheit des Lidar-Sensors im Wesentlichen der optischen Achse der Empfangseinheit entspricht.
Elektromagnetische Strahlung, die entlang der optischen Achse der Sendeeinheit in den Abtastraum ausgesendet wird, kann nach der Reflexion und/oder Streuung an einem Objekt entlang der optischen Achse der Empfangseinheit auf das Empfangsfilterelement treffen. Elektromagnetische Strahlung, die abgelenkt um einen Winkel von der Ausrichtung der optischen Achse der Sendeeinheit ausgesendet wird, kann nach der Reflexion und/oder Streuung an einem Objekt abgelenkt um einen Winkel von der Ausrichtung der optischen Achse der Empfangseinheit auf das Empfangsfilterelements treffen. Die Beträge dieser beiden Winkel können im Wesentlichen identisch sein. Dies gilt insbesondere für Objekte, die sich in größerer Entfernung vom Lidar-Sensor im Abtastraum befinden.
Der Lidar-Sensor kann koaxial aufgebaut sein. Beispielsweise für diesen Fall ist es möglich, dass ein einzelnes Filterelement sowohl die Funktion des Sendefilterelements als auch die Funktion des Empfangsfilterelements übernimmt. Dieses einzelne Filterelement ist für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich der von der Quelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung durchlässig. Dieses einzelne Filterelement filtert die aus dem Abtastraum zurückgestreute und/oder reflektierte elektromagnetische Strahlung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ablenkeinheit ein in wenigstens einer Dimension um die Ausrichtung einer optischen Achse der Sendeeinheit in den Abtastraum variabel ausrichtbarer Ablenkspiegel ist. Bevorzugt ist der Ablenkspiegel als Mikrospiegel ausgebildet. Ein variabel ausrichtbarer Ablenkspiegel kann beispielsweise variabel schwenkbar sein. Er kann auch oszillierend schwenkbar sein. Mikrospiegel sind mikromechanische Spiegel mit Durchmessern im Millimeterbereich. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass durch die kleine Baugröße der Mikrospiegel auch die Baugröße des Lidar-Sensors verringert werden kann. Auch das Fehlen von makroskopisch bewegten Elementen kann vorteilhaft sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wellenlänge der von der Quelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung einstellbar ist. Die Quelle ist in ihrer Wellenlänge durchstimmbar. Jeder Sendefiltereingangsrichtung ist eine einstellbare Wellenlänge der von der Quelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zuordenbar. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis noch stärker verbessert werden kann. Die durchstimmbare Quelle kann ein durchstimmbarer Laser sein. Es kann sein, dass die Durchstimmcharakteristik des Lasers nicht ideal ist. Weist die Durchstimmcharakteristik Seitenmoden oder Modensprünge auf, können diese mittels des Sendefilterelements herausgefiltert werden. Es kann ferner sein, dass der durchstimmbare Laser spektral zu breit ist. Mittels des Sendefilterelements können unerwünschte Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung herausgefiltert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wellenlänge der von der Quelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der vorliegenden Ablenkrichtung einstellbar ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass von der Sendeeinheit im Wesentlichen elektromagnetische Strahlung ausgesendet wird, welche von der Empfangseinheit empfangen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sendefilterelement und/oder das Empfangsfilterelement aus mehreren Schichten ausgebildet ist/sind. Hierbei weist eine der mehreren Schichten eine durchsichtige Elektrode zur thermalen Stabilisierung des Transmissionsverhaltens des Sendefilterelements und/oder des Empfangsfilterelements auf. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Halbwertsbreite des Sendefilterelements und/oder des Empfangsfilterelements noch stärker reduziert werden können. Um ein Verschieben der Zentralwellenlänge mit steigender Temperatur zu längeren Wellenlängen zu kompensieren, wird die Halbwertsbreite eines Filterelements meist etwas breiter gewählt. Durch die thermische Stabilisierung des Sendefilterelements und/oder des Empfangsfilterelements reduziert sich der thermische Betriebsbereich. Hierdurch kann es möglich sein, dass das Sendefilterelement und/oder das Empfangsfilterelement keinen Temperaturunterschied von zum Beispiel 125 K (zum Beispiel von -40 °C bis +85 °C) mehr erfahren. Vielmehr ist es möglich, dass das Sendefilterelement und/oder das Empfangsfilterelement beispielsweise nur noch eine Temperaturschwankung von beispielsweise 55 K erfahren. Das Sendefilterelement und/oder das Empfangsfilterelement können so temperiert werden, dass ihre Temperatur zum Beispiel nie unter 30°C fällt. Durch ein Anlegen eines Stroms an die durchsichtige Elektrode können das Sendefilterelement und/oder das Empfangsfilterelement temperiert werden. Die durchsichtige Elektrode kann beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO, indium tin oxide) aufweisen.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines Lidar-Sensors zur Erfassung eines Objektes innerhalb eines Abtastraumes weist der Lidar-Sensor wenigstens eine Sendeeinheit auf. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Aussendens elektromagnetischer Strahlung mittels einer Quelle. Weiterhin umfasst es einen Schritt der Ablenkung der von der Quelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels einer Ablenkeinheit entlang einer Ablenkrichtung. Weiterhin umfasst es einen Schritt der Filterung der von der Ablenkeinheit abgelenkten elektromagnetischen Strahlung mittels eines Sendefilterelements, auf das die elektromagnetische Strahlung entlang einer Sendefiltereingangsrichtung trifft. Hierbei ist ein Transmissionsverhalten des Sendefilterelements von der Sendefiltereingangsrichtung abhängig. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt des Aussendens der gefilterten elektromagnetischen Strahlung entlang einer Sendefilterausgangsrichtung in den Abtastraum.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements derart von der Sendefiltereingangsrichtung abhängig ist, dass sich ein Sendefilterpassbereich des Sendefilterelements abhängig von der Sendefiltereingangsrichtung verändert. Weiterhin ist vorgesehen dass die Ablenkeinheit derart ausgerichtet wird, dass die von der Quelle ausgesandte elektromagnetische Strahlung entlang der Sendefiltereingangsrichtung auf das Sendefilterelements trifft. Die gefilterte elektromagnetische Strahlung wird unter einem Sendewellenlängenbereich entlang einer Sendefilterausgangsrichtung in den Abtastraum ausgesendet. Der Sendewellenlängenbereich hängt vom Sendefilterpassbereich ab.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Wellenlänge der von der Quelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der vorliegenden Ablenkrichtung eingestellt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Sendefilterelement und/oder ein optional zusätzlich vorhandenes Empfangsfilterelement aus mehreren Schichten ausgebildet ist/sind. Eine der mehreren Schichten weist eine durchsichtige Elektrode auf. Die durchsichtige Elektrode wird derart temperiert, dass das Transmissionsverhalten das Sendefilterelements und/oder des Empfangsfilterelements stabil bleibt.
Zusammengefasst ergeben sich durch den erfindungsgemäßen Lidar-Sensor im Vergleich zu bisherigen Systemen Vorteile. Es kann im Wesentlichen elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich und entlang einer Richtung ausgesendet werden, welche nach der Reflexion und/oder Streuung an einem Objekt im Abtastraum auch den Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements passieren kann. Dadurch ist es möglich, dass nicht die Hüllkurve aller Transmissionscharakteristiken des Empfangsfilterelements, die durch die unterschiedlichen Einfallswinkel zustande kommen, als Halbwertsbreite eines Bandpassfilters gewählt werden muss. Die Halbwertsbreite des Empfangsfilterelements kann deutlich reduziert werden. Sie kann beispielsweise deutlich unter 30-40 nm liegen. Der Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements kann im Vergleich zu bisherigen Systemen schmalbandig sein. Es ist möglich, störende Hintergrundstrahlung noch besser zu blockieren. Bei gleichbleibender Leistung der von der Sendeeinheit ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung kann hierdurch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des Lidar-Sensors verbessert werden. Der Dynamikbereich des Detektors kann verbessert werden. Verlustleistungen und Wärementwicklungen können vermieden werden. Bei gleichbleibender Augensicherheit kann die Signalqualität verbessert werden.
Weiterhin kann elektromagnetische Strahlung von der Sendeeinheit mit einer Leistung ausgesendet werden, die von der Empfangseinheit im Wesentlichen vollständig empfangen werden kann. Diese Leistung kann derart angepasst werden, dass eine aufgrund gesetzlicher Vorschriften geforderte Augensicherheit gewährleistet werden kann.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 Aufbau und Strahlengang der Sendeeinheit eines Lidar-Sensors gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung;
2 Filtercharakteristik eines Sendefilterelements und/oder. eines Empfangsfilterelements in einem Lidar-Sensor;
3 Aufbau und Strahlengang der Empfangseinheit eines Lidar-Sensors gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung;
4A Wellenlängenverteilungen der von einer Quelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung vor der Filterung mittels eines Sendefilterelements;
4B Wellenlängenverteilungen der elektromagnetischen Strahlung nach der der Filterung mittels eines Sendefilterelements;
5 Wellenlängenverteilung der auf das Empfangsfilterelement treffenden elektromagnetischen Strahlung;
6 Verfahren zur Ansteuerung eines Lidar-Sensors.

1 zeigt den Aufbau und Strahlengang einer Sendeeinheit 301 eines Lidar-Sensors gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung. Die Sendeeinheit 301 weist eine Quelle 103 oder 314, eine Ablenkeinheit 104 und ein Sendefilterelement 303 auf. Die Linie 106 markiert die Ausrichtung der optischen Achse der Sendeeinheit 301 in den Abtastraum. Der Abtastraum ist im Beispiel zweidimensional dargestellt. Er spannt einen Winkelbereich 105 auf. Der Abtastraum kann auch dreidimensional sein und durch einen Raumwinkelbereich aufgespannt sein.
Von der Quelle 103 oder 314 kann elektromagnetische Strahlung ausgesendet werden. Die Quelle kann als Laser 103 oder 314 ausgebildet sein. Die ausgesendete elektromagnetische Strahlung trifft auf eine Ablenkeinheit 104 und wird von dieser entlang verschiedener Richtungen in den Abtastraum abgelenkt. Die elektromagnetische Strahlung wird unter verschiedenen Winkeln in den Abtastraum abgelenkt. Die Ablenkung kann beispielsweise entlang der Ablenkrichtungen 107, 108 oder 110 erfolgen. Die elektromagnetische Strahlung kann entlang der Ablenkrichtung 107, entlang des Lots der Oberfläche des Sendefilterelements 303 abgelenkt werden. Die elektromagnetische Strahlung kann entlang der Ablenkrichtung 108, die sich vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements unterscheidet, abgelenkt werden. Die elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall um einen Winkel 109 vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 abgelenkt werden. Die elektromagnetische Strahlung kann entlang der Ablenkrichtung 110, die sich vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements unterscheidet, abgelenkt werden. Die elektromagnetische Strahlung kann in diesem Fall um einen Winkel 111 vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 abgelenkt werden. Die Winkel 109 und 111 können von ihrem Betrag her im Wesentlichen identisch sein.
Die von der Ablenkeinheit 104 abgelenkte elektromagnetische Strahlung kann unter einer Sendefiltereingangsrichtung 304, welche im Wesentlichen identisch zum Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 ist, auf das Sendefilterelement 303 treffen. Die Sendefiltereingangsrichtung 304 kann der Ablenkrichtung 107 entsprechen. Ist das Sendefilterelement 303 für diese elektromagnetische Strahlung durchlässig (siehe hierzu die Beschreibung bei 2), so wird die elektromagnetische Strahlung entlang einer Sendefilterausgangsrichtung 309, welche im Wesentlichen identisch zum Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 ist, in den Abtastraum ausgesendet.
Die von der Ablenkeinheit 104 abgelenkte elektromagnetische Strahlung kann entlang einer Sendefiltereingangsrichtung 305, welche sich vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 unterscheidet, auf das Sendefilterelement 303 treffen. Die Sendefiltereingangsrichtung 305 kann der Ablenkrichtung 108 entsprechen. Die elektromagnetische Strahlung trifft in diesem Fall unter einem Winkel 307 abgelenkt vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 auf das Sendefilterelement 303. Ist das Sendefilterelement 303 für diese elektromagnetische Strahlung durchlässig (siehe hierzu Beschreibung zu 2), so wird die gefilterte elektromagnetische Strahlung entlang einer Sendefilterausgangsrichtung 310, welche sich vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 unterscheidet, ausgesendet. Die gefilterte elektromagnetsiche Strahlung wird abgelenkt um den Winkel 312 vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 in den Abtastraum ausgesendet.
Die von der Ablenkeinheit 104 abgelenkte elektromagnetische Strahlung kann entlang einer Sendefiltereingangsrichtung 306, welche sich vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 unterscheidet, auf das Sendefilterelement 303 treffen. Die Sendefiltereingangsrichtung 306 kann der Ablenkrichtung 110 entsprechen. Die elektromagnetische Strahlung trifft in diesem Fall um einen Winkel 308 abgelenkt vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 auf das Sendefilterelement 303. Ist das Sendefilterelement 303 für diese elektromagnetische Strahlung durchlässig (siehe hierzu Beschreibung zu 2), so wird die gefilterte elektromagnetische Strahlung entlang einer Sendefilterausgangsrichtung 311, welche sich vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 unterscheidet, ausgesendet. Die gefilterte elektromagnetsiche Strahlung wird abgelenkt um den Winkel 313 vom Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 in den Abtastraum ausgesendet.
In einer Ausführungsform kann die Quelle als Dauerstrichlaser 103 ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführung kann die Quelle als gepulster Laser ausgeführt sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Quelle als ein durchstimmbarer Laser 314 ausgebildet sein. Das Sendefilterelement 303 kann in einer Ausführungsform aus Schichten aufgebaut sein. Eine der Schichten kann eine durchsichtige Elektrode aufweisen.
2 zeigt beispielhaft ein Transmissionsverhalten eines Filterelements. Hierbei kann 2 sowohl das Transmissionsverahlten eines Sendefilterelements 303, als auch das Transmissionsverhalten eines Empfangsfilterelements 113 in einem Lidar-Sensor zeigen. Das Sendefilterelement 303 und/oder das Empfangsfilterelement 113 können/kann als Bandpassfilter ausgebildet sein. Im gezeigten Diagramm ist der Transmissionsgrad T eines Sendefilterelements 303 und/oder eines Empfangsfilterelements 113 über der Wellenlänge λ der ausgesendeten bzw. zurückgestreuten und/oder reflektierten elektromagnetischen Strahlung aufgetragen. Der Transmissionsgrad T gibt das Verhältnis von vom Sendefilterelement 303 und/oder Empfangsfilterelement 113 durchgelassener zu auftreffender Strahlungsintensität an.
Die Kurve 201 zeigt beispielsweise das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements 303 für elektromagnetische Strahlung, die entlang der Sendefiltereingangsrichtung 304, entlang dem Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303 auf das Sendefilterelement 303 trifft. Das Sendefilterelement 303 weist für diesen Fall die Zentralwellenlänge λ₁ und die spektrale Breite 203 auf. Im Wesentlichen kann nur elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich 203 das Sendefilterelement 303 passieren. Die gefilterte elektromagnetische Strahlung kann entlang der Sendefilterausgangsrichtung 309 in den Abtastraum ausgesendet werden.
Mittels der Ablenkeinheit 104 kann eine Richtung, wie hier beispielsweise die Sendefiltereingangsrichtung 304 bzw. die Sendefilterausgangsrichtung 309, vorgegeben werden. Dieser Richtung kann eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, wie hier beispielsweise im Wellenlängenbereich 203, zugeordent werden.
Die Kurve 202 zeigt das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements 303 für elektromagnetische Strahlung, die beispielsweise entlang der Sendefiltereingangsrichtung 305, abgelenkt um den Winkel 307 zum Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303, oder entlang der Sendefiltereingangsrichtung 306, abgelenkt um den Winkel 308 zum Lot der Oberfläche des Sendefilterelements 303, auf das Sendefilterelement 303 trifft. Die Beträge der Winkel 307 und 308 sind im Beispiel im Wesentlichen identisch. Das Sendefilterelement 303 weist für diesen Fall die Zentralwellenlänge λ₂ und die spektrale Breite 204 auf. Je größer die Beträge der Winkel 307 und 308 sind, desto mehr kann sich das Transmissionsverhalten des Sendefilterelement 303 hin zu geringeren Wellenlängen verschieben. Je größer die Beträge der Winkel 307 und 308 sind, desto mehr kann sich beispielsweise die Zentralwellenlänge des Sendefilterelement 303 hin zu geringeren Wellenlängen verschieben. Im Wesentlichen kann nur elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich 204 das Sendefilterelement 303 passieren. Die gefilterte elektromagnetische Strahlung kann entlang der Sendefilterausgangsrichtung 310 oder entlang der Sendefilterausgangsrichtung 311 in den Abtastraum ausgesendet werden.
Mittels der Ablenkeinheit 104 kann eine Richtung, wie hier beispielsweise die Sendefiltereingangsrichtung 305 bzw. die Sendefilterausgangsrichtung 310 oder die Sendefiltereingangsrichtung 306 bzw. die Sendefilterausgangsrichtung 311, vorgegeben werden. Diesen Richtungen kann jeweils eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, wie hier beispielsweise im Wellenlängenbereich 204, zugeordent werden.
Die vom Sendefilterelement 303 gefilterte elektromagnetsiche Strahlung wird in den Abtastraum ausgesendet. Im Abtastraum kann sich, wie in 1 gezeigt, beispielsweise ein Objekt 112 befinden. An diesem kann die ausgesendete elektromagnetische Strahlung gestreut und/oder reflektiert werden. Die gestreute und/oder reflektierte elektromagnetische Strahlung kann anschließend auf die Empfangseinheit 302 des Lidar-Sensors treffen.
3 zeigt das Beispiel einer Empfangseinheit 302 eines Lidar-Sensors. Diese kann ein Empfangsfilterelement 113 und ein Detektorelement 115 aufweisen. Die Linie 116 markiert die optische Achse der Empfangseinheit 302.
Elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise unter der Empfangsfiltereingangsrichtung 117, entlang dem Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements 113, auf das Empfangsfilterelement 113 treffen. Die Linie 118 markiert eine zweite Empfangsfiltereingangsrichtung. Elektromagnetische Strahlung aus der Empfangsfiltereingangsrichtung 118 trifft, abgelenkt um den Winkel 119 zum Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements 113, auf das Empfangsfilterelement 113. Die Linie 120 markiert eine dritte Empfangsfiltereingangsrichtung. Elektromagnetische Strahlung aus der Empfangsfiltereingangsrichtung 120 trifft, abgelenkt um den Winkel 121 zum Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements 113, auf das Empfangsfilterelement 113. Die Winkel 119 und 121 können von ihrem Betrag her im Wesentlichen identisch sein. Ist das Empfangsfilterelement 113 für die auftreffende elektromagnetische Strahlung durchlässig, so kann die entsprechend gefilterte elektromagnetische Strahlung auf den Detektor 115 treffen.
Das Empfangsfilterelement 113 kann in einer Ausführungsform aus Schichten aufgebaut sein. Eine dieser Schichten kann eine durchsichtige Elektrode aufweisen.
Wie erwähnt, zeigt 2 beispielsweise auch das Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements 113. Die Kurve 201 zeigt beispielsweise das Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements 113 für elektromagnetische Strahlung, die entlang der Empfangsfiltereingangsrichtung 117, entlang dem Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements 113 auf das Empfangsfilterelement 113 trifft. Das Empfangsfilterelement 113 weist für diesen Fall die Zentralwellenlänge λ₁ und die spektrale Breite 203 auf. Im Wesentlichen kann nur elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich 203 das Empfangsfilterelement 113 passieren. Die gefilterte elektromagnetische Strahlung kann auf den Detektor 115 treffen.
Die Kurve 202 zeigt das Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements 113 für elektromagnetische Strahlung, die beispielsweise entlang der Empfangsfiltereingangsrichtung 118, abgelenkt um den Winkel 119 zum Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements 113, oder entlang der Empfangsfiltereingangsrichtung 120, abgelenkt um den Winkel 121 zum Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements 113, auf das Empfangsfilterelement 113 eintrifft. Die Beträge der Winkel 119 und 121 sind im Beispiel im Wesentlichen identisch. Das Empfangsfilterelement 113 weist für diesen Fall die Zentralwellenlänge λ₂ und die spektrale Breite 204 auf. Je größer die Beträge der Winkel 119 und 121 sind, desto mehr kann sich das Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements 113 hin zu geringeren Wellenlängen verschieben. Je größer die Beträge der Winkel 119 und 121 sind, desto mehr kann sich beispielsweise die Zentralwellenlänge des Empfangsfilterelements 113 hin zu geringeren Wellenlängen verschieben. Im Wesentlichen kann nur elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich 204 das Sendefilterelement 303 passieren. Die gefilterte elektromagnetische Strahlung kann auf den Detektor 115 treffen.
Das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements 303 und das Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements 113 können im Wesentlich identisch sein. So können beispielsweise mindestens ein Sendefilterpassbereich des Sendefilterelements 303 und mindestens ein Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements 113 einen gemeinsamen Wellenlängenbereich abdecken. Es wird von der Sendeeinheit 301 beispielsweise elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge λ₂ entlang der Sendefilterausgangsrichtung 310 bzw. 311 in den Abtastraum ausgesendet werden. Nach der Reflexion und/oder Streuung an einem Objekt 112 im Abtastraum trifft die elektromagnetische Strahlung das Empfangsfilterelement unter einer Empfangsfiltereingangsrichtung 118 bzw. 120. Die elektromagnetische Strahlung kann weiterhin eine Wellenlänge λ₂ aufweisen und somit im Wesentlichen ohne Signalverluste den Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements 113 passieren. Entsprechendes gilt für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge λ₁, die entlang der Sendefilterausgangsrichtung 309 in den Abtastraum ausgesendet wird.
4A zeigt beispielhaft die Wellenlängenverteilung der direkt von einerQuelle 103 oder 314 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Die elektromagnetische Strahlung wurde hier noch von keinem Sendefilterelement 303 gefiltert. Im Diagramm ist die Intensität I über der Wellenlänge λ aufgetragen. Die Kurve 401 zeigt beispielsweise die Wellenlängenverteilung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung einer Sendeeinheit 301 mit einem breitbandigen Laser als Quelle 103.
Weist eine Sendeeinheit 301 eines Lidar-Sensors einen durchstimmbaren Laser 314 auf, so kann von diesem elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen ausgesandt werden. Die Kurve 402-a zeigt beispielsweise eine Wellenlängenverteilung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung einer ersten Wellenlänge. Die elektromagnetische Strahlung weist hierbei die spektrale Breite 403-a auf. Die Kurve 402-b zeigt beispielsweise eine Wellenlängenverteilung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung einer zweiten Wellenlänge. Die elektromagnetische Strahlung weist hierbei die spektrale Breite 403-b auf.
4B beispielhaft die Wellenlängenverteilung der von einer Sendeeinheit 301 gemäß der Erfindung ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Wie bei 2 beschrieben, kann mittels der Ablenkeinheit 104 und dem Sendefilterelement 303 eine Richtung vorgegeben werden, unter der die elektromagnetische Strahlung ausgesendet wird und dieser Richtung eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung zugeordent werden.
Beispielsweise kann die von der Quelle 103 oder 314 ausgesendete elektromagnetische Strahlung entlang der Sendefiltereingangsrichtung 304 auf das Sendefilterelement 303 treffen. Durch das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements 303 kann in diesem Fall aus der elektromagnetischen Strahlung mit der Wellenlängenverteilung 401 im Wesentlichen elektromagnetische Strahlung der Wellenlängenverteilung 404-a herausgefiltert und in den Abtastraum ausgesendet werden.
Beispielsweise kann die von der Quelle 103 oder 314 ausgesendete elektromagnetische Strahlung auch entlang der Sendefiltereingangsrichtung 305 oder entlang der Sendefiltereingangsrichtung 306 auf das Sendefilterelement 303 treffen. Durch das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements 303 kann in diesem Fall aus der elektromagnetischen Strahlung mit der Wellenlängenverteilung 401 aus den beiden Sendefiltereingangsrichtungen 305 und 306 im Wesentlichen elektromagnetische Strahlung der Wellenlängenverteilung 404-b herausgefiltert und in den Abtastraum ausgesendet werden.
Weist der Lidar-Sensor einen durchstimmbaren Laser 314 als Quelle auf, so können die spektrale Breiten 403-a bzw. 403-b der elektromagnetischen Strahlung auf die spektrale Breiten 405-a bzw. 405-b verringert werden. Die Leistungsteile, welche außerhalb des winkelabhängigen Transmissionverhaltens liegen, werden herausgefiltert. Im Falle eines durchstimmbaren Lasers 314 wird im Vergleich mit einem breitbandigen Laser ein geringerer Anteil der von der Quelle 314 ausgesendeten Laserleistung herausgefiltert. Die Systemeffizienz kann in diesem Fall besser sein.
5 zeigt die Wellenlängenverteilung der auf das Empfangsfilterelement 113 der Empfangseinheit 302 treffenden elektromagnetischen Strahlung. Die Kurve 501 zeigt beispielhaft die Wellenlängenverteilung der entlang der Empfangsfiltereingangsrichtung 117 eintreffenden elektromagnetischen Strahlung. Die Kurve 502 zeigt die Wellenlängenverteilung von elektromagnetischer Strahlung, welche entlang einer Empfangsfiltereingangsrichtung 118 bzw. 120 auf das Empfangsfilterelement 113 trifft. Im Beispiel sind die Beträge der Winkel 119 und der Winkel 121, um die die auftreffende elektromagnetische Strahlung jeweils vom Lot der Oberfläche des Empfangsfilterelements hin abgelenkt ist, im Wesentlichen identisch.
Die in 4B gezeigte Wellenlängenverteilung 404-a oder 404-b kann nach der Reflexion und/oder Streuung an einem Objekt 112 im Abtastraum im Wesentlichen erhalten bleiben. Die Wellenlängenverteilung 404-a der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung entspricht dann im Wesentlichen der Wellenlängenverteilung 501 der auf das Empfangsfilterelement 113 treffenden elektromagnetischen Strahlung. Die Wellenlängenverteilung 404-b der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung entspricht dann im Wesentlichen der Wellenlängenverteilung 502 der auf das Empfangsfilterelement 113 treffenden elektromagnetischen Strahlung. Wie bereits erwähnt, können beispielsweise mindestens ein Sendefilterpassbereich des Sendefilterelements 303 und mindestens ein Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements 113 einen gemeinsamen Wellenlängenbereich abdecken. Die von der Sendeeinheit 301, mit einer vorgegebenen Wellenlänge und entlang einer vorgegebenen Richtung, ausgesendete elektromagnetische Strahlung kann im Wesentlichen ohne Signalverluste den Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements 113 passieren. Das Empfangsfilterelement 113 kann schmalbandig sein. Rauschen aus der Hintergrundstrahlung kann im Wesentlichen herausgefiltert werden. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis kann verbessert werden.
6 zeigt beispielhaft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Lidar-Sensors zur Erfassung eines Objektes 112 innerhalb eines Abtastraums 105. Das Verfahren startet mit dem Schritt 601. Im Schritt 603 kann der Lidar-Sensor derart angesteuert werden, dass eine Quelle 103 oder 314 elektromagnetische Strahlung aussendet. Im Schritt 604 kann der Lidar-Sensor derart angesteuert, dass eine Ablenkeinheit 104 die von der Quelle 103 oder 314 ausgesendete elektromagnetische Strahlung entlang einer Ablenkrichtung (zum Beispiel 107, 108 oder 110) ablenkt. Im Schritt 606 kann der Lidar-Sensor derart angesteuert werden, dass die von der Ablenkeinheit 104 abgelenkte elektromagnetische Strahlung mittels eines Sendefilterelements 303 gefiltert wird. Im Schritt 607 kann der Lidar-Sensor derart angesteuert werden, dass die gefilterte elektromagnetische Strahlung entlang einer Sendefilterausgangsrichtung (zum Beispiel 309, 310 oder 311) in den Abtastraum 105 ausgesendet wird. Das Verfahren endet in Schritt 608.
Optional kann zwischen dem Start 601 und dem Schritt 603 der Schritt 602 durchgeführt werden. Im Schritt 602 kann die Wellenlänge der von einer durchstimmbaren Quelle 314 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der vorliegenden Ablenkrichtung eingestellt werden.
Optional kann zwischen den Schritten 604 und 606 ein Schritt 605 durchgeführt werden. Im Schritt 605 kann der Lidar-Sensor derart angesteuert werden, dass Elektroden des aus Schichten aufgebauten Sendefilterelements 303 und/oder Elektroden des aus Schichten aufgebauten Empfangsfilterelements 113 auf eine vorgegebene Temperatur temperiert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5241315 [0002]

Claims

Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes (112) innerhalb eines Abtastraums (105) mit wenigstens einer Sendeeinheit (301), wobei • die Sendeeinheit (301) mindestens eine Quelle (103, 314) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung, und mindestens eine Ablenkeinheit (104) zur Ablenkung der von der Quelle (103, 314) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung entlang einer Ablenkrichtung (107, 108, 110) in den Abtastraum (105) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass • die Sendeeinheit (301) weiterhin mindestens ein Sendefilterelement (303) zur Filterung der von der Ablenkeinheit (104) abgelenkten elektromagnetischen Strahlung aufweist, auf das die elektromagnetische Strahlung entlang einer Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) trifft, und wobei • ein Transmissionsverhalten des Sendefilterelements (303) von der Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) abhängig ist.
Lidar-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkrichtung (107, 108, 110) der Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) entspricht.
Lidar-Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements (303) derart von der Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) abhängig ist, dass sich ein Sendefilterpassbereich des Sendefilterelements (303) abhängig von der Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) verändert.
Lidar-Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (104) derart ausrichtbar ist, dass die von der Quelle (113, 314) ausgesandte elektromagnetische Strahlung entlang der Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) auf das Sendefilterelement (303) trifft, und wobei die gefilterte elektromagnetische Strahlung unter einem Sendewellenlängenbereich entlang einer Sendefilterausgangsrichtung (309, 310, 311) in den Abtastraum (105) ausgesendet wird, wobei der Sendewellenlängenbereich vom Sendefilterpassbereich abhängt.
Lidar-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lidar-Sensor ferner wenigstens eine Empfangseinheit (302) zum Empfangen von im Abtastraum (105) rückgestreuter und/oder reflektierter elektromagnetischer Strahlung aufweist, wobei • die Empfangseinheit (302) mindestens ein Empfangsfilterelement (113) zur Filterung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung aufweist, und wobei • die empfangene elektromagnetische Strahlung entlang einer Empfangsfiltereingangsrichtung (117, 118, 120) auf das Empfangsfilterelement (113) trifft, und wobei • ein Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements (113) von der Empfangsfiltereingangsrichtung (117, 118, 120) abhängig ist.
Lidar-Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsverhalten des Empfangsfilterelements (113) derart von der Empfangsfiltereingangsrichtung (117, 118, 120) abhängig ist, dass sich ein Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements (113) abhängig von der Empfangsfiltereingangsrichtung (117, 118, 120) verändert.
Lidar-Sensor nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sendefilterpassbereich des Sendefilterelements (303) und mindestens ein Empfangsfilterpassbereich des Empfangsfilterelements (113) einen gemeinsamen Wellenlängenbereich abdecken.
Lidar-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (104) ein in wenigstens einer Dimension um die Ausrichtung einer optischen Achse der Sendeeinheit (106) in den Abtastraum (105) variabel ausrichtbarer Ablenkspiegel, bevorzugt ein Mikrospiegel ist.
Lidar-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der von der Quelle (314) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung einstellbar ist und dass jeder Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) eine einstellbare Wellenlänge der von der Quelle (314) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zuordenbar ist.
Lidar-Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der von der Quelle (314) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der vorliegenden Ablenkrichtung (107, 108, 110) einstellbar ist.
Lidar-Sensor nach einem der Ansprüche 1 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendefilterelement (303) und/oder das Empfangsfilterelement (113) aus mehreren Schichten ausgebildet ist, wobei eine der mehreren Schichten eine durchsichtige Elektrode zur thermalen Stabilisierung des Transmissionsverhaltens des Sendefilterelements (303) und/oder des Empfangsfilterelements (113) aufweist.
Verfahren zur Ansteuerung eines Lidar-Sensors zur Erfassung eines Objektes (112) innerhalb eines Abtastraums (105) wobei der Lidar-Sensor wenigstens eine Sendeeinheit (301) aufweist, mit den Schritten: • Aussenden elektromagnetischer Strahlung mittels einer Quelle (103, 314); • Ablenkung der von der Quelle (103, 314) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels einer Ablenkeinheit (104) entlang einer Ablenkrichtung (107, 108, 110); • Filterung der von der Ablenkeinheit (104) abgelenkten elektromagnetischen Strahlung mittels eines Sendefilterelements (303), auf das die elektromagnetische Strahlung entlang einer Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) trifft, und wobei ein Transmissionsverhalten des Sendefilterelements (303) von der Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) abhängig ist; und • Aussenden der gefilterten elektromagnetischen Strahlung entlang einer Sendefilterausgangsrichtung (309, 310, 311) in den Abtastraum (105).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass • das Transmissionsverhalten des Sendefilterelements (303) derart von der Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) abhängig ist, dass sich ein Sendefilterpassbereich des Sendefilterelements (303) abhängig von der Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) verändert; und dass • die Ablenkeinheit (104) derart ausgerichtet wird, dass die von der Quelle (103, 314) ausgesandte elektromagnetische Strahlung entlang der Sendefiltereingangsrichtung (304, 305, 306) auf das Sendefilterelement (303) trifft, wobei die gefilterte elektromagnetische Strahlung unter einem Sendewellenlängenbereich entlang einer Sendefilterausgangsrichtung (309, 310, 311) in den Abtastraum (105) ausgesendet wird, wobei der Sendewellenlängenbereich vom Sendefilterpassbereich abhängt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der von der Quelle (314) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der vorliegenden Ablenkrichtung (107, 108, 110) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendefilterelement (303) und/oder ein optional zusätzlich vorhandenes Empfangsfilterelement (113) aus mehreren Schichten ausgebildet ist, wobei eine der mehreren Schichten eine durchsichtige Elektrode aufweist, und wobei die durchsichtige Elektrode derart temperiert wird, dass das Transmissionsverhaltens des Sendefilterelements (303) und/oder des Empfangsfilterelements (113) stabil bleibt.