DE102017205685A1 - LIDAR-Vorrichtung mit einem dynamischen Filter und Verfahren - Google Patents

LIDAR-Vorrichtung mit einem dynamischen Filter und Verfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102017205685A1
DE102017205685A1 DE102017205685.1A DE102017205685A DE102017205685A1 DE 102017205685 A1 DE102017205685 A1 DE 102017205685A1 DE 102017205685 A DE102017205685 A DE 102017205685A DE 102017205685 A1 DE102017205685 A1 DE 102017205685A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
filter
lidar device
angle
incoming
electromagnetic beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017205685.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Nico Heussner
Annemarie Holleczek
Stefan Spiessberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017205685.1A priority Critical patent/DE102017205685A1/de
Priority to EP18713908.4A priority patent/EP3607342A1/de
Priority to CN201880023434.XA priority patent/CN110520752A/zh
Priority to PCT/EP2018/057777 priority patent/WO2018184915A1/de
Priority to JP2019554636A priority patent/JP6941182B2/ja
Priority to US16/499,918 priority patent/US11531091B2/en
Publication of DE102017205685A1 publication Critical patent/DE102017205685A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/14Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying the relative position of primary active element and a refracting or diffracting device

Abstract

Offenbart ist ein wird eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastwinkels mit mindestens einer Strahlenquelle zum Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Strahles, mit einem drehbaren Spiegel zum Ablenken des mindestens eines elektromagnetischen Strahles entlang des Abtastwinkels, mit einer Empfangseinheit zum Empfangen mindestens eines ankommenden elektromagnetischen Strahles und zum Ablenken des mindestens eines ankommenden elektromagnetischen Strahles auf mindestens einen Detektor und mit mindestens einem Filter, wobei der mindestens eine Filter an den mindestens einen ankommenden elektromagnetischen Strahl anpassbar ist. Des Weiteren ist ein Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels mit einer derartigen LIDAR-Vorrichtung offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastwinkels sowie ein Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels mit einer LIDAR-Vorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Übliche LIDAR (Light detection and ranging)-Vorrichtungen bestehen aus einer Sende- und einer Empfangseinrichtung. Die Sendeeinrichtung erzeugt und strahlt kontinuierlich oder gepulst elektromagnetische Strahlung aus. Trifft diese elektromagnetische Strahlung auf ein bewegliches oder stationäres Objekt, wird die elektromagnetische Strahlung von dem Objekt in Richtung der Empfangseinrichtung reflektiert. Die Empfangseinrichtung kann die reflektierte elektromagnetische Strahlung detektieren und dieser eine Empfangszeit zuordnen. Dies kann im Rahmen einer „Time of Flight“-Analyse für eine Ermittlung einer Entfernung des Objektes zu der LIDAR-Vorrichtung verwendet werden. Je nach Anwendungsbereich werden hohe Anforderungen an die Signalqualität gestellt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die LIDAR-Vorrichtung eine möglichst hohe Reichweite bei gleichzeitig breitem Abtastwinkel aufweist. Die Signalqualität bestimmt unter anderem, bis zu welcher Distanz, unter welchem Winkel und mit welcher Genauigkeit bzw. Wahrscheinlichkeit Objekte detektiert werden können. Diese Signalqualität ergibt sich zu einem großen Teil aus der Qualität der optischen Filterung der empfangenen reflektierten Strahlung. Ausschlaggebend hierfür ist die Breite des spektralen Bandpasses eines Filters, der verwendet werden kann. Je schmaler die spektrale Bandbreite des Filters ist, desto weniger Stör- oder Umgebungslicht fällt auf den Detektor und umso besser die Signalqualität. Da dieser Durchlassbereich mit steigendem Einfallswinkel der empfangenen Strahlung zu kleineren Wellenlängen verschoben wird, muss der Filter eine gewisse Breite haben, um die empfangene Strahlung auch bei großen Winkeln noch transmittieren zu können. Aktuell stellt die vom Einfallswinkel abhängige Verschiebung des Transmissionsfensters der Filter eine physikalische Grenze von LIDAR-Vorrichtungen dar.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren und eine LIDAR-Vorrichtung zu schaffen, die mindestens einen Filter aufweist, der trotz eines variierenden Einfallswinkels eines einfallenden Strahles eine stets optimale Transmissionscharakteristik aufweist.
  • Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastwinkels bereitgestellt. Die LIDAR-Vorrichtung weist mindestens eine Strahlenquelle zum Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Strahles, einen drehbaren Spiegel zum Ablenken des mindestens einen elektromagnetischen Strahles entlang des Winkels auf. Des Weiteren weist die LIDAR-Vorrichtung eine Empfangseinheit zum Empfangen mindestens eines ankommenden elektromagnetischen Strahles und zum Ablenken des mindestens eines ankommenden elektromagnetischen Strahles auf mindestens einen Detektor und mindestens einen Filter auf, wobei der mindestens eine Filter an den mindestens einen ankommenden elektromagnetischen Strahl anpassbar ist.
  • Eine derartige LIDAR-Vorrichtung weist einen dynamischen optischen Filter auf, der einen einfallswinkelabhängigen Wellenlängenshift eines ankommenden Strahles kompensieren kann. Insbesondere bei größeren Einfallswinkeln kann sich ein Transmissionsbereich des Filters für einen bestimmten Wellenlängenbereich zu kleineren Wellenlägen hin verschieben. Um zu verhindern, dass ein ankommender elektromagnetischer Strahl bei einem größeren Einfallswinkel durch den Filter nur beschränkt oder überhaupt nicht passieren kann, lässt sich der Filter anpassen. Dies kann beispielsweise durch eine Anpassung einer Lage des Filters oder durch Anpassung mindestens einer Materialeigenschaft des Filters realisieren. Hierdurch kann der Transmissionsbereich des Filters dynamisch oder statisch angepasst bzw. nachgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die gesamte Empfangseinheit anpassbar sein. Der Filter kann beispielsweise ein dielektrischer Filter mit einem oder mehreren definierten Transmissionsbereichen sein. Die Transmissionsbereiche beziehen sich hierbei auf eine Wellenlänge bzw. Frequenz eines elektromagnetischen Strahls. Der elektromagnetische Strahl kann beispielsweise ein Laserstrahl bzw. Lichtstrahl im sichtbaren oder unsichtbaren Wellenlängenbereich sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der LIDAR-Vorrichtung ist der mindestens eine Filter entlang des Abtastwinkels drehbar. Hierdurch ist der Filter rotierbar bzw. drehbar gelagert, sodass seine Ausrichtung verändert werden kann. Insbesondere kann durch diese Maßnahme der Einfallswinkel eines ankommenden Strahls relativ zum Filter optimal eingestellt werden. Somit kann die Wellenlänge des ankommenden Strahls stets in mindestens einem Transmissionsbereich des Filters liegen und möglichst verlustarm den Filter passieren. Ein optimaler Einfallswinkel ist idealerweise 0°. Der Einfallswinkel kann jedoch abhängig von einer Transmissionscharakteristik des Filters und dem Wellenlängenshift des einfallenden Strahls auch von 0° abweichen. Die Änderung der Ausrichtung des Filters kann beispielsweise durch Piezoaktoren, elektrostatische Motoren, elektromagnetische Motoren oder dergleichen erfolgen.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der LIDAR-Vorrichtung ist der mindestens eine Filter relativ zum drehbaren Spiegel winkelversetzt oder winkelsynchron drehbar. Der Filter kann in seiner Ausrichtung abhängig von dem Spiegel nachgestellt bzw. angepasst werden. Je nach Anforderungsprofil und Aufbau der LIDAR-Vorrichtung kann der Filter auch unabhängig von dem Spiegel zum Ablenken des erzeugten elektromagnetischen Strahls gedreht oder geschwenkt werden. Hierbei kann der Filter beispielsweise zeitabhängig angepasst werden, sodass auch ein Winkelversatz zwischen dem Filter und dem Spiegel realisiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die gesamte Empfangsvorrichtung oder Teile der Empfangsvorrichtung parallel zum Filter drehbar oder schwenkbar sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Filter eine einstellbare Fabry-Perot Kavität. Der Filter kann hierbei ein konventioneller optischer Filter oder ein optischer Resonator sein. Die Fabry-Perot Kavität entspricht hierbei einem optischen Resonator, der aus mindestens zwei teildurchlässigen Spiegeln besteht. Abhängig von einem Abstand bzw. einer Kavitätslänge der beiden teildurchlässigen Spiegel zu einander kann nur ankommende elektromagnetische Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge passieren. Um eine Entkopplungseffizienz für größere Einfallswinkel zu erhöhen, können die teildurchlässigen Spiegel eine geringe Reflektivität aufweisen.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der LIDAR-Vorrichtung weist der mindestens eine Filter eine einstellbare Kavitätslänge auf. Der Abstand der beiden teildurchlässigen Spiegel kann verändert werden, sodass die Transmissionswellenlänge der Fabry-Perot Kavität angepasst werden kann. Beispielsweise können einer oder beide teildurchlässigen Spiegel durch Piezoaktoren oder elektrostatische bzw. elektromagnetische Linearaktuatoren verstellt werden. Durch das Verstellen der teildurchlässigen Spiegel kann die Kavitätslänge verändert bzw. angepasst werden und damit auch der Transmissionsbereich.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Kavitätslänge abhängig von einer Ausrichtung des drehbaren Spiegels einstellbar. Hierbei kann die Kavitätslänge der Fabry-Perot Kavität entsprechend der Auslenkung des Spiegels zum Ablenken des erzeugten Strahls verkleinert oder vergrößert werden. Der reflektierte elektromagnetische Strahl weist einen ähnlichen Einfallswinkel auf wie die Ausrichtung des Spiegels. Dadurch kann der Transmissionsbereich an den Einfallswinkel angepasst werden. So kann sichergestellt werden, dass der ankommende Strahl stets den Filter passieren kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der mindestens eine Filter einen einstellbaren Brechungsindex auf. Eine Änderung des bzw. der Brechungsindizes kann beispielsweise durch dynamische Ausrichtung von Flüssigkristallen durch elektrische oder magnetische Felder erfolgen. Da zusätzlich zum Wellenlängenshift des ankommenden Strahls, der Transmissionsbereich des Filters abhängig von seiner Temperatur sein kann, kann dieser Effekt zur Einstellung des Transmissionsbereiches bzw. des Brechungsindexes genutzt werden. Insbesondere ist der Brechungsindex abhängig von einer Dichte des Materials und somit auch abhängig von der Temperatur. Somit kann der Brechungsindex auch durch eine Temperatur des Filters oder eines Teils des Filters eingestellt werden. Beispielsweise sind bei einer Fabry-Perot Kavität die teildurchlässigen Spiegel auf einem Glas oder einem durchsichtigen Trägermaterial aufgedampft oder aufgetragen. Dieses Trägermaterial kann durch Beaufschlagen mit Temperatur und/oder elektrischen oder mit magnetischen Feldern eine Änderung des Brechungsindexes erfahren. Bei einem regulären Filter kann der Brechungsindex ebenfalls einen Einfluss auf den Transmissionsbereich haben. Somit kann der Filter oder mindestens ein Teil des Filters gekühlt oder erwärmt werden um unerwünschte Effekte zu kompensieren oder um den Filter anzupassen. Die Temperatur kann beispielsweise durch Luft- oder Wasserkühlung gesenkt werden. Ebenso kann der Filter durch erwärmtes Wasser oder erwärmte Luft aufgeheizt werden. Alternativ kann das Aufheizen des Filters durch eine elektrisch leitfähige Schicht bzw. Beschichtung erfolgen. So können durch joulesche Wärme eine oder mehrere Glaselemente des Filters erwärmt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der LIDAR-Vorrichtung ist der Brechungsindex abhängig von der Ausrichtung des drehbaren Spiegels einstellbar. Vorteilhafterweise wird der Brechungsindex derart eingestellt, dass der Transmissionsbereich des Filters an den Wellenlängeshift oder den Einfallswinkel des ankommenden Strahls angepasst wird. Hierdurch kann der Brechungsindex des Filters oder eines Teils eines Filters wie beispielsweise Glas der Transmissionsbereich derart nachgeführt werden, dass der ankommende Strahl möglichst vollständig und verlustfrei den Filter passieren kann.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel sind mindestens zwei Filter zum Filtern des mindestens einen ankommenden elektromagnetischen Strahles zueinander winkelversetzt anordnbar. Alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Beispielen kann eine Mehrzahl an Filtern verwendet werden, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann jeder Filter weniger dynamisch auf einen ankommenden Strahl reagieren, da der Einfallswinkel nicht mehr so groß ausfallen kann wie bei einem einzigen statischen Filter. Somit wird der Einfallswinkel des ankommenden Strahls relativ zu einem Filter durch zunehmende Anzahl an statischen oder dynamischen Filtern, die beispielsweise halbkreisförmig aufgestellt sind zunehmend reduziert. Hierdurch kann jeder Filter abhängig oder unabhängig von dem Einfallswinkel oder mindestens einem benachbarten Filter anpassbar bzw. veränderbar sein. Alternativ oder zusätzlich können alle oder einige der Filter reguläre optische Filter sein, die keine dynamische Anpassung aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der mindestens eine Filter zum Filtern des mindestens einen ankommenden elektromagnetischen Strahles eine Krümmung auf. Vorteilhafterweise kann ein Filter verwendet werden, der eine Krümmung aufweist, die zumindest bereichsweise einen Abtastwinkel der LIDAR-Vorrichtung abdeckt und somit einen Winkelbereich abdeckt, unter dem ein ankommender reflektierter Strahl auf den Filter treffen kann. Der Filter kann derart ausgerichtet sein, dass unabhängig von dem Einfallswinkel des ankommenden Strahls der ankommende Strahl immer senkrecht auf den Filter trifft. Der Filter kann hierbei zusätzlich eine dynamische Anpassung des Brechungsindexes beispielsweise durch Temperaturänderung aufweisen. Ein derartiger Filter kann alternativ eine Krümmung aufweisen, die einen variierenden Krümmungsradius aufweist. Hierbei kann es vorteilhaft sein, den Filter entlang zumindest einer Länge zu verfahren um den Filter an einen ankommenden Strahl anzupassen.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels mit einer LIDAR-Vorrichtung bereitgestellt. In einem Schritt wird mindestens ein elektromagnetischer Strahl erzeugt und entlang dem Abtastwinkel abgelenkt. Der mindestens eine abgelenkte elektromagnetische Strahl kann an einem im Abtastwinkel positionierten Objekt reflektiert werden. Der mindestens eine reflektierte elektromagnetische Strahl wird zum mindestens einen ankommenden Strahl und wird empfangen und gefiltert. Anschließend wird der mindestens eine ankommende Strahl detektiert, wobei mindestens ein Filter entsprechend einer Wellenlänge und/oder einem Einfallswinkel des mindestens einen ankommenden Strahles angepasst wird. Hierdurch kann der Filter dynamisch verändert werden. Insbesondere kann der Filter an eine Wellenlänge des ankommenden Strahls angepasst werden abhängig von einem Einfallswinkel des ankommenden Strahls. So ist es möglich den Filter derart zu verfahren oder zu drehen, dass ein ankommender Strahl in einem möglichst kleinen Einfallswinkel relativ zum Filter auf diesen trifft. Alternativ oder zusätzlich können Materialeigenschaften des Filters angepasst werden. Im Falle eines optischen Resonators als Filter kann eine Kavitätslänge dynamisch variiert werden um einen zur Wellenlänge des ankommenden Strahls angepassten Transmissionsbereich bereitstellen zu können. Die Anpassung kann hierbei kontinuierlich entsprechend einer Abtastrate des Verfahrens erfolgen.
  • Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 2 eine schematische Darstellung einer Empfangseinheit der LIDAR-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 3 eine schematische Darstellung der Empfangseinheit der LIDAR-Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    • 4 eine schematische Darstellung der Empfangseinheit der LIDAR-Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
    • 5a,b eine schematische Darstellung der Empfangseinheit der LIDAR-Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
    • 6 eine schematische Darstellung der Empfangseinheit der LIDAR-Vorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel und
    • 7 eine schematische Darstellung der Empfangseinheit der LIDAR-Vorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
  • In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer LIDAR-Vorrichtung 1. Die LIDAR-Vorrichtung 1 weist eine Strahlenquelle 2 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Strahls 4 auf. Die Strahlenquelle 2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Laser 2. Gemäß dem Ausführungsbeispiel dient der Laser 2 zum Erzeugen eines Strahls 4 mit einer Wellenlänge im nicht sichtbaren Infrarotbereit. Die Wellenlänge kann beispielsweise größer als 800nm betragen. Der von dem Laser 2 erzeugte Strahl 4 wird von einem drehbaren Spiegel 6 abgelenkt. Der Spiegel 6 ist hierbei entlang einer Rotationsachse R schwenkbar. Somit kann der Spiegel 6 den erzeugten Strahl 4 entlang eines definierten horizontalen Abtastwinkels H ablenken. Zusätzlich ist der Spiegel 6 orthogonal zum horizontalen Abtastwinkel H schwenkbar und deckt somit einen vertikalen Abtastwinkel V ab. Hierdurch kann die LIDAR-Vorrichtung 1 einen Raumwinkel VxH abtasten und mögliche sich in diesem Raumwinkel VxH positionierte Objekte 8 orten. Der erzeugte Strahl 4 wird von dem Objekt 8 zumindest teilweise reflektiert und wird zum reflektierten bzw. ankommenden Strahl 10. Der ankommende Strahl 10 wird von einer Empfangseinheit 12 empfangen.
  • In der 2 ist eine schematische Darstellung der Empfangseinheit 12 der LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Zur Verdeutlichung der Ausführungsbeispiele sind hilfsweise Objekte 8 ebenfalls gezeigt. Die Empfangseinheit 12 ist in einer x-y-Ebene gezeigt. Durch die x-y-Ebene verläuft die Rotationsachse R orthogonal. Die Empfangseinheit 2 weist einen Filter 14 auf, der den ankommenden Strahl 10 vorzugsweise passieren lässt und Störlicht bzw. Störreflexe blockiert. Da ein Transmissionsbereich derartiger Filter 14 sich mit steigendem Einfallswinkel hin zu kleineren Wellenlängen verschiebt, muss entweder der Transmissionsbereich groß oder mögliche Einfallswinkel β klein sein. Der Einfallswinkel β weist hierbei sowohl einen Anteil eines horizontalen Abtastwinkels H als auch einen Anteil eines vertikalen Abtastwinkels V auf. Der Anteil kann auch 0° sein. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Filter 14 drehbar gelagert und wird von einem nicht gezeigten Piezoaktor synchron mit dem Spiegel 6 entlang einer Rotationsachse gedreht bzw. periodisch geschwenkt, die parallel zur Rotationsachse R verläuft. Hierdurch kann ein großer horizontaler Abtastwinkel H abgetastet werden. Insbesondere wird der Filter 14 derart nachgeführt, dass ein ankommender Strahl 10 möglichst senkrecht auf den Filter 14 trifft. Hierdurch kann ein schmaler Transmissionsbereich des Filters 14 gewählt werden, da eine winkelabhängige Wellenlängenänderung des ankommenden Strahls 10 nicht oder nur geringfügig vorhanden ist. Der gestrichelt gezeichnete Filter 14 weist keine Anpassung seines Winkels auf, wenn ein Objekt 8 frontal oder leicht versetzt zu einer optischen Achse A angeordnet ist. Bei einem Objekt 8, das sich weiter von der optischen Achse A befindet weist ein ankommender Strahl 10 einen größeren Einfallswinkel β auf. Da der Filter 14 synchron mit dem Spiegel 6 geschwenkt wird, ist zwar der Einfallswinkel β relativ zur optischen Achse A groß, beispielsweise größer 20°, relativ zum nachgeführten Filter 14 entspricht der Einfallswinkel β jedoch 0°. Der ankommende Strahl 10 kann somit durch den Filter 14 transmittieren und auf eine Empfangsoptik 16 gelangen. Die Empfangsoptik 16 lenkt den ankommenden Strahl 10 auf einen Detektor 18. Der Detektor 18 registriert den ankommenden Strahl 10 und versieht diesen beispielsweise mit einer Empfangszeit und einem Abtastwinkel H, V des Spiegels 6.
  • Die 3 zeigt eine schematische Darstellung der Empfangseinheit 12 der LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Empfangseinheit 12 einen anpassbaren Filter 14 auf, der aus einer Fabry-Perot Kavität 20 besteht. Die Fabry-Perot Kavität 20 weist zwei teildurchlässige Spiegel 22, 24 auf. Jeder der teildurchlässigen Spiegel 22, 24 besteht aus einem Glas-Substrat 26 und einer teildurchlässigen Beschichtung 28. Ein erster teildurchlässiger Spiegel 22 ist hierbei stationär und lässt sich nicht deplatzieren. Ein zweiter teildurchlässiger Spiegel 24 ist durch einen nicht gezeigten Aktuator verschiebbar angeordnet. Somit kann durch ein Verschieben des zweiten teildurchlässigen Spiegels 24 eine Kavitätslänge 30 bzw. der Abstand zwischen den beiden teildurchlässigen Spiegel 22, 24 verändert werden. Durch die Fabry-Perot Kavität 20 können ankommende Strahlen 10 passieren, wenn sie eine bestimmte Wellenlänge relativ zur Kavitätslänge 30 aufweisen. Folglich kann durch ein Einstellen der Kavitätslänge 30 ein Transmissionsbereich für ankommende Strahlen 10 mit einer bestimmten Wellenlänge erzeugt werden. Damit beispielsweise ankommende Strahlen 10 mit einer kleineren Wellenlänge die Fabry-Perot Kavität 20 passieren können, muss die Kavitätslänge 30 verkleinert werden. Dies ist durch den gestrichelt dargestellten zweiten teildurchlässigen Spiegel 24 in seiner ursprünglichen Position verdeutlicht.
  • In der 4 ist eine schematische Darstellung der Empfangseinheit 12 der LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im zusätzlich zum zweiten Ausführungsbeispiel weist die Empfangseinheit 12 einen Lüfter 32 auf, der die Fabry-Perot Kavität 20 kühlen kann. Des Weiteren ist dem Lüfter 32 ein Heizelement 34 zum Heizen des vom Lüfter 32 erzeugten Luftstromes nachgeschaltet. Die Pfeile verdeutlichen den vom Lüfter 32 erzeugten Luftstrom. Insbesondere wird eine Temperatur der teildurchlässigen Spiegel 22, 24 durch den mit einer Temperatur beaufschlagen Luftströmung eingestellt. Zusätzlich kann auch die Luft bzw. ein Fluid zwischen den teildurchlässigen Spiegeln 22, 24 mit der Temperatur der Luftströmung beaufschlagt werden. Hierdurch wird eine Dichte des Fluids bzw. der teildurchlässigen Spiegel 22, 24 angepasst. Da ein Brechungsindex der Bestandteile der Fabry-Perot Kavität 20 abhängig von der Dichte sind, kann durch Änderung der Temperatur der Brechungsindex angepasst werden. Somit kann der Transmissionsbereich der Fabry-Perot Kavität 20 durch Einstellen der Temperatur justiert bzw. an einen ankommenden Strahl 10 angepasst werden.
  • Die 5a und 5b zeigen eine schematische Darstellung der Empfangseinheit 12 der LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den bereits erwähnten Ausführungsbeispielen ist die Empfangseinheit 12 ganzteilig drehbar entlang der Rotationsachse R gelagert und kann entsprechen der Auslenkung des Spiegels 6 und somit entsprechend einem Einfallswinkel β des ankommenden Strahls 10 durch einen nicht gezeigten Aktuator nachgeführt werden.
  • In der 6 ist eine schematische Darstellung der Empfangseinheit 12 der LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen weist die Empfangseinheit 12 drei stationäre Filter 14 auf. Die Filter 14 sind in einem relativen Winkel zueinander angeordnet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Filter 14 näherungsweise halbkreisförmig mit der Rotationsachse R als ein Mittelpunkt angeordnet. Hierdurch weisen ankommende Strahlen 10 einen kleinen relativen Einfallswinkel β zu dem jeweiligen Filtern 14 auf. Hierbei treffen die ankommenden Strahlen 10 mit einem großen Einfallswinkel β relativ zur optischen Achse A auf einen zur optischen Achse A angewinkelten Filter 14 auf.
  • In der 7 ist eine schematische Darstellung der Empfangseinheit 12 der LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum sechsten Ausführungsbeispiel weist die Empfangseinheit 12 einen Filter 14 auf, der eine Krümmung aufweist. Der Filter 14 ist einteilig ausgeführt und weist eine derartige Krümmung auf, dass ankommende Strahlen 10 einen relativen Einfallswinkel β von 0° relativ zum Filter 14 aufweisen.

Claims (11)

  1. LIDAR-Vorrichtung (1) zum Abtasten eines Abtastwinkels (H, V) mit mindestens einer Strahlenquelle (2) zum Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Strahles (4), mit einem drehbaren Spiegel (6) zum Ablenken des mindestens eines elektromagnetischen Strahles (4) entlang des Abtastwinkels (H, V), mit einer Empfangseinheit (12) zum Empfangen mindestens eines ankommenden elektromagnetischen Strahles (10) und zum Ablenken des mindestens eines ankommenden elektromagnetischen Strahles (10) auf mindestens einen Detektor (18) und mit mindestens einem Filter (14) dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Filter (14) an den mindestens einen ankommenden elektromagnetischen Strahl (10) anpassbar ist.
  2. LIDAR-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Filter (14) entlang des Abtastwinkels (H, V) drehbar ist.
  3. LIDAR-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Filter (14) relativ zum drehbaren Spiegel (6) winkelversetzt oder winkelsynchron drehbar ist.
  4. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine Filter (14) eine einstellbare Fabry-Perot Kavität (20) ist.
  5. LIDAR-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Filter (14) eine einstellbare Kavitätslänge (30) aufweist.
  6. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Kavitätslänge (30) abhängig von einer Ausrichtung des drehbaren Spiegels (6) einstellbar ist.
  7. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine Filter (14) einen einstellbaren Brechungsindex aufweist.
  8. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Brechungsindex abhängig von der Ausrichtung des drehbaren Spiegels (6) einstellbar ist.
  9. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens zwei Filter (14) zum Filtern des mindestens einen ankommenden elektromagnetischen Strahles (10) zueinander winkelversetzt anordbar sind.
  10. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der mindestens eine Filter (14) zum Filtern des mindestens einen ankommenden elektromagnetischen Strahles (10) eine Krümmung aufweist.
  11. Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels (H, V) mit einer LIDAR-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte: - Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Strahles (4), - Ablenken des mindestens einen elektromagnetischen Strahles (4) entlang dem Abtastwinkel (H, V), - Empfangen und Filtern mindestens eines an einem Objekt (18) reflektierten ankommenden Strahles (10), - Detektieren des mindestens eines reflektierten ankommenden Strahles (10), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Filter (14) entsprechend einer Wellenlänge und/oder einem Einfallswinkel (β) des mindestens eines ankommenden Strahles (10) angepasst wird.
DE102017205685.1A 2017-04-04 2017-04-04 LIDAR-Vorrichtung mit einem dynamischen Filter und Verfahren Pending DE102017205685A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017205685.1A DE102017205685A1 (de) 2017-04-04 2017-04-04 LIDAR-Vorrichtung mit einem dynamischen Filter und Verfahren
EP18713908.4A EP3607342A1 (de) 2017-04-04 2018-03-27 Lidar-vorrichtung mit einem dynamischen filter und verfahren
CN201880023434.XA CN110520752A (zh) 2017-04-04 2018-03-27 具有动态滤光器的激光雷达设备和方法
PCT/EP2018/057777 WO2018184915A1 (de) 2017-04-04 2018-03-27 Lidar-vorrichtung mit einem dynamischen filter und verfahren
JP2019554636A JP6941182B2 (ja) 2017-04-04 2018-03-27 動的フィルタを備えたlidar装置および方法
US16/499,918 US11531091B2 (en) 2017-04-04 2018-03-27 LIDAR device including a dynamic filter, and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017205685.1A DE102017205685A1 (de) 2017-04-04 2017-04-04 LIDAR-Vorrichtung mit einem dynamischen Filter und Verfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017205685A1 true DE102017205685A1 (de) 2018-10-04

Family

ID=61801968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017205685.1A Pending DE102017205685A1 (de) 2017-04-04 2017-04-04 LIDAR-Vorrichtung mit einem dynamischen Filter und Verfahren

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11531091B2 (de)
EP (1) EP3607342A1 (de)
JP (1) JP6941182B2 (de)
CN (1) CN110520752A (de)
DE (1) DE102017205685A1 (de)
WO (1) WO2018184915A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019200163A1 (de) 2019-01-09 2020-07-09 Robert Bosch Gmbh Lidarsystem, Verfahren zum Betreiben eines Lidarsystems und Computerprogramm

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018208998A1 (de) * 2018-06-07 2019-12-12 Robert Bosch Gmbh LIDAR-Vorrichtung mit hoher Fremdlichtrobustheit und Verfahren
KR20210149913A (ko) * 2019-05-02 2021-12-10 엘지전자 주식회사 자율주행장치
US11263357B2 (en) * 2020-06-22 2022-03-01 Beijing Voyoager Technology Co., Ltd. Systems and methods for designing MEMS scanning mirrors involving finite element analysis model
CN112859047B (zh) * 2021-01-13 2023-10-03 北京理工大学 一种离轴激光雷达及其回波接收方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080285010A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Omron Corporation Object detector
DE102009023066A1 (de) * 2009-04-01 2010-10-07 Vorwerk & Co. Interholding Gmbh Selbsttätig verfahrbares Gerät, insbesondere selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät
DE202012010014U1 (de) * 2012-10-19 2014-01-20 Sick Ag Laserscanner
US20140240721A1 (en) * 2011-10-14 2014-08-28 Iee International Electronics & Engineerings S.A. Spatially selective detection using a dynamic mask in an image plane
US20160084945A1 (en) * 2013-05-06 2016-03-24 Danmarks Tekniske Universitet Coaxial direct-detection lidar-system

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02223815A (ja) * 1989-02-23 1990-09-06 Matsushita Electric Works Ltd 光学式変位センサ
GB0029224D0 (en) * 2000-11-30 2001-01-17 Secr Defence Optical filters
JP2007085832A (ja) * 2005-09-21 2007-04-05 Omron Corp 光学式レーダ装置
JP2009076557A (ja) * 2007-09-19 2009-04-09 Sharp Corp バンドパスフィルタおよび受光モジュール
JP2010122183A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Sanyo Electric Co Ltd 物体検出装置および情報取得装置
JP2014515839A (ja) * 2011-04-20 2014-07-03 ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・ミシガン 最小角度依存性を有する表示装置及びイメージング用のスペクトルフィルタリング
JP2012242134A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Jfe Steel Corp 形状測定装置およびこれに用いる光学フィルタ
JP5822063B2 (ja) * 2011-07-12 2015-11-24 株式会社Ihi レーザレーダ装置
EP2551635A1 (de) * 2011-07-26 2013-01-30 Hexagon Technology Center GmbH Optisches Messsystem mit Filtereinheit zur Extraktion elektromagnetischer Strahlung
JP2013148446A (ja) * 2012-01-19 2013-08-01 Konica Minolta Inc レーザレーダの製造方法及びレーザレーダ
CN105393083B (zh) * 2013-07-09 2018-07-13 齐诺马蒂赛股份有限公司 周围环境感测系统
US9933514B1 (en) * 2015-03-12 2018-04-03 The Boeing Company LADAR systems with dynamic receiver filters
JP6609995B2 (ja) * 2015-05-25 2019-11-27 富士通株式会社 レーザ測距装置
JP2017122673A (ja) * 2016-01-08 2017-07-13 富士通株式会社 レーザ距離測定装置、測定方法及び測定プログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080285010A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Omron Corporation Object detector
DE102009023066A1 (de) * 2009-04-01 2010-10-07 Vorwerk & Co. Interholding Gmbh Selbsttätig verfahrbares Gerät, insbesondere selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät
US20140240721A1 (en) * 2011-10-14 2014-08-28 Iee International Electronics & Engineerings S.A. Spatially selective detection using a dynamic mask in an image plane
DE202012010014U1 (de) * 2012-10-19 2014-01-20 Sick Ag Laserscanner
US20160084945A1 (en) * 2013-05-06 2016-03-24 Danmarks Tekniske Universitet Coaxial direct-detection lidar-system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019200163A1 (de) 2019-01-09 2020-07-09 Robert Bosch Gmbh Lidarsystem, Verfahren zum Betreiben eines Lidarsystems und Computerprogramm
US11525903B2 (en) 2019-01-09 2022-12-13 Robert Bosch Gmbh Lidar system, method for operating a lidar system, and computer program

Also Published As

Publication number Publication date
CN110520752A (zh) 2019-11-29
JP6941182B2 (ja) 2021-09-29
US11531091B2 (en) 2022-12-20
JP2020515863A (ja) 2020-05-28
US20200116831A1 (en) 2020-04-16
EP3607342A1 (de) 2020-02-12
WO2018184915A1 (de) 2018-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017205685A1 (de) LIDAR-Vorrichtung mit einem dynamischen Filter und Verfahren
DE60202815T2 (de) Steuerbare flüssige Mikrolinse
DE102014118383B4 (de) Objektiv für eine Foto- oder Filmkamera und Verfahren zum gezielten Dämpfen bestimmter Raumfrequenzbereiche der Modulations-Transfer-Funktion eines derartigen Objektivs
DE112008001139T5 (de) Gradienten-Index-Linse für Mikrowellenstrahlung
DE102014014983A1 (de) Optisches Filterelement für spektroskopische Einrichtungen zur Umwandlung von spektralen Informationen in Ortsinformationen
EP3494432A1 (de) Interferometer und verfahren zum betreiben desselben
EP3507642A1 (de) Verfahren zum justieren eines laserscanning-fluoreszenzmikroskops und laserscanning-fluoreszenzmikroskop mit einer automatischen justiervorrichtung
EP2504710A1 (de) Mikroarraybasiertes ortsfilter
DE102016221292A1 (de) Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes
EP1503240A1 (de) Kamerasystem
WO2016184735A1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung zu einem reflektierenden zielobjekt
EP3298426A1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung zu einem reflektierenden zielobjekt
EP0305423A1 (de) Vorrichtung zum ablenken eines strahlenbündels
DE102017121454A1 (de) Vorrichtung zur Justierung eines Polarisationsfilters sowie Herstellungsverfahren
EP0050584A1 (de) Spiegellinsenobjektiv von hohem Öffnungsverhältnis
DE102007015896B4 (de) Teleoptik für den infraroten Spektalbereich
DE102019118676B4 (de) Optisches System zur Homogenisierung der Intensität von Lichtstrahlung und Anlage zur Bearbeitung einer Halbleitermaterialschicht
WO2022033923A1 (de) Vorrichtung zum erzeugen einer definierten laserlinie auf einer arbeitsebene
DE60304750T2 (de) Dispersionskompensator mit flacher Durchlasskurve
DE102006016395B3 (de) Detektor/Linsen-Anordnung eines Passiv-Infrarotbewegungsmelders
EP0938011A1 (de) Achrathermer Reimager
DE102018107363B4 (de) Verfahren und Sensor zum Erzeugen von 3D-Bilddaten
WO2013108060A1 (de) Optisches rasternahfeldmikroskop
DE60306015T2 (de) Fensterblenden
DE202004005991U1 (de) Vorrichtung zur Durchführung eines Analyseverfahrens zur Detektion von räumlichen Spurenelementen-Verteilungsmustern in einer gefrorenen Probe

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication