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Die vorliegende Erfindung betrifft ein LIDAR-System zur Erfassung eines Objekts, eine Arbeitsvorrichtung und/oder Fahrzeug, welche bzw. welches mit einem LIDAR-System ausgebildet ist und ein Verfahren zur Erfassung eines Objekts mit einem LIDAR-System.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2004 014 041 A1 ein Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Boden-und Luftfahrzeug. Hierbei sind mehrere nach dem Laufzeitverfahren arbeitende Mehrkanalentfernungsmess-Systeme in einem rotierenden Kopf untergebracht. Die Auswertung der Lacke von Hindernissen erfolgt durch die Abtastung mit dieser Mehrkanalentfernungsmess-Systeme.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung geht aus von einem LIDAR-System zur Erfassung eines Objekts mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotor, wobei der Rotor wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten mit je einem Erfassungsbereich aufweist. Die Erfassungsbereiche sind in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet. Jede der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten weist eine Sendeeinheit mit wenigstens einem Laser zur Aussendung eines Laserstrahls in den Erfassungsbereich der Sendeempfangseinheit auf. Jede der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten weist eine Empfangseinheit zum Empfangen von Laserlicht, welches im Erfassungsbereich der Sendeempfangseinheit vom Objekt reflektiert wurde, auf.
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Erfindungsgemäß weist wenigstens eine der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten wenigstens eine Strahlvervielfältigungseinheit zur Vervielfältigung des wenigstens einen Laserstrahls in wenigstens zwei Vervielfältigungsstrahlen auf.
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Um mit einem einzelnen LIDAR-System Objekte in allen Richtungen erfassen zu können, kann ein rotierendes System verwendet werden. Dabei können bei einer vertikalen Ausrichtung einer Rotationsachse des Systems verschiedene Lichtstrahlen verschiedene Winkelbereiche abtasten. Ein Erfassungsbereich deckt dabei umlaufend um die Rotationsachse einen Winkelbereich von Polarkoordinaten ab. Der Rotor kann eine induktive Energieübertragungseinrichtung aufweisen. Eine induktive Energieübertragung erfolgt durch benachbarte Spulen. Die Energieübertragung kann berührungslos erfolgen. Dadurch können Schleifkontakte und resultierende Vibrationen beim Betrieb des LIDAR-Systems vermieden werden.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden mehrere Sendeempfangseinrichtungen auf einem gemeinsamen Rotor verwendet, um jeweils eine vorgegebene Anzahl an Vervielfältigungsstrahlen in unterschiedliche Richtungen, insbesondere in unterschiedliche Winkelbereiche, zu senden und deren Reflexionen zu empfangen. Die gewonnenen Richtungs- und Entfernungsinformationen werden anschließend zu einem Gesamtbild der Umgebung kombiniert. Als Sendeempfangseinheit kann eine Sende- und Empfangseinheit bezeichnet werden, die Vervielfältigungsstrahlen in einen Erfassungsbereich sendet und deren Reflexionen aus dem Erfassungsbereich empfängt. Die Sendeempfangseinheit kann als Laserscanner bezeichnet werden. Die Sendeempfangseinheit kann Sendezeitpunkte und Laufzeiten des Lichts oder Richtung und Entfernung zu einem detektierten Objekt bereitstellen.
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Das LIDAR-System kann eine erste Anzahl p an Sendeempfangseinheiten aufweisen. Die erste Anzahl p ist hierbei eine ganze Zahl, größer gleich 2. Die Sendeempfangseinheiten können in einer ausgewuchteten Anordnung um die Rotationsachse angeordnet sein. Bei einer ausgewuchteten Anordnung kann ein Gesamtschwerpunkt des Rotors mit den Sendeempfangseinheiten und der Peripherie auf die Rotationsachse fallen. Die Anordnung kann statisch oder statisch und dynamisch ausgewuchtet sein. Die Sendeempfangseinheiten können gleichartig sein. Die Sendeempfangseinheiten können den gleichen Aufbau beziehungsweise die gleiche Struktur aufweisen. Die Sendeempfangseinheiten können verschieden zueinander sein. Die Sendeempfangseinheiten können einen unterschiedlichen Aufbau beziehungsweise eine unterschiedliche Struktur aufweisen.
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Jede der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten kann eine zweite Anzahl n Lasern aufweisen. Die zweite Anzahl n ist eine ganze Zahl, größer gleich 1. Durch die Vervielfältigung des wenigstens einen Laserstrahls in die wenigstens zwei Vervielfältigungsstrahlen bildet sich ein Strahlenfächer. Ein Strahlenfächer kann aus divergierenden Vervielfältigungsstrahlen bestehen. Die wenigstens zwei Vervielfältigungsstrahlen können in unterschiedlichen Winkeln zu dem wenigstens einen Laserstrahl ausgesendet werden. Aufgrund der Winkelverteilung der Vervielfältigungsstrahlen bilden sich die verschiedenen Auflösungsebenen in einer Ebene aus. Somit kann jeder der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten des LIDAR-Systems in wenigstens einer Ebene erhöht werden. Der wenigstens eine Laserstrahl kann in eine dritte Anzahl m Vervielfältigungsstrahlen vervielfältigt werden. Die dritte Anzahl klein m ist eine ganze Zahl, größer gleich 2.
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Die Auflösung des gesamten LIDAR-Systems ergibt sich anhand der ersten Anzahl p an Sendeempfangseinheiten, anhand der zweiten Anzahl n an Lasern und anhand der dritten Anzahl m an Vervielfältigungsstrahlen. Durch unterschiedliche Variationen dieser drei Werte kann eine verbesserte Skalierbarkeit des LIDAR-Systems erreicht werden.
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Das mittels der Empfangseinheit empfangene Laserlicht kann mittels gängiger Lichtlaufzeitverfahren ausgewertet werden. Hierfür kann das LIDAR-System eine geeignete Auswerteeinheit aufweisen. Die Auswertungseinheit kann dafür ausgebildet sein, eine Lichtlaufzeit des ausgesandten und wieder empfangenen Laserlichts zu bestimmen. Zu solchen Lichtlaufzeitverfahren zählen Pulsverfahren, die den Empfangszeitpunkt eines reflektierten Laserpulses bestimmen, oder Phasenverfahren, die ein amplitudenmoduliertes Laserlicht aussenden und den Phasenversatz zu dem empfangenen Laserlicht bestimmen.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Auflösung in wenigstens einer Ebene erhöht werden kann. Die Auflösung wird hierbei im jeweiligen Sendepfad jeder Sendeempfangseinheiten erzielt. Die Anforderung an die Auflösung im jeweiligen Empfangspfad kann geringer sein. Im Empfangspfad kann entsprechend eine hohe Apertur verwendet werden. Im Empfangspfad kann eine einfache Optik verwendet werden. Im Sendepfad kann eine einfache Optik verwendet werden. Die Anforderungen an einen optischen Filter des LIDAR-Systems können gering gehalten werden. Es ist möglich, mit einer gleich bleibenden zweiten Anzahl n an Lasern in wenigstens einer Sendeeinheit eine höhere Auflösung als in einer bekannten Sendeempfangseinheit zu erreichen. Es ist möglich, mit einer geringeren zweiten Anzahl n an Lasern in wenigstens einer Sendeeinheit die gleiche Auflösung wie in einer bekannten Sendeempfangseinheit zu erreichen. Anstatt eine zweite Anzahl n Laser für eine Anzahl Auflösungsebenen einzusetzen, kann ein einziger Laser in der Sendeeinheit ausreichen, um die gleiche Anzahl an Auflösungsebenen zu realisieren. Es ist somit möglich, eine große Zahl an weiteren elektronischen Komponenten des LIDAR-Systems einzusparen. Hierdurch kann das LIDAR-System kostengünstiger realisiert werden. Der Bauraum des LIDAR-Systems kann reduziert werden. Die Anzahl an Justage-Schritten kann minimiert werden.
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Die Strahlvervielfältigungseinheit kein transmittierend oder reflektierend ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Erfassungsbereiche in unterschiedlichen Winkelstellungen zu der Rotationsachse ausgerichtet sind. Dazu können die Sendeempfangseinheiten gegenüber einer Rotationsebene des Rotors zumindest teilweise verkippt beziehungsweise angestellt angeordnet sein. Ebenso kann eine Optik der Sendeempfangseinheiten innerhalb eines Gehäuses der Sendeempfangseinheit schräg angeordnet sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass sich durch die unterschiedlichen Winkelstellungen die Winkelbereiche der Erfassungsbereiche zu einem Gesamterfassungsbereich ergänzen können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Erfassungsbereiche zu mindestens teilweise überlappen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die überlappenden Bereiche durch eine Überlappung häufig abgetastet werden. Wenn die Lichtstrahlen in den überlappenden Bereichen mit einem Winkelversatz ausgerichtet sind, werden die überlappenden Bereiche mit einer erhöhten Auflösung abgetastet. Wenn die Lichtstrahlen in den überlappenden Bereichen keinen Winkelversatz aufweisen, ergibt sich eine erhöhte Abtastrate.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Erfassungsbereiche nicht überlappen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass ohne Überlappung der Gesamterfassungsbereich des LIDAR-Systems maximal ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Strahlvervielfältigungseinheit wenigstens einer der zwei Sendeempfangseinheiten weiterhin dazu ausgebildet ist, die wenigstens zwei Vervielfältigungsstrahlen in einer vertikalen Richtung und zusätzlich oder alternativ in einer horizontalen Richtung abzulenken. Unter einer horizontalen Ebene kann hierbei jene Ebene verstanden werden, die rechtwinklig zur Lotrichtung steht. Unter einer vertikalen Ebene kann hierbei jene Ebene verstanden werden, die parallel zur Lotrichtung steht. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, die vertikale Auflösung und zusätzlich oder alternativ die horizontale einer LIDAR-Vorrichtung erhöht werden kann. Die Erhöhung der Auflösung kann hierbei kostengünstig realisiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Strahlvervielfältigungseinheit in wenigstens einer der zwei Sendeempfangseinheiten als diffraktives optisches Element ausgebildet ist. Ein diffraktives optisches Element kann beispielsweise ein optisches Gitter sein. Ein diffraktives optisches Element kann ein holographisches optisches Element sein. Sowohl phasenschiebende (zum Beispiel Phasengitter) als auch absorbierende (zum Beispiel Amplitudengitter) Ausführungen sind möglich. Durch Interferenz an dem diffraktiven optischen Element entstehen die wenigstens zwei Vervielfältigungsstrahlen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass das diffraktive optische Element eine gute Kontrolle über das vertikale Sichtfeld des LIDAR-Systems ermöglicht. Das diffraktive optische Element lässt sich auf einfache Weise und individuell an die Anforderungen des LIDAR-Systems anpassen. So kann zum Beispiel durch Anpassen der Gitterparameter (Gitterperiode, Spaltbreite, Anzahl der ausgeleuchteten Spalten) der Winkelabstand als auch die Intensitätsverteilung über die Winkel kontrolliert werden. Die Winkelverteilung der Vervielfältigungsstrahlen kann an die Empfangseinheit der jeweiligen Sendeempfangseinheiten angepasst werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Strahlvervielfältigungseinheit in wenigstens einer der zwei Sendeempfangseinheiten als refraktives optisches Element ausgebildet ist. Durch Lichtbrechung an dem refraktiven optischen Element entstehen die wenigstens zwei Vervielfältigungsstrahlen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine gute Kontrolle über die Auflösungen der wenigstens einen Ebene ermöglicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das LIDAR-System weiterhin eine Steuereinheit aufweist, welche dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Laser einer Sendeempfangseinheit anzusteuern. Die wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten können hierbei zeitlich versetzt ansteuerbar sein. Weist wenigstens eine der Sendeempfangseinheiten wenigstens zwei Laser auf, so können die wenigstens zwei Laser zeitlich versetzt ansteuerbar sein. Die Steuereinheit kann weiterhin zur Ansteuerung weiterer Komponenten des LIDAR-Systems ausgebildet sein. Die Steuereinheit kann zur Ansteuerung des drehbaren Rotors ausgebildet sein.
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Es wird auch eine Arbeitsvorrichtung und/oder ein Fahrzeug beansprucht, welche und/oder welches mit einem oben beschriebenen System ausgebildet ist und/oder sind. Insbesondere in einem hochautomatisierten Fahrzeug kann ein beschriebenes LIDAR-System für die hochautomatisierten Fahrfunktionen von Vorteil sein. Auch in einem vollautomatisierten Fahrzeug kann ein beschriebenes System für die automatisierte Fahrfunktion von Vorteil sein. Für ein hochautomatisiertes bzw. für ein vollautomatisiertes Fahrzeug führt eine höhere Auflösung in wenigstens einer Ebene zur besseren Erkennung der Umgebung des Fahrzeugs.
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Es wird auch ein Verfahren zur Erfassung eines Objekts mit einem LIDAR-System mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotor beansprucht. Der Rotor weist wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten mit in unterschiedliche Richtungen ausgerichteten Empfangsbereichen auf. Das Verfahren weist den Schritt der Ansteuerung der Sendeeinheit der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten zur Aussendung jeweils wenigstens eines Laserstrahls in den Erfassungsbereich der jeweiligen Sendeempfangseinheiten auf. Das Verfahren weist den weiteren Schritt des Empfangens von Laserlicht mittels jeweils einer Empfangseinheit jeder der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten auf. Das Laserlicht wurde hierbei im Erfassungsbereich der jeweiligen Sendeempfangseinheiten vom Objekt reflektiert. Das Verfahren weist den weiteren Schritt der Vervielfältigung des von wenigstens einer der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten ausgesendeten wenigstens einen Laserstrahls in wenigstens zwei Vervielfältigungsstrahlen auf.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
- 1 zeigt ein Blockschaltbild eines LIDAR-Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt eine räumliche Darstellung eines Rotors eines LIDAR-Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 zeigt eine Sendeempfangseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 4 zeigt ein Verfahren zur Erfassung eines Objekts mit einem LIDAR-System gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines LIDAR-Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das LIDAR-System 100 ist dazu ausgebildet, Objekte in einem Gesamterfassungsbereich 102 von 360° zu erfassen. Dazu weist das LIDAR-System 100 einen um eine Drehachse 104 drehbar gelagerten Rotor 106 auf. Der Rotor 106 ist ein Sensorträger und weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei diametral gegenüberliegende Sendeempfangseinheiten 108 auf.
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Diese symmetrische Anordnung ist eine ausgewuchtete Anordnung. Abhängig von den Anforderungen an das LIDAR-System 100 kann der Rotor 106 eine unterschiedliche erste Anzahl p von Sendeempfangseinheiten 108 aufweisen.
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Die Sendeempfangseinheiten 108 sind eigenständige Laserscanner. Die Sendeeinheit jeder der Sendeempfangseinheiten 108 weist wenigstens einen Laser zur Aussendung eines Laserstrahls auf. Die Sendeempfangseinheiten 108 weisen weiterhin jeweils eine Strahlvervielfältigungseinheit auf. Die Strahlvervielfältigungseinheit vervielfältigt jeweils den wenigstens einen Laserstrahl in die Vervielfältigungsstrahlen 110 (siehe auch 3). Die Vervielfältigungsstrahlen 110 werden jeweils als ein Strahlenfächer 110 in je einen Erfassungsbereich 112 ausgesendet. Die Strahlenfächer 110 sind hier radial zu der Rotationsachse 104 und um 180° versetzt ausgerichtet. Wenn die Vervielfältigungsstrahlen 110 auf ein Objekt treffen, projizieren sie eine Linie 114 von Lichtpunkten beziehungsweise Lichtstreifen auf das Objekt. Die Lichtstreifen können nahtlos ineinander übergehen.
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Die Vervielfältigungsstrahlen 110 der beiden Sendeempfangseinheiten 108 sind hier in unterschiedlichen Winkeln zur Rotationsachse 104 ausgerichtet. Die Vervielfältigungsstrahlen 110 sind gleich breit aufgefächert. Die Vervielfältigungsstrahlen 110 sind auf unterschiedliche Seiten einer Normalen zur Rotationsachse 104 gerichtet. Dadurch ergänzen sich die beiden Erfassungsbereiche 112 zu dem Gesamterfassungsbereich 102 des LIDAR-Systems 100.
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Die Rotationsachse 104 ist hier in einer vertikalen Ausrichtung dargestellt. Die Sendeempfangseinheiten 108 bewegen sich daher in einer horizontalen Rotationsebene auf einer Kreisbahn. Die Linie 114 der Lichtpunkte ist hier vertikal ausgerichtet. Der eine Strahlenfächer 110 ist oberhalb der Rotationsebene gerichtet, der andere Strahlenfächer 110 ist unterhalb der Rotationsebene gerichtet.
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Der Rotor 106 wird durch einen Antrieb 116 angetrieben. Dadurch rotieren die Vervielfältigungsstrahlen 110 um das LIDAR-System 100. Der Gesamterfassungsbereich 102 wird so einmal pro Umdrehung erfasst. Der Rotor 106 kann beispielsweise mit bis zu 20 Umdrehungen pro Sekunde gedreht werden.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Strahlenfächer 110 im Wesentlichen im gleichen Winkel zur Rotationsachse 104 ausgerichtet. Der Gesamterfassungsbereich 102 deckt damit den gleichen Winkel ab, wie die Strahlenfächer 110. Dafür wird der Gesamterfassungsbereich 102 zweimal pro Umdrehung erfasst.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das LIDAR-System 100 eine berührungslose Energieübertragungseinrichtung 118 auf. Die Energieübertragungseinrichtung 118 weist eine feststehende Induktionseinheit und eine mit dem Rotor 106 drehende Induktionseinheit auf. Die Induktionseinheiten sind durch einen Luftspalt voneinander beabstandet. Die feststehende Induktionseinheit ist mit einer Energieversorgungseinrichtung 120 des LIDAR-Systems 100 verbunden. Die mitdrehende Induktionseinheit ist mit den Sendeempfangseinheiten 108 verbunden.
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Die Laserstrahlen werden gepulst ausgesendet und werden zurückgestreut bzw. reflektiert, wenn sie auf ein Objekt treffen. Über eine Laufzeit zwischen dem Aussenden und dem Empfangen kann eine Entfernung zwischen der Sendeempfangseinheit 108 und dem Objekt berechnet werden. Eine Winkelstellung des Rotors 106 zu einem Zeitpunkt des Aussendens ist bekannt. Somit ist auch eine Richtung zu dem Objekt bekannt. Diese Entfernungsinformationen 122 und Richtungsinformationen 122 werden in einem Ausführungsbeispiel drahtlos an eine Steuereinheit 124 des LIDAR-Systems 100 übertragen.
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Die Informationen 122 werden sequentiell bearbeitet, da zusammengehörende horizontale Winkelbereiche nicht gleichzeitig sondern nacheinander abgefahren werden. Durch eine sequenzielle Übertragung werden die Informationen 122 nacheinander übertragen. In der Steuereinheit 124 werden die Entfernungsinformationen 122 der einzelnen Sendeempfangseinheiten 108 über die Richtungsinformationen 122 korreliert. Die Steuereinheit 124 ist in diesem Fall als Auswerteeinheit des LIDAR-Systems 100 ausgebildet. Das LIDAR-System 100 kann alternativ auch eine separate Auswerteeinheit aufweisen.
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2 zeigt eine räumliche Darstellung eines Rotors 106 eines LIDAR-Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Rotor 106 entspricht im Wesentlichen dem Rotor in 1. Im Gegensatz dazu weist der Rotor 106 hier drei Sendeempfangseinheiten 108 auf. Die Sendeempfangseinheiten 108 sind gleichartig, und azimutal um jeweils 120° zueinander versetzt angeordnet. Der Rotor 106 ist hier eine Kreisscheibe mit drei Ausschnitten 200, in denen die Sendeempfangseinheiten 108 angeordnet sind. Die Sendeempfangseinheiten 108 sind gleichmäßig entlang eines Umfangs der Kreisscheibe verteilt angeordnet. Dies entspricht einer zumindest statisch ausgewuchteten Anordnung, da ein Schwerpunkt des Rotors 106 und der Sendeempfangseinheiten 108 mit der Rotationsachse 104 zusammenfällt.
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Es können sich alle elektrooptischen Komponenten auf dem Rotor 106 befinden. Es kann ein Erfassungsbereich bis zu 360° abgedeckt werden. Dabei kann bisher der gesamte vertikale Bereich durch ein einzelnes LIDAR-System 100 abgedeckt werden.
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Die Sendeempfangseinheiten 108 weisen eine Sende- und Empfangsapertur 202 auf. Die Sende- und Empfangsapertur 202 ist bei allen Sendeempfangseinheiten 108 von der Rotationsachse 104 abgewandt. In den Ausschnitten 200 sind die Sendeempfangseinheiten 108 gegenüber einer Ebene der Kreisscheibe zum Teil um einen Winkel verkippt angeordnet, damit die hier nicht dargestellten Erfassungsbereiche in unterschiedlichen Winkelstellungen zur Rotationsachse 104 ausgerichtet sind. Dabei ist hier eine der Sendeempfangseinheiten 108 nach oben verkippt angeordnet. Eine der Sendeempfangseinheiten 108 ist nach unten verkippt angeordnet. Eine der Sendeempfangseinheiten 108 ist nicht verkippt angeordnet. Durch diese Anordnung decken die Sendeempfangseinheiten 108 zusammen einen oberen Bereich, einen mittleren Bereich und einen unteren Bereich des Gesamterfassungsbereichs des LIDAR-Systems ab.
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Mit anderen Worten kann eine Sendeempfangseinheit 108 als ein Teilsystem oder ein Sensor bezeichnet werden. Durch den hier vorgestellten Ansatz kann unter Verwendung von p Sendeempfangseinheiten 108 eine Reduzierung der Anforderungen an die Winkelauflösung jeder Sendeempfangseinheit 108 erreicht werden. Es können große Winkelbereiche mit hoher Auflösung und hohen Frameraten abgetastet werden.
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Die Auflösung des gesamten LIDAR-Systems ergibt sich anhand der ersten Anzahl p an Sendeempfangseinheiten 108, anhand der zweiten Anzahl n an Lasern und anhand der dritten Anzahl m an Vervielfältigungsstrahlen 110. In einem Ausführungsbeispiel weist das LIDAR-System drei Sendeempfangseinheiten 108 auf. Die erste Anzahl p beträgt hier drei. Soll beispielsweise ein vertikaler Sichtbereich von 27° in 180 Auflösungsebenen realisiert werden, so können die 180 Auflösungsebenen auf die drei Sendeempfangseinheiten 108 verteilt werden. Jede der drei Sendeempfangseinheiten 108 kann dann ihre jeweils 60 Auflösungsebenen mit 9° auflösen. Zum Beispiel weist jede der drei Sendeempfangseinheiten 108 jeweils einen Laser auf. Die zweite Anzahl n beträgt eins. Weiterhin kann jede der drei Sendeempfangseinheiten 108 jeweils eine Strahlvervielfältigungseinheit aufweisen, die einen Laserstrahl in drei Vervielfältigungsstrahlen vervielfältigen kann. Die dritte Anzahl m beträgt drei. So reduziert sich die Anforderung an jede Sendeempfangseinheit 108 auf 20 Auflösungsebenen mit 3°.
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Das LIDAR-System kann auch mehr als drei Sendeempfangseinheiten 108 aufweisen, die dabei ebenfalls in einer ausgewuchteten Anordnung auf dem Rotor 106 verteilt sind. Beispielsweise können fünf Sendeempfangseinheiten 108 um je 72 Grad versetzt zueinander oder neun Sendeempfangseinheiten 108 um je 40 Grad versetzt zueinander auf dem Rotor 106 angeordnet sein. Durch eine geeignete Wahl der vertikalen Winkeleinstellung von p gleichen Sendeempfangseinheiten 108 kann eine erhöhte Auflösung und/oder ein erhöhter Winkelbereich bzw. eine erhöhte Framerate erreicht werden.
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Ebenso kann das LIDAR-System aus p Sendeempfangseinheiten 108 bestehen, die den gleichen Winkelbereich abdecken. Dabei können die Sendeempfangseinheiten 108 auch unterschiedliche vertikale Winkelschritte abdecken, also beispielsweise um einen Auflösungsschritt versetzt sein. So kann die Auflösung erhöht werden. Wenn die Sendeempfangseinheiten 108 alle den gleichen Winkelbereich abdecken, kann die Wiederholungsrate und/oder die funktionale Sicherheit des Systems erhöht werden.
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3 zeigt eine Sendeempfangseinheit 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Sendeempfangseinheit 108 weist die Sendeeinheit 301 auf. Die Sendeeinheit 301 weist die Lasereinheit 302 auf. Die Lasereinheit 302 weist die Laser 302-1 bis 302-n auf. Die Laser 302-1 bis 302-n senden die Laserstrahlen 303-1-1 bis 303-1-n aus. Die Sendeeinheit 301 kann optische Elemente 308 im Strahlengang der ausgesendeten Laserstrahlen 303-1-1 bis 303-1-n aufweisen. Derartige optische Elemente können zum Beispiel optische Linsen, Spiegel und Ähnliches sein. Die Sendeempfangseinheit 108 weist weiterhin die Strahlvervielfältigungseinheit 305 auf. Die Strahlvervielfältigungseinheit 305 kann als diffraktives optisches Element oder als refraktives optisches Element ausgebildet sein. Die Laserstrahlen 303-1-1 bis 303-1-n treffen auf die Strahlvervielfältigungseinheit 305 und werden in die Vervielfältigungsstrahlen 303-m-1 bis 303-m-n vervielfältigt. Die Laserstrahlen 303-1-1 bis 303-1-n können hierbei in einer horizontalen Ebene vervielfältigt werden. Die Laserstrahlen 303-1-1 bis 303-1-n können hierbei in einer vertikalen Ebene vervielfältigt werden. Befindet sich im Erfassungsbereich 112 ein Objekt, so können die Vervielfältigungsstrahlen 303-m-1 bis 303-m-n von dem Objekt gestreut werden. Die Vervielfältigungsstrahlen 303-m-1 bis 303-m-n können von dem Objekt reflektiert werden. Die Sendeempfangseinheit 108 weist weiterhin die Empfangseinheit 304 auf. Mittels der Empfangseinheit 304 kann vom Objekt reflektiertes Laserlicht 306 empfangen werden. Die Empfangseinheit 304 kann optische Elemente 309 im Strahlengang des empfangenen Laserlicht 306 aufweisen. Derartige optische Elemente können zum Beispiel optische Linsen, Spiegel und Ähnliches sein. Das empfangene Laserlicht 306 kann auf die Detektoren 307-1 bis 307-q auftreffen. Mittels einer hier nicht gezeigten Auswerteeinheit können die aufgrund des empfangenen Laserlichts generierten Signale ausgewertet werden.
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4 zeigt das Verfahren 400 zur Erfassung eines Objekts mit einem LIDAR-System mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotor, wobei der Rotor wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten mit in unterschiedliche Richtungen ausgerichteten Erfassungsbereichen aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 400 startet im Schritt 401. Im Schritt 402 werden die Sendeeinheiten der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten zur Aussendung jeweils wenigstens eines Laserstrahls in den Erfassungsbereich der jeweiligen Sendeempfangseinheiten angesteuert. Im Schritt 403 wird der wenigstens einen Laserstrahl, welcher von wenigstens einer der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten ausgesendet wird, in wenigstens zwei Vervielfältigungsstrahlen vervielfältigt. Im Schritt 405 wird Laserlicht, welches im Erfassungsbereich der jeweiligen Sendeempfangseinheiten vom Objekt reflektiert wurde, mittels jeweils einer Empfangseinheit jeder der wenigstens zwei Sendeempfangseinheiten empfangen. Das Verfahren 400 endet im Schritt 405.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004014041 A1 [0002]
