DE102020203597A1 - LiDAR-System und Fahrzeug - Google Patents

LiDAR-System und Fahrzeug Download PDF

Info

Publication number
DE102020203597A1
DE102020203597A1 DE102020203597.0A DE102020203597A DE102020203597A1 DE 102020203597 A1 DE102020203597 A1 DE 102020203597A1 DE 102020203597 A DE102020203597 A DE 102020203597A DE 102020203597 A1 DE102020203597 A1 DE 102020203597A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lidar system
light source
temperature
bandpass filter
width
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
DE102020203597.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Markus Kienzle
Frederik ANTE
Remigius Has
Stefan Spiessberger
Markus Hippler
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 DE102020203597.0A priority Critical patent/DE102020203597A1/de
Priority to PCT/EP2021/056290 priority patent/WO2021185684A2/de
Priority to CN202180036261.7A priority patent/CN115667977A/zh
Priority to US17/907,026 priority patent/US20230126182A1/en
Publication of DE102020203597A1 publication Critical patent/DE102020203597A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4812—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver transmitted and received beams following a coaxial path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers

Abstract

Offenbart ist ein LiDAR-System (1), das eine Lichtquelle (2) und einen Bandpassfilter (3), der in einem Empfangspfad des LiDAR-Systems (1) angeordnet ist, aufweist, wobei der Empfangspfad dafür eingerichtet ist, von der Lichtquelle (2) ausgesendetes Licht, das in einer Umwelt des LiDAR-Systems (1) reflektiert wurde, zu empfangen. Eine spektrale Transmissionsbreite des Bandpassfilters (3) ist schmaler eingerichtet als eine spektrale Emissionsbreite eines von der Lichtquelle (2) ausgesendeten Lichtstrahls.Weiter ist ein Fahrzeug offenbart, das ein derartig eingerichtetes LiDAR-System (1) umfasst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein LiDAR-System, das eine Lichtquelle und einen Bandpassfilter, der in einem Empfangspfad des LiDAR-Systems angeordnet ist, aufweist, wobei der Empfangspfad dafür eingerichtet ist, von der Lichtquelle ausgesendetes Licht, das in einer Umwelt des LiDAR-Systems reflektiert wurde, zu empfangen, sowie ein Fahrzeug, das ein derartiges LiDAR-System umfasst.
  • Stand der Technik
  • Optische Bandpassfilter, vorzugsweise Interferenzfilter, werden im Empfangspfad in aktuellen LiDAR-Systemen verwendet, um ein Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, indem Hintergrundlicht herausgefiltert und die Nutzstrahlung, in der Regel Laserstrahlung, transmittiert wird. Um den Einfluss eines Hintergrundlichts auf das Signal/Rausch-Verhältnis möglichst gering zu halten, sollte der empfangsseitig verbaute Bandpassfilter möglichst schmal sein, also einen möglichst kleinen Wellenlängenbereich passieren lassen. Die Filterbandbreite wird in der Regel so gewählt, dass ein Großteil der emittierten Laserleistung den Bandpassfilter wieder passieren kann. Beispielsweise kann ein Laser mit 10 nm spektraler Breite verwendet werden. Der Bandpassfilter muss allerdings noch breiter sein, um Toleranzen von Emissionswellenlänge des Lasers zu Zentralwellenlänge des Bandpassfilters, Winkelabhängigkeiten des Filters und Toleranzen der Temperaturregelung abzufangen. Als typischer Wert müsste der Bandpassfilter etwa 15 nm breit sein, um über alle Toleranzen hinweg sicherzustellen, dass die Laserstrahlung zu einem großen Teil den Filter passieren kann.
  • Typische Laserquellen, welche in LiDAR-Systemen verwendet werden, sind Halbleiterlaser ohne Wellenlängenstabilisierung, wie beispielsweise Fabry-Perot-Kantenemitter-Breitstreifenlaser. Diese Art von Lasern wird schon seit längerem in unterschiedlichen Systemen verwendet, weshalb die Technologie vergleichsweise ausgereift ist. Des Weiteren besitzen diese Laser eine hohe Effizienz. Ein wesentlicher Nachteil ist die vergleichsweise große spektrale Breite von typischerweise 8-10 nm, welche sich wie bereits erwähnt negativ auf die Signalqualität eines LiDAR-Systems auswirkt, da empfangsseitig ein Bandpassfilter mit großer spektraler Transmissionsbreite verwendet werden muss. Die spektrale Emissionsbreite ist aufgrund von Toleranzen (beispielsweise der Zentralwellenlänge) noch größer als die spektrale Breite des Lasers selbst, typischerweise 12-18 nm.
  • Vor allem im Telekommunikationsbereich ist es üblich, Halbleiterlaser zu temperieren, um Temperatureffekte, wie beispielsweise einen Wellenlängendrift, zu vermeiden. Die Temperierung kann beispielsweise durch Heizelemente oder durch Peltierelemente realisiert werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein LiDAR-System zur Verfügung gestellt, bei welchem eine spektrale Transmissionsbreite des Bandpassfilters schmaler eingerichtet ist als eine spektrale Emissionsbreite eines von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das LiDAR-System hat den Vorteil, dass zwar optische Signalleistung abgeschnitten, aber die oben beschriebenen Vorteile der einfacheren Laserquelle überwiegen und der Einfluss des Hintergrundlichts hiermit reduziert wird.
  • Bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite nicht größer als 95% der spektralen Emissionsbreite ist. Nochmals bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite nicht größer als 90% der spektralen Emissionsbreite ist. Nochmals bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite nicht größer als 80% der spektralen Emissionsbreite ist. Nochmals bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite nicht größer als 70% der spektralen Emissionsbreite ist. Nochmals bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite nicht größer als 60% der spektralen Emissionsbreite ist. Nochmals bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite nicht größer als 50% der spektralen Emissionsbreite ist. Bevorzugt ist jedoch zugleich, dass die spektrale Transmissionsbreite größer als 5% der spektralen Emissionsbreite ist. Nochmals bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite größer als 10% der spektralen Emissionsbreite ist. Nochmals bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite größer als 20% der spektralen Emissionsbreite ist. Nochmals bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite größer als 30% der spektralen Emissionsbreite ist. Nochmals bevorzugt ist, dass die spektrale Transmissionsbreite größer als 40% der spektralen Emissionsbreite ist. Vorzugsweise kann die spektrale Emissionsbreite der Lichtquelle zwischen 8 und 15 nm liegen, vorzugsweise zwischen 8 und 12 nm. Vorzugsweise kann die spektrale Transmissionsbreite bei etwa 10 nm liegen, vorzugsweise dann, wenn die spektrale Emissionsbreite bei etwa 15 nm liegt. Dann wird der Einfluss des Hintergrundlichts besonders gut reduziert.
  • In einigen Ausführungsformen ist das LiDAR-System dafür eingerichtet, eine Temperierung der Lichtquelle an eine temperaturabhängige Veränderung des Bandpassfilters anzupassen. Bevorzugt ist, dass die temperaturabhängige Veränderung des Bandpassfilters eine temperaturabhängige spektrale Verschiebung ist. Hintergrund ist, dass manche Filter einen Temperaturdrift von bis zu 0,1 nm/K aufweisen, welcher bei perfekter Temperaturstabilisierung der Lichtquelle dazu führen würde, dass Zentralwellenlängen der Lichtquelle und des Bandpassfilters auseinanderlaufen würden. Bevorzugt ist nämlich, dass die Zentralwellenlänge der Lichtquelle und die Zentralwellenlänge des Bandpassfilters übereinstimmen.
  • Deshalb ist in manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass das LiDAR-System eine Temperaturstabilisierungseinrichtung aufweist, die dafür eingerichtet ist, die Temperierung der Lichtquelle derart zu regeln, dass die Zentralwellenlänge der Lichtquelle mit der Zentralwellenlänge des Bandpassfilters übereinstimmt. Das bedeutet, dass der Laser in derartigen Ausführungsformen in Abhängigkeit der Temperatur des Bandpassfilters auf eine Temperatur regelbar eingerichtet ist, bei welcher die Zentralwellenlängen von Lichtquelle und Bandpassfilter aufeinanderpassen. Als Lichtquelle wird vorzugsweise ein Laser verwendet, der besonders vorzugsweise eine vergleichsweise große spektrale Emissionsbreite aufweist, da solche Lichtquellen kostengünstig herstellbar sind. Typischerweise werden in LiDAR-Systemen, welche mit kurzen Pulsen arbeiten, Laser-Kantenemitter ohne Wellenlängenstabilisierung verwendet. Diese Lichtquellen haben typischerweise eine spektrale Breite von ca. 8-12 nm. Ein Temperaturdrift der Zentralwellenlänge der Lichtquelle beträgt typischerweise 0,3 nm/K. Soll das LiDAR-System über einen großen Temperaturbereich hinweg funktionieren, dann ist der Einfluss der Temperaturabhängigkeit auf die spektrale Breite so groß, dass eine Temperaturstabilisierung notwendig wird. Beispielsweise kann über einen Temperaturbereich von 100 K ohne Temperaturstabilisierung ein 30 nm Drift der Zentralwellenlänge der Lichtquelle eintreten, der möglichst vermieden werden soll.
  • Die Temperaturstabilisierungseinrichtung weist daher in manchen Ausführungsformen ein Heizelement oder ein Peltierelement auf, um die Temperierung der Lichtquelle zu regeln. So kann dem Drift der Zentralwellenlänge der Lichtquelle entgegengewirkt werden und auch gleichzeitig der Drift der Zentralwellenlänge des Bandpassfilters kompensiert werden.
  • Bevorzugt ist, dass die Temperaturstabilisierungseinrichtung einen Temperaturfühler aufweist, um eine gegenwärtige Betriebstemperatur des Bandpassfilters zu messen. So kann während des Betriebs des LiDAR-Systems die Temperatur des Bandpassfilters kontinuierlich oder in Intervallen bestimmt werden und die Temperierung der Lichtquelle passend angepasst werden. Weiter ist bevorzugt, dass das LiDAR-System eine Steuereinheit aufweist, die dafür eingerichtet ist, anhand der gemessenen Betriebstemperatur des Bandpassfilters die Temperierung der Lichtquelle zu regeln. Unter einer Steuereinheit kann ein elektrisches Gerät bzw. Steuergerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet, hier des Temperaturfühlers, und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt, hier an die Temperaturstabilisierungseinrichtung, um vorzugsweise das Heizelement oder das Peltierelement zu steuern. Einem Auseinanderlaufen der Zentralwellenlänge des Bandpassfilters und Zentralwellenlänge der Lichtquelle kann durch dieses Steuern gut entgegengewirkt werden.
  • Das LiDAR-System weist in Ausführungsformen einen rotierbar angebrachten Spiegel auf, um eine Strahlablenkung zu bewirken. Die Strahlablenkung ist vorzugsweise eine horizontale Strahlablenkung, kann aber alternativ eine vertikale Strahlablenkung sein. So kann das von der Lichtquelle ausgesendete Licht in eine Vielzahl von Richtungen in die Umwelt reflektiert werden, ohne dass die Lichtquelle selbst rotierbar eingerichtet sein muss. Vorzugsweise ist der rotierbar angebrachte Spiegel in Bezug auf die Lichtquelle und in Bezug auf einen Lichtdetektor des LiDAR-Systems rotierbar angebracht, wobei die Lichtquelle und der Lichtdetektor vorzugsweise drehfest zueinander angeordnet sind. Ein bevorzugtes LiDAR-System ist daher ein so genanntes „rotating mirror LiDAR-System“.
  • Manche Ausführungsformen sehen vor, dass das LiDAR-System eine rotierbar angebrachte Plattform aufweist, die einen Sendepfad, der die Lichtquelle aufweist, und den Empfangspfad trägt, um eine Strahlablenkung zu bewirken. Die Strahlablenkung ist vorzugsweise eine horizontale Strahlablenkung, kann aber alternativ eine vertikale Strahlablenkung sein. So kann das LiDAR-System mit Sendepfad und Empfangspfad als ganzes rotierbar eingerichtet sein, um das von der Lichtquelle ausgesendete Licht in eine Vielzahl von Richtungen in die Umwelt zu reflektieren. Lichtquelle und Lichtdetektor sind in solchen Ausführungsbeispielen also vorzugsweise gemeinsam rotierbar angebracht und zueinander drehfest angeordnet. Ein anderes bevorzugtes LiDAR-System ist daher ein so genanntes „rotating platform LiDAR-System“
  • Ausführungsformen sehen vor, dass das LiDAR-System dafür eingerichtet ist, mittels der Lichtquelle eine Laserlinie auszusenden und mittels des Empfangspfads eine optische Abbildung zu erzeugen, wobei in dem Empfangspfad ein Liniendetektor bereitgestellt ist, um die optische Abbildung zu erzeugen. Derartige Anordnungen können in LiDAR-Systemen ein gutes Abtasten der Umwelt erlauben und auf einen komplexeren Flächendetektor kann verzichtet werden.
  • Das LiDAR-System kann in manchen Ausführungsformen im Sendepfad einen weiteren Bandpassfilter aufweisen, der identisch oder ähnlich zu dem oben beschriebenen Bandpassfilter im Empfangspfad ist. So kann sichergestellt werden, dass in die Umwelt genauso viel oder nicht viel mehr Leistung ausgesendet wird, als empfangsseitig wieder verwendet werden kann. Der Vorteil einer Beschneidung des Spektrums bereits im Sendepfad ist, dass weniger Leistung ausgesendet wird, was vorteilhaft für die Augensicherheit ist, ohne dass die spektrale Emissionsbreite der Lichtquelle selbst beschnitten werden müsste, also insbesondere bauliche Veränderungen an der Lichtquelle erfolgen müssten.
  • Erfindungsgemäß wird weiter ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, das ein LiDAR-System der eingangs genannten Art umfasst, wobei das LiDAR-System elektrisch mit einer Batterie des Fahrzeugs verbunden ist, um das LiDAR-System zu betreiben, wobei eine spektrale Transmissionsbreite des Bandpassfilters schmaler eingerichtet ist als eine spektrale Emissionsbreite eines von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls.
  • Das Fahrzeug hat den Vorteil, dass bei dem LiDAR-System zwar optische Signalleistung abgeschnitten, aber die oben beschriebenen Vorteile der einfacheren Lichtquelle überwiegen und der Einfluss des Hintergrundlichts hiermit reduziert wird.
  • Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln, insbesondere ein straßengebundenes Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen oder ein Zweirad.
  • Weitere Vorteile und Ausführungsformen des Kraftfahrzeugs ergeben sich anhand der obigen Ausführungen bezüglich des LiDAR-Systems, auf die an dieser Stelle verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine erste Ausführungsform des LiDAR-Systems gemäß der Erfindung in einer Aufsicht,
    • 2 eine schematische Veranschaulichung einer spektralen Transmissionsbreite BT des Bandpassfilters in der ersten Ausführungsform, bezogen auf eine spektrale Emissionsbreite BE eines von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls, und
    • 3 eine zweite Ausführungsform des LiDAR-Systems gemäß der Erfindung in einer Aufsicht.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In der 1 ist ein LiDAR-System 1 in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung in einer Aufsicht gezeigt. Das LiDAR-System 1 weist eine Lichtquelle 2 und einen Bandpassfilter 3 auf. Der Bandpassfilter 3 ist in einem Empfangspfad des LiDAR-Systems 1 angeordnet. Der Empfangspfad ist dafür eingerichtet, von der Lichtquelle 2 ausgesendetes Licht, das in einer Umwelt des LiDAR-Systems 1 reflektiert wurde, zu empfangen. Zu diesem Zweck weist der Empfangspfad einen Liniendetektor 4, hier genauer ein SiPM (Silicon PhotoMultipliers, dt. Siliziumphotodetektor) -Array, und eine Strahlformungsoptik 5, hier vereinfacht als Sammellinse veranschaulicht, auf. Der Bandpassfilter 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Empfangspfad zwischen Strahlformungsoptik 5 und Liniendetektor 4 angeordnet, könnte aber auch an einer anderen Stelle im Empfangspfad angeordnet sein, zum Beispiel der Strahlformungsoptik 5 vorgelagert sein.
  • In der ersten Ausführungsform gemäß 1 umfasst das LiDAR-System 1 weiter einen feststehenden halbdurchlässigen Spiegel 6, der dafür eingerichtet ist, von der Lichtquelle 2 ausgesendetes Licht auf einen rotierbar angebrachten Spiegel 7 des LiDAR-Systems 1, hier in einem 90° Winkel, zu lenken, der wiederum dafür eingerichtet ist, eine Strahlablenkung in die Umwelt des LiDAR-Systems 1 zu bewirken, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine horizontale Strahlablenkung in die Umwelt. Der rotierbar angebrachte Spiegel 7 ist auf einer rotierbaren Trägerplatte 8 zu dieser drehfest angeordnet. Die rotierbare Trägerplatte 8 ist in Bezug auf die Lichtquelle 2 und den Liniendetektor 4 elektromechanisch rotierbar angeordnet. Es handelt sich daher um ein so genanntes „rotating mirror LiDAR-System“. Der halbdurchlässige Spiegel 6 ist weiter dafür eingerichtet, wieder einfallendes Licht zur Strahlformungsoptik 5 im Empfangspfad passieren zu lassen. Der halbdurchlässige Spiegel 6 ist also sowohl im Empfangspfad als auch im Sendepfad des LiDAR-Systems 1 angeordnet.
  • In nicht gezeigten Ausführungsformen kann der Bandpassfilter 3 oder ein weiterer Bandpassfilter (nicht gezeigt), der gleiche oder ähnliche Eigenschaften wie der Bandpassfilter 3 haben kann, dem halbdurchlässigen Spiegel 6 im Empfangspfad vorgelagert sein, also insbesondere zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel 6 und dem rotierbar angebrachten Spiegel 7 angeordnet sein. Das heißt, der Bandpassfilter 3 oder der weitere Bandpassfilter kann sowohl im Empfangspfad dem halbdurchlässigen Spiegel 6 vorgelagert als auch zugleich im Sendepfad dem halbdurchlässigen Spiegel 6 nachgelagert sein.
  • Eine spektrale Transmissionsbreite des Bandpassfilters 3 ist schmaler eingerichtet als eine spektrale Emissionsbreite eines von der Lichtquelle 2 ausgesendeten Lichtstrahls. Ein signifikanter Teil der optischen Leistung wird durch den Bandpassfilter 3 seitlich abgeschnitten und nur ein Teil der optischen Leistung wird transmittiert. Genauer gesagt, ist die spektrale Transmissionsbreite, bezeichnet mit BT, nicht größer als 95% der spektralen Emissionsbreite, bezeichnet mit BE, wie in 2 erkennbar ist. Auf der X-Achse des in 2 gezeigten schematischen Diagramms ist die Wellenlänge Ä des Lichtstrahls aufgetragen und auf der Y-Achse die Intensität I des Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Wellenlänge Ä. Die spektrale Transmissionsbreite BT ist ungefähr größer als 40 % und nicht größer als 60 % der spektralen Emissionsbreite BE. Die Anteile der empfangenen Lichtwellenlänge, die außerhalb der spektralen Transmissionsbreite BT liegen, werden nicht an den Liniendetektor 4 übertragen. So wird zwar im Empfangspfad das Spektrum des von der Lichtquelle 2 ausgesendeten Lichtstrahls beschnitten, bevor er auf den Liniendetektor 4 trifft, aber Hintergrundlicht kann besser herausgefiltert werden, was je nach Situation für das ordnungsgemäße Funktionieren des LiDAR-Systems 1 wichtiger sein kann.
  • Das LiDAR-System 1 ist weiter dafür eingerichtet, eine Temperierung der Lichtquelle 2 an eine temperaturabhängige Veränderung des Bandpassfilters 3 anzupassen. Zu diesem Zweck weist das LiDAR-System 1 eine Temperaturstabilisierungseinrichtung 9 auf, die dafür eingerichtet ist, die Temperierung der Lichtquelle 2 derart zu regeln, dass eine Zentralwellenlänge der Lichtquelle 2 mit einer Zentralwellenlänge des Bandpassfilters 3 übereinstimmt. Die Wirkung dieser Regelung ist auch in 2 zu erkennen. Das Maximum der Intensität I, also die Zentralwellenlänge der Lichtquelle 2, liegt dort nämlich bei derselben Wellenlänge Ä wie die Zentralwellenlänge der als Rechteck veranschaulichten spektralen Transmissionsbreite BT des Bandpassfilters 3. Die Temperaturstabilisierungseinrichtung 9 weist ein Heizelement 10 auf, um die Temperierung der Lichtquelle 2 zu regeln. Die Temperaturstabilisierungseinrichtung 9 weist weiter einen Temperaturfühler 11 auf, um eine gegenwärtige Betriebstemperatur des Bandpassfilters 3 zu messen. Das LiDAR-System 1 umfasst eine Steuereinrichtung 12, die mit der Temperaturstabilisierungseinrichtung 9 zum Datenaustausch verbunden ist und die dafür eingerichtet ist, die Messung des Temperaturfühlers 11 auszuwerten und die Temperaturstabilisierungseinrichtung 9 zu steuern, das Heizelement 10 der gemessenen Temperatur des Bandpassfilters 3 entsprechend zu betreiben, um die Temperierung der Lichtquelle 2 zu regeln. So bleiben die beiden Zentralwellenlängen über die Zeit in Übereinstimmung, selbst wenn sich die Betriebstemperatur des Bandpassfilters 3 ändert. Das kann wirksam verhindern, dass insbesondere das Maximum der Intensität I des Lichtstrahls aus der Transmissionsbreite des Bandpassfilters 3 temperaturbedingt herauswandert.
  • 3 schließlich zeigt ein LiDAR-System 1 in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung in einer Aufsicht. Der Aufbau ist in vielerlei Hinsicht mit dem Aufbau der ersten Ausführungsform aus 1 identisch, weshalb auf Wiederholungen verzichtet wird. Der Bandpassfilter 3 ist wiederum wie anhand von 2 erläutert gestaltet. Allerdings weist das LiDAR-System 1 in der zweiten Ausführungsform statt dem separat rotierbar angebrachten Spiegel 7 und der Trägerplatte 8 eine rotierbare Plattform 13 auf, die einen Sendepfad, der die Lichtquelle 2 aufweist, und den Empfangspfad trägt, um eine Strahlablenkung zu bewirken. Es handelt sich in diesem Ausführungsbeispiel daher um ein so genanntes „rotating platform LiDAR-System“. Die Strahlablenkung erfolgt erneut in horizontaler Richtung. Das Heizelement 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Peltierelement 14 ersetzt, das auch eine Kühlung der Lichtquelle 2 ermöglicht.
  • In beiden Ausführungsformen ist das LiDAR-System 1 dafür eingerichtet, mittels der Lichtquelle 2 eine Laserlinie auszusenden und mittels des Empfangspfads eine optische Abbildung zu erzeugen, wobei in dem Empfangspfad der Liniendetektor 4 bereitgestellt ist, um die optische Abbildung zu erzeugen. Als Lichtquelle 2 können in beiden Ausführungsformen „Standardlaser“ auch bei LiDAR-Systemen 1 mit schmalen optischen Bandpassfiltern 3, also gegenüber der spektralen Emissionsbreite der Lichtquelle 2 kleiner spektralen Transmissionsbreite, im Empfangspfad verwendet werden. Der Bandpassfilter 3 ist, anders ausgedrückt, schmaler als die spektrale Breite (inklusive aller Toleranzen) der von der Lichtquelle 2 emittierten Strahlung. Beide Ausführungsformen befinden sich in einem nicht näher dargestellten Fahrzeug, wobei das LiDAR-System 1 jeweils elektrisch mit einer Batterie (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verbunden ist, um das LiDAR-System 1 zu betreiben.
  • Die beiden Ausführungsformen verdeutlichen, dass als Lichtquelle 2 ein Laser mit breitem Emissionsspektrum verwendet werden kann, um einen effizienten (und/oder bereits erhältlichen) Laser verwenden zu können. Der Laser kann thermisch stabilisiert werden, insbesondere in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur des empfangsseitigen Bandpassfilters 3.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. LiDAR-System (1), das eine Lichtquelle (2) und einen Bandpassfilter (3), der in einem Empfangspfad des LiDAR-Systems (1) angeordnet ist, aufweist, wobei der Empfangspfad dafür eingerichtet ist, von der Lichtquelle (2) ausgesendetes Licht, das in einer Umwelt des LiDAR-Systems (1) reflektiert wurde, zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass eine spektrale Transmissionsbreite des Bandpassfilters (3) schmaler eingerichtet ist als eine spektrale Emissionsbreite eines von der Lichtquelle (2) ausgesendeten Lichtstrahls.
  2. LiDAR-System (1) nach Anspruch 1, wobei die spektrale Transmissionsbreite nicht größer als 95% der spektralen Emissionsbreite ist.
  3. LiDAR-System (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das LiDAR-System (1) dafür eingerichtet ist, eine Temperierung der Lichtquelle (2) an eine temperaturabhängige Veränderung des Bandpassfilters (3) anzupassen.
  4. LiDAR-System (1) nach Anspruch 3, wobei das LiDAR-System (1) eine Temperaturstabilisierungseinrichtung (9) aufweist, die dafür eingerichtet ist, die Temperierung der Lichtquelle (2) derart zu regeln, dass eine Zentralwellenlänge der Lichtquelle (2) mit einer Zentralwellenlänge des Bandpassfilters (3) übereinstimmt.
  5. LiDAR-System (1) nach Anspruch 4, wobei die Temperaturstabilisierungseinrichtung (9) ein Heizelement (10) oder ein Peltierelement (14) aufweist, um die Temperierung der Lichtquelle (2) zu regeln.
  6. LiDAR-System (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Temperaturstabilisierungseinrichtung (9) einen Temperaturfühler (11) aufweist, um eine gegenwärtige Betriebstemperatur des Bandpassfilters (3) zu messen.
  7. LiDAR-System (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das LiDAR-System (1) einen rotierbar angebrachten Spiegel (7) aufweist, um eine Strahlablenkung zu bewirken.
  8. LiDAR-System (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das LiDAR-System (1) eine rotierbar angebrachte Plattform (13) aufweist, die einen Sendepfad, der die Lichtquelle (2) aufweist, und den Empfangspfad trägt, um eine Strahlablenkung zu bewirken.
  9. LiDAR-System (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das LiDAR-System (1) dafür eingerichtet ist, mittels der Lichtquelle (2) eine Laserlinie auszusenden und mittels des Empfangspfads eine optische Abbildung zu erzeugen, wobei in dem Empfangspfad ein Liniendetektor (4) bereitgestellt ist, um die optische Abbildung zu erzeugen.
  10. Fahrzeug, das ein LiDAR-System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, wobei das LiDAR-System (1) elektrisch mit einer Batterie des Fahrzeugs verbunden ist, um das LiDAR-System (1) zu betreiben.
DE102020203597.0A 2020-03-20 2020-03-20 LiDAR-System und Fahrzeug Pending DE102020203597A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020203597.0A DE102020203597A1 (de) 2020-03-20 2020-03-20 LiDAR-System und Fahrzeug
PCT/EP2021/056290 WO2021185684A2 (de) 2020-03-20 2021-03-12 LiDAR-SYSTEM UND FAHRZEUG
CN202180036261.7A CN115667977A (zh) 2020-03-20 2021-03-12 激光雷达系统和车辆
US17/907,026 US20230126182A1 (en) 2020-03-20 2021-03-12 Lidar system and vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020203597.0A DE102020203597A1 (de) 2020-03-20 2020-03-20 LiDAR-System und Fahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020203597A1 true DE102020203597A1 (de) 2021-09-23

Family

ID=74947358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020203597.0A Pending DE102020203597A1 (de) 2020-03-20 2020-03-20 LiDAR-System und Fahrzeug

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230126182A1 (de)
CN (1) CN115667977A (de)
DE (1) DE102020203597A1 (de)
WO (1) WO2021185684A2 (de)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201020023D0 (en) * 2010-11-25 2011-01-12 St Microelectronics Ltd Radiation sensor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021185684A3 (de) 2021-11-11
WO2021185684A2 (de) 2021-09-23
CN115667977A (zh) 2023-01-31
US20230126182A1 (en) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0967698B1 (de) Wellenlängenstabilisierte Laseranordnung
EP1405037B1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung über einen grossen messbereich
EP0829120B1 (de) Durchstimmbare, justierstabile laserlichtquelle mit spektral gefiltertem ausgang
DE112011101288T5 (de) Strahldiagnostik- und Rückkopplungssystem sowie Verfahren für spektralstrahlkombinierteLaser
DE19751106A1 (de) Laserdrucker zum Drucken auf ein lichtempfindliches Medium
EP0152916B1 (de) Laser-Doppler-Anemometer
DE102016221292A1 (de) Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes
DE202010008426U1 (de) Optoelektronischer Entfernungsmesser
DE3230570A1 (de) Sende- und empfangseinrichtung fuer ein faseroptisches sensorsystem
DE102019115723A1 (de) Fahrerassistenzsystem zur Bestimmung einer Farbe eines Objektes in einer Fahrzeugumgebung
DE102018209995A1 (de) Stabilisiertes LiDAR-System und Verfahren zur Stabilisierung
DE102020203597A1 (de) LiDAR-System und Fahrzeug
EP3654056B1 (de) Sensor und verfahren zur erfassung von objekten
DE2607417A1 (de) Schaltungsanordnung zum abtasten einer flaeche
DE60130193T2 (de) Vorrichtung zur Steuerung der Wellenlänge eines Lasers
DE102018209394A1 (de) Koaxiales LiDAR-System
DE112015007099T5 (de) Verfahren zur messung eines lichtdämpfungsgrads und system zur lichtintensitätsmessung
DE3831851C1 (en) Method for measuring a physical variable by means of an optical sensor, and an arrangement for carrying out the method
WO2009153006A1 (de) Laser-scanning-mikroskop mit einer laserdiode mit lichtmodulationsvorrichtung
EP0867057A2 (de) Durchstimmbare, justierstabile halbleiterlaserlichtquelle sowie ein verfahren zur optisch stabilen, weitgehend kontinuierlichen durchstimmung von halbleiterlasern
DE19957236A1 (de) Elektro-Optische Abtast-Sondiervorrichtung
DE102012016410B9 (de) Konfokalmikroskop
DE102022104530A1 (de) Verfahren zum Stabilisieren der Strahllage und Lasersystem mit Strahllagebestimmung
DE102022200642A1 (de) Optisches System und LiDAR-System
WO2022037870A1 (de) Lidar-sensor zur optischen erfassung eines sichtfeldes und verfahren zur erfassung eines sichtfeldes

Legal Events

Date Code Title Description
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R163 Identified publications notified