DE102021200968A1

DE102021200968A1 - LiDAR system as well as multiple polygon mirrors

Info

Publication number: DE102021200968A1
Application number: DE102021200968.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Richter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-08-04

Abstract

Offenbart ist ein LiDAR-System (9), das einen Spiegel (1) aufweist, der dafür angeordnet ist, einen Laserstrahl aus dem LiDAR-System (9) in eine Umwelt abzulenken, um die Umwelt mit dem Laserstrahl abzutasten. Der Spiegel (1) ist ein Mehrfachpolygonspiegel (1), der ein Spiegelpolygon (2) und ein oder mehrere Strahlteilerpolygone (3), die in Bezug auf das Spiegelpolygon (2) radial nach außen angeordnet sind, umfasst.Weiter ist ein Spiegel (1) offenbart, der als Spiegel (1) für ein derartiges LiDAR-System (9) gestaltet ist. Der Spiegel (1) ist ein Mehrfachpolygonspiegel (1), der ein Spiegelpolygon (2) und ein oder mehrere Strahlteilerpolygone (3), die in Bezug auf das Spiegelpolygon (2) radial nach außen angeordnet sind, umfasst.A LiDAR system (9) is disclosed which has a mirror (1) which is arranged to deflect a laser beam from the LiDAR system (9) into an environment in order to scan the environment with the laser beam. The mirror (1) is a multi-polygon mirror (1) comprising a mirror polygon (2) and one or more beam splitter polygons (3) arranged radially outwards with respect to the mirror polygon (2). ) which is designed as a mirror (1) for such a LiDAR system (9). The mirror (1) is a multiple polygon mirror (1) comprising a mirror polygon (2) and one or more beam splitter polygons (3) arranged radially outwards with respect to the mirror polygon (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein LiDAR-System, das einen Spiegel aufweist, der dafür angeordnet ist, einen Laserstrahl aus dem LiDAR-System in eine Umwelt abzulenken, um die Umwelt mit dem Laserstrahl abzutasten, sowie einen Mehrfachpolygonspiegel, der als Spiegel für ein solches LiDAR-System gestaltet ist.The present invention relates to a LiDAR system having a mirror arranged to deflect a laser beam from the LiDAR system into an environment to scan the environment with the laser beam, and a multi-polygon mirror used as a mirror for such a LiDAR system is designed.

Stand der TechnikState of the art

Hoch- und vollautomatisierte Fahrzeuge (Stufe 3 - 5) werden in den nächsten Jahren auf öffentlichen Straßen immer häufiger anzutreffen sein. Alle bekannten Konzepte von automatisierten Fahrzeugen erfordern eine Kombination verschiedener Wahrnehmungssensoren, wie Kameras, Radar und LiDAR-Systeme. Letztere sind Laserscanner, die Laserlicht in eine Umwelt aussenden und die Flugzeit messen, bis das von einem Objekt in der Umwelt reflektierte Laserlicht in einem Detektor des LiDAR-Systems erfasst wird.Highly and fully automated vehicles (levels 3 - 5) will become more and more common on public roads in the coming years. All known concepts of automated vehicles require a combination of different perception sensors, such as cameras, radar and LiDAR systems. The latter are laser scanners that emit laser light into an environment and measure the flight time until the laser light reflected by an object in the environment is recorded in a detector of the LiDAR system.

LiDAR-Sensoren berechnen dann aus der gemessenen Flugzeit die Entfernung des Objekts zum LiDAR-System. Für eine autonome Fahrzeuganwendung müssen LiDAR-Sensoren normalerweise mehr als eine Million Punkte pro Sekunde abtasten. Um jedoch Reichweiten von bis zu 300 m messen zu können, muss der Sensor 2 Mikrosekunden pro Abtastpunkt messen. Es ist daher wünschenswert, Wege zu finden, um mehrere Scan-Punkte parallel zu messen. Bei klassischen gepulsten LiDAR-Sensoren kann diese Parallelisierung durch Aussenden eines divergierenden Laserstrahls, z.B. in einem vertikalen Blitz-LiDAR, erreicht werden. Bei frequenzmodulierten Dauerstrich-LiDAR-Sensoren (engl. frequency-modulated continuous wave, kurz FMCW) ist ein divergierender Strahl jedoch nicht machbar, da er keine gute Modenanpassung an die Empfangseinheit des Sensors ermöglicht.LiDAR sensors then calculate the distance of the object to the LiDAR system from the measured flight time. For an autonomous vehicle application, LiDAR sensors typically need to sample more than a million points per second. However, to be able to measure ranges of up to 300 m, the sensor must measure 2 microseconds per sampling point. It is therefore desirable to find ways to measure multiple scan points in parallel. With classic pulsed LiDAR sensors, this parallelization can be achieved by emitting a diverging laser beam, e.g. in a vertical flash LiDAR. With frequency-modulated continuous wave (FMCW) LiDAR sensors, however, a diverging beam is not feasible because it does not allow good mode matching to the sensor's receiving unit.

Mit FMCW-LiDAR-Systemen ist es deshalb bisher nicht möglich, Messungen durch die Verwendung mehrerer kollimierter (oder schwach divergierender) Laserstrahlen zu parallelisieren.With FMCW LiDAR systems, it is therefore not yet possible to parallelize measurements by using several collimated (or weakly diverging) laser beams.

Die DE 20 2017 105 001 U1 offenbart einen LiDAR-Scanner mit wenigstens zwei Scanwinkelbereichen, die mit kollimierter Laserstrahlung abgescannt werden können, wobei wenigstens zwei Laserstrahlquellen vorgesehen sind. Das dort offenbarte System nutzt zudem einen MEMS-Spiegel.the DE 20 2017 105 001 U1 discloses a LiDAR scanner with at least two scanning angle ranges that can be scanned with collimated laser radiation, with at least two laser beam sources being provided. The system disclosed there also uses a MEMS mirror.

Die DE 20 2017 105 001 U1 zitiert die EP 3 070 497 A1 , gemäß der ein LiDAR-Scanner ebenfalls mehrere Lichtemissionsquellen zur Emission von Strahlen und zudem einen rotierenden Spiegel aufweist, der ein Polygonspiegel sein kann und für jeden der ausgesendeten Strahlen einen Scan entlang einer Hauptscanrichtung bewirkt.the DE 20 2017 105 001 U1 quotes the EP 3 070 497 A1 , according to which a LiDAR scanner also has a plurality of light emission sources for emitting rays and also a rotating mirror, which can be a polygon mirror and causes a scan along a main scanning direction for each of the emitted rays.

Aus der DE 10 2011 017 540 A1 ist ein LiDAR-System bekannt, das einen rotierenden Polygonspiegel aufweist, der Seiten mit unterschiedlichen Neigungswinkeln zum Reflektieren von Laserstrahlen aufweist. Ein Motor ist zum Betreiben der Rotation des Polygonspiegels konfiguriert. Ähnliches ist beispielsweise auch aus der DE 10 2005 019 269 A1 bekannt.From the DE 10 2011 017 540 A1 a LiDAR system is known which has a rotating polygon mirror having sides with different tilt angles for reflecting laser beams. A motor is configured to drive the rotation of the polygon mirror. Something similar is for example also from the DE 10 2005 019 269 A1 known.

Die DE 41 21 539 A1 lehrt eine Vorrichtung für ein tiefenvariables Triangulationsvermessungssystem mit einer Laserquelle, bei dem in einem Empfangspfad ein rotierender Polygonspiegel angeordnet ist. Der rotierende Polygonspiegel tastet ein Ausgangsende eines Lichtwellenleiterbündels ab und reflektiert Licht von dort in eine Photovervielfacherröhre.the DE 41 21 539 A1 teaches a device for a depth-variable triangulation survey system with a laser source, in which a rotating polygon mirror is arranged in a receiving path. The rotating polygon mirror scans an output end of an optical fiber bundle and reflects light from there into a photomultiplier tube.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß wird ein LiDAR-System zur Verfügung gestellt, das einen Spiegel aufweist, der dafür angeordnet ist, einen Laserstrahl aus dem LiDAR-System in eine Umwelt abzulenken, um die Umwelt mit dem Laserstrahl abzutasten, wobei der Spiegel ein Mehrfachpolygonspiegel ist, der ein Spiegelpolygon und ein oder mehrere Strahlteilerpolygone, die in Bezug auf das Spiegelpolygon radial nach außen angeordnet sind, umfasst.According to the invention, a LiDAR system is provided which has a mirror arranged to deflect a laser beam from the LiDAR system into an environment in order to scan the environment with the laser beam, the mirror being a multi-polygon mirror comprising a mirror polygon and one or more beamsplitter polygons located radially outward with respect to the mirror polygon.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Das LiDAR-System hat den Vorteil, dass zwei oder mehr Abtastpunkte gleichzeitig abgetastet werden können. So können mehr Abtastpunkte pro Sekunde im Vergleich mit Einkanal-LiDAR-Systemen abgetastet werden.The LiDAR system has the advantage that two or more sampling points can be sampled simultaneously. This allows more sampling points to be sampled per second compared to single-channel LiDAR systems.

Bevorzugt ist, dass der Mehrfachpolygonspiegel das Spiegelpolygon und genau ein Strahlteilerpolygon aufweist. Auf diese Weise kann ein auf den Mehrfachpolygonspiegel von einer Lichtquelle des LiDAR-Systems kommender einfallender Laserstrahl durch das Strahlteilerpolygon in zwei Anteile aufgeteilt werden, sodass mit einem einzigen Laserstrahl zwei unterschiedliche Bereiche der Umwelt abgetastet werden können. In Ausführungsformen sind jedoch zwei, bevorzugt drei und nochmals bevorzugt vier oder auch mehr Strahlteilerpolygone vorhanden, sodass eine entsprechende Vielzahl von unterschiedlichen Bereichen der Umwelt abgetastet werden kann.It is preferred that the multiple polygon mirror has the mirror polygon and exactly one beam splitter polygon. In this way, an incident laser beam coming from a light source of the LiDAR system onto the multiple polygon mirror can be divided into two parts by the beam splitter polygon, so that two different areas of the environment can be scanned with a single laser beam. However, in embodiments there are two, preferably three and again preferably four or more beam splitter polygons, so that a corresponding number of different areas of the environment can be scanned.

Vorzugsweise weist das Spiegelpolygon Spiegelflächen auf und mindestens ein Strahlteilerpolygon weist Strahlteileroberflächen auf und zwischen den Strahlteileroberflächen und den Spiegeloberflächen ist ein Winkel gebildet. Der Winkel zwischen einer Strahlteileroberfläche und einer zugeordneten, das heißt radial innen zur Strahlteileroberfläche liegenden, Spiegeloberfläche beträgt vorzugsweise zwischen 1° und 45°, bevorzugt zwischen 5° und 30°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 20°. So können durch die Strahlteileroberfläche und die zugeordnete Spiegeloberfläche entsprechend unterschiedliche Bereiche der Umwelt abgetastet werden. Vorzugsweise weist das Strahlteilerpolygon drei, besonders bevorzugt vier und nochmals bevorzugt fünf Strahlteileroberflächen auf. Vorzugsweise weist das Spiegelpolygon drei, besonders bevorzugt vier und nochmals bevorzugt fünf Strahlteileroberflächen auf. In Ausführungsformen können das Strahlteilerpolygon oder auch das Spiegelpolygon sechs und besonders bevorzugt mehr als sechs Strahlteileroberflächen bzw. Spiegeloberflächen aufweisen. Besonders bevorzugt ist, dass jedes Strahlteilerpolygon genauso viele Strahlteileroberflächen aufweist wie das Spiegelpolygon Spiegeloberflächen aufweist. So kann jede Strahlteileroberfläche einen darauf einfallenden Laserstrahl teilen und einen Anteil davon an die zugeordnete Spiegeloberfläche transmittieren, die von der Strahlteileroberfläche aus gesehen radial nach innen angeordnet ist. Vorzugsweise bilden sowohl das Strahlteilerpolygon als auch das Spiegelpolygon ein regelmäßiges Sechseck. Die Anzahl der vorhandenen Strahlteileroberflächen und Spiegeloberflächen hängt im Prinzip also nur davon ab, wie viele unterschiedliche Bereiche der Umwelt abgetastet werden sollen.Preferably, the mirror polygon has mirror surfaces and at least one beamsplitter polygon has beamsplitter surfaces and between the beamsplitter surfaces and the mirrors surfaces an angle is formed. The angle between a beam splitter surface and an associated mirror surface, ie lying radially inward to the beam splitter surface, is preferably between 1° and 45°, preferably between 5° and 30°, particularly preferably between 10° and 20°. Thus, correspondingly different areas of the environment can be scanned by the beam splitter surface and the associated mirror surface. The beam splitter polygon preferably has three, particularly preferably four and again preferably five beam splitter surfaces. The mirror polygon preferably has three, particularly preferably four and again preferably five beam splitter surfaces. In embodiments, the beam splitter polygon or also the mirror polygon can have six and particularly preferably more than six beam splitter surfaces or mirror surfaces. It is particularly preferred that each beam splitter polygon has as many beam splitter surfaces as the mirror polygon has mirror surfaces. Thus, each beamsplitter surface can split a laser beam incident thereon and transmit a portion thereof to the associated mirror surface located radially inward of the beamsplitter surface. Preferably both the beam splitter polygon and the mirror polygon form a regular hexagon. In principle, the number of available beam splitter surfaces and mirror surfaces depends only on how many different areas of the environment are to be scanned.

In Ausführungsformen ist der Mehrfachpolygonspiegel als Scheibe ausgebildet und das Spiegelpolygon und alle Strahlteilerpolygone weisen jeweils die gleiche Anzahl Ecken auf und sind konzentrisch zueinander angeordnet. So kann eine gleichmäßige wiederholende Abtastung der Umwelt sichergestellt werden. Die Scheibe umfasst vorzugsweise zwei zueinander parallele Flächen, vorzugsweise eine Hauptfläche und eine Gegenfläche, die das Spiegelpolygon und alle Strahlteilerpolygone jeweils in axialer Richtung begrenzen. So wird eine kompakte Bauform erreicht. Bevorzugt ist, dass die Hauptfläche eine obere Fläche des Mehrfachpolygonspiegels bildet und dass die Gegenfläche eine untere Fläche des Mehrfachpolygonspiegels, deren Flächennormale der Hauptfläche entgegengesetzt ist, bildet. Die Scheibe ist vorzugsweise eine ebene Platte.In embodiments, the multi-polygon mirror is formed as a disk, and the mirror polygon and all beamsplitter polygons each have the same number of corners and are arranged concentrically with one another. In this way, a uniform, repetitive scanning of the environment can be ensured. The disk preferably comprises two mutually parallel surfaces, preferably a main surface and a counter surface, which delimit the mirror polygon and all beam splitter polygons in the axial direction. A compact design is achieved in this way. It is preferred that the main surface forms an upper surface of the multiple polygon mirror and that the opposite surface forms a lower surface of the multiple polygon mirror, the surface normal of which is opposite to the main surface. The disk is preferably a flat plate.

Manche Ausführungsformen sehen vor, dass der Mehrfachpolygonspiegel drehbar gelagert ist, wobei eine Drehachse senkrecht durch die Hauptfläche des Mehrfachpolygonspiegels verläuft. Dies ermöglicht eine besonders regelmäßige und wiederholende Abtastung der Umwelt unter Vermeidung von unwuchtbedingten Unregelmäßigkeiten in der Abtastung. Die Drehachse definiert vorzugsweise die axiale Richtung des Mehrfachpolygonspiegels, wobei vorzugsweise senkrecht zur Drehachse die radiale Richtung des Mehrfachpolygonspiegels definiert ist. Die Drehachse liegt vorzugsweise auch senkrecht zur Gegenfläche. Die Drehachse verläuft vorzugsweise durch einen Symmetriepunkt des Spiegelpolygons. Die Drehachse verläuft vorzugsweise durch einen Symmetriepunkt aller Strahlteilerpolygone. Die Drehachse verläuft vorzugsweise durch den geometrischen Schwerpunkt des Mehrfachpolygonspiegels. Der geometrische Schwerpunkt entspricht vorzugsweise dem Symmetriepunkt.Some embodiments provide that the multiple polygon mirror is rotatably mounted, with an axis of rotation running perpendicularly through the main surface of the multiple polygon mirror. This enables a particularly regular and repeated scanning of the environment while avoiding irregularities in the scanning caused by imbalance. The axis of rotation preferably defines the axial direction of the multiple polygon mirror, with the radial direction of the multiple polygon mirror preferably being defined perpendicular to the axis of rotation. The axis of rotation is preferably also perpendicular to the mating surface. The axis of rotation preferably runs through a point of symmetry of the mirror polygon. The axis of rotation preferably runs through a point of symmetry of all beam splitter polygons. The axis of rotation preferably runs through the geometric center of gravity of the multiple polygon mirror. The geometric focus preferably corresponds to the point of symmetry.

Vorzugsweise ist der Mehrfachpolygonspiegel sowohl in einem Sendepfad als auch in einem Empfangspfad des LiDAR-Systems angeordnet. So kann der Mehrfachpolygonspiegel sowohl zum Aussenden des Laserstrahls in die Umwelt als auch zum Empfangen der reflektierten Strahlung aus der Umwelt empfangen werden, was zusätzliche Spiegel in dem LiDAR-System überflüssig machen kann. Der Mehrfachpolygonspiegel kann sowohl die Funktion übernehmen, Laserstrahlung in die Umwelt auszusenden als auch Laserstrahlung aus der Umwelt kommend auf Detektoren des LiDAR-Systems zu lenken. Detektoren können insbesondere Avalanchedioden-(APD)-, Einzelphoton-Avalanchedioden-(SPAD-), ladungsgekoppelte Bauteil (CCD-) und Photodioden-Detektoren sein. Einige Ausführungsformen sehen hingegen alternativ vor, dass der Mehrfachpolygonspiegel nur in dem Sendepfad oder nur in dem Empfangspfad des LiDAR-Systems angeordnet ist.The multiple polygon mirror is preferably arranged both in a transmission path and in a reception path of the LiDAR system. Thus, the multiple polygon mirror can be used both to emit the laser beam into the environment and to receive the reflected radiation from the environment, which can make additional mirrors in the LiDAR system superfluous. The multiple polygon mirror can take over the function of emitting laser radiation into the environment as well as directing laser radiation coming from the environment onto detectors of the LiDAR system. In particular, detectors may be avalanche diode (APD), single photon avalanche diode (SPAD), charge coupled device (CCD) and photodiode detectors. On the other hand, some embodiments alternatively provide that the multiple polygon mirror is arranged only in the transmission path or only in the reception path of the LiDAR system.

Das LiDAR-System weist vorzugsweise mehr Detektoren zum Empfang von einfallenden Laserstrahlen auf als Lichtquellen zum Aussenden von Laserstrahlen. Vorzugsweise weist das LiDAR-System genau eine Lichtquelle und zwei oder mehr Detektoren auf. Bevorzugt ist, dass die Detektoren dafür eingerichtet sind, jeweils Laserstrahlen aus einer Empfangsrichtung zu empfangen, die sich von den Empfangsrichtungen der anderen Detektoren unterscheidet. So können besonders gut Laserstrahlen aus der Umwelt empfangen werden, die unterschiedliche Bereiche der Umwelt abgetastet haben, da diese üblicherweise aus unterschiedlichen Empfangsrichtungen in das LiDAR-System einfallen.The LiDAR system preferably has more detectors for receiving incident laser beams than light sources for emitting laser beams. The LiDAR system preferably has exactly one light source and two or more detectors. It is preferred that the detectors are set up to receive laser beams from a receiving direction that differs from the receiving directions of the other detectors. In this way, laser beams from the environment that have scanned different areas of the environment can be received particularly well, since these usually impinge on the LiDAR system from different reception directions.

Das Spiegelpolygon weist vorzugsweise Metall auf, um den auf das Spiegelpolygon auftreffenden Laserstrahl zu reflektieren. Das Metall ist vorzugsweise auf den Spiegeloberflächen aufgetragen. Ein bevorzugtes Metall ist Silber. Ein weiteres bevorzugtes Metall ist Aluminium. Die vorstehend genannten Metalle haben gute Totalreflexionseigenschaften und sind daher besonders für das Spiegelpolygon geeignet, insbesondere zum Auftragen auf die Spiegeloberflächen. Andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften kommen aber genauso in Frage. Bevorzugt ist, dass das Material auf den Spiegeloberflächen eine optische Transmissivität von 0% aufweist. The mirror polygon preferably comprises metal to reflect the laser beam impinging on the mirror polygon. The metal is preferably deposited on the mirror surfaces. A preferred metal is silver. Another preferred metal is aluminum. The metals mentioned above have good total reflection properties and are therefore particularly suitable for the mirror polygon, in particular for application to the mirror surfaces. However, other materials with similar properties are also possible. It is preferred that the material on the mirror surfaces has an optical transmissivity of 0%.

Ausführungsformen sehen vor, dass jedes Strahlteilerpolygon dafür eingerichtet ist, einen ersten Anteil des auf das jeweilige Strahlteilerpolygon auftreffenden Laserstrahls zu reflektieren und einen zweiten Anteil in Richtung des Spiegelpolygons zu transmittieren. So kann der erste Anteil einen ersten Bereich der Umwelt abtasten und der zweite Anteil, nachdem er beispielsweise am Spiegelpolygon reflektiert wird, einen zweiten Bereich der Umwelt abtasten. Der zweite Anteil kann aber auch an einem weiteren Strahlteilerpolygon erneut aufgeteilt werden und so fort. So können mittels des Mehrfachpolygonspiegels eine Vielzahl von Bereichen der Umwelt mit nur einem einzigen ursprünglichen Laserstrahl abgetastet werden. Der erste Anteil und der zweite Anteil können in Ausführungsformen gleich groß sein. Es ist aber in anderen Ausführungsformen vorgesehen, dass der erste Anteil kleiner ist als der zweite Anteil oder der zweite Anteil kleiner ist als der erste Anteil. Das Strahlteilerpolygon kann aus einem Kunststoff oder Glas gebildet sein. Bevorzugt ist, dass das Strahlteilerpolygon eine optische Transmissivität von größer als 0% aufweist. Vorzugsweise liegt die optische Transmissivität des Strahlteilerpolygons bei 25% bis 75%, besonders vorzugsweise bei 50%. 50% optische Transmissivität bedeutet, dass eine Hälfte der einfallenden Strahlung transmittiert wird, während die andere Hälfte der einfallenden Strahlung reflektiert wird. Sind zwei oder mehr Strahlteilerpolygone vorgesehen, können alle Strahlteilerpolygone dieselbe optische Transmissivität aufweisen oder aber zwei oder mehr der Strahlteilerpolygone unterschiedliche optische Transmissivitäten aufweisen, besonders vorzugsweise alle Strahlteilerpolygone unterschiedliche optische Transmissivitäten aufweisen.Embodiments provide that each beam splitter polygon is set up to reflect a first portion of the laser beam impinging on the respective beam splitter polygon and to transmit a second portion in the direction of the mirror polygon. The first component can thus scan a first area of the environment and the second component can scan a second area of the environment after it has been reflected at the mirror polygon, for example. However, the second portion can also be split again at a further beam splitter polygon and so on. Thus, by means of the multiple polygon mirror, a large number of areas of the environment can be scanned with just a single original laser beam. In embodiments, the first portion and the second portion can be of equal size. In other embodiments, however, provision is made for the first proportion to be smaller than the second proportion or for the second proportion to be smaller than the first proportion. The beam splitter polygon can be formed from a plastic or glass. It is preferred that the beam splitter polygon has an optical transmissivity of greater than 0%. The optical transmissivity of the beam splitter polygon is preferably 25% to 75%, particularly preferably 50%. 50% optical transmissivity means that half of the incident radiation is transmitted while the other half of the incident radiation is reflected. If two or more beam splitter polygons are provided, all beam splitter polygons can have the same optical transmissivity or two or more of the beam splitter polygons can have different optical transmissivities, particularly preferably all beam splitter polygons have different optical transmissivities.

Vorzugsweise ist das LiDAR-System ein FMCW-LiDAR-System, manche Ausführungsformen sehen aber auch ein anderes LiDAR-System vor, wie beispielsweise ein gepulstes LiDAR-System. Im Prinzip kommt die Erfindung für alle LiDAR-Systeme in Frage, bei denen mit nur einer Lichtquelle zwei oder mehr Bereiche der Umwelt gleichzeitig abgetastet werden sollen - oder allgemeiner: Mit einer ersten Anzahl an Lichtquellen eine gleichzeitige Abtastung von einer zweiten Anzahl an Bereichen der Umwelt erfolgen soll, wobei die zweite Anzahl größer ist als die erste Anzahl. Der Bereich kann eine abzutastende Linie in der Umwelt sein.Preferably, the LiDAR system is an FMCW LiDAR system, but some embodiments contemplate another LiDAR system, such as a pulsed LiDAR system. In principle, the invention can be used for all LiDAR systems in which two or more areas of the environment are to be scanned simultaneously with just one light source - or more generally: With a first number of light sources, simultaneous scanning of a second number of areas of the environment is to take place, the second number being greater than the first number. The area can be a line in the environment to be scanned.

Erfindungsgemäß wird weiter ein Mehrfachpolygonspiegel zur Verfügung gestellt, der als Spiegel für ein oben beschriebenes LiDAR-System gestaltet ist, wobei der Mehrfachpolygonspiegel ein Spiegelpolygon und ein oder mehrere Strahlteilerpolygone, die in Bezug auf das Spiegelpolygon radial nach außen angeordnet sind, umfasst.According to the invention there is further provided a multi-polygon mirror configured as a mirror for a LiDAR system as described above, the multi-polygon mirror comprising a mirror polygon and one or more beam splitter polygons arranged radially outward with respect to the mirror polygon.

Der Mehrfachpolygonspiegel hat den Vorteil, dass zwei oder mehr Abtastpunkte gleichzeitig abgetastet werden können. So können mehr Abtastpunkte pro Sekunde im Vergleich mit Einkanal-LiDAR-Systemen abgetastet werden.The multi-polygon mirror has the advantage that two or more scanning points can be scanned at the same time. This allows more sampling points to be sampled per second compared to single-channel LiDAR systems.

Mögliche Ausführungsformen und Vorteile des Mehrfachpolygonspiegels ergeben sich aus der obigen Beschreibung anhand des LiDAR-Systems, sodass auf Wiederholungen an dieser Stelle verzichtet wird.Possible embodiments and advantages of the multiple polygon mirror result from the above description based on the LiDAR system, so that repetitions are dispensed with at this point.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims and described in the description.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Mehrfachpolygonspiegels nach der Erfindung in einer seitlichen Querschnittsansicht,
2 zeigt die Ausführungsform des Mehrfachpolygonspiegels aus 1 in einer axialen Aufsicht, senkrecht zur Darstellung in 1,
3 zeigt eine vereinfachte Veranschaulichung eines Details einer ersten Ausführungsform eines LiDAR-Systems nach der Erfindung in einer seitlichen Querschnittsansicht,
4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Mehrfachpolygonspiegels nach der Erfindung in einer seitlichen Querschnittsansicht und
5 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Mehrfachpolygonspiegels nach der Erfindung in einer seitlichen Querschnittsansicht.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description. Show it:

1 shows a first embodiment of a multiple polygon mirror according to the invention in a side cross-sectional view,
2 Fig. 12 shows the embodiment of the multi-polygon mirror 1 in an axial plan view, perpendicular to the representation in 1 ,
3 shows a simplified illustration of a detail of a first embodiment of a LiDAR system according to the invention in a side cross-sectional view,
4 shows a second embodiment of a multi-polygon mirror according to the invention in a side cross-sectional view and
5 Figure 12 shows a third embodiment of a multi-polygon mirror according to the invention in a cross-sectional side view.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist eine erste Ausführungsform eines Mehrfachpolygonspiegels 1 nach der Erfindung in einer seitlichen Querschnittsansicht gezeigt. Der Mehrfachpolygonspiegel 1 umfasst ein Spiegelpolygon 2 und genau ein Strahlteilerpolygon 3, das in Bezug auf das Spiegelpolygon 2 radial nach außen angeordnet ist. Das Spiegelpolygon 2 weist Spiegeloberflächen 4a-f (zur Veranschaulichung nur Spiegeloberfläche 4a gekennzeichnet) auf und das Strahlteilerpolygon 3 weist Strahlteileroberflächen 5a-f (zur Veranschaulichung nur Strahlteileroberfläche 5a gekennzeichnet) auf und zwischen den Strahlteileroberflächen 5a-f und den Spiegeloberflächen 4a-f ist ein Winkel gebildet. Das Spiegelpolygon 2 weist Metall auf, um - während Betriebs des Mehrfachpolygonspiegels 1 - einen auf das Spiegelpolygon 2 auftreffenden Laserstrahl zu reflektieren. Das Metall ist hier beispielhaft Aluminium, das auf die Spiegeloberflächen 4a-f aufgetragen ist. Das Strahlteilerpolygon 3 ist dafür eingerichtet, einen ersten Anteil des auf das Strahlteilerpolygon 3 auftreffenden Laserstrahls zu reflektieren und einen zweiten Anteil in Richtung des Spiegelpolygons 2 zu transmittieren. Das Strahlteilerpolygon 3 ist daher in diesem Beispiel aus transparentem Kunststoff gefertigt. Der gezeigte Mehrfachpolygonspiegel 1 weist eine Drehachse 6 auf, die senkrecht durch eine Hauptfläche 7 des Mehrfachpolygonspiegels verläuft. Parallel zur Hauptfläche ist eine Gegenfläche 8 des Mehrfachpolygonspiegels 1 gebildet. Durch die Hauptfläche 7 und die parallel dazu angeordnete Gegenfläche 8 ist der Mehrfachpolygonspiegel 1 als Scheibe ausgebildet.In the 1 a first embodiment of a multiple polygon mirror 1 according to the invention is shown in a side cross-sectional view. The multiple polygon mirror 1 comprises a mirror polygon 2 and exactly one beam splitter polygon 3 which is arranged radially outwards with respect to the mirror polygon 2 . Mirror polygon 2 has mirror surfaces 4a-f (only mirror surface 4a labeled for illustration) and beamsplitter polygon 3 has beamsplitter surfaces 5a-f (only beamsplitter surface 5a labeled for illustration) and between beamsplitter surfaces 5a-f and mirror surfaces 4a-f is a angle formed. The mirror polygon 2 has metal to - during operation of the more fachpolygonspiegels 1 - to reflect an incident on the mirror polygon 2 laser beam. The metal here is aluminum, for example, which is applied to the mirror surfaces 4a-f. The beam splitter polygon 3 is set up to reflect a first portion of the laser beam impinging on the beam splitter polygon 3 and to transmit a second portion in the direction of the mirror polygon 2 . The beam splitter polygon 3 is therefore made of transparent plastic in this example. The multi-polygon mirror 1 shown has an axis of rotation 6 which runs perpendicularly through a main surface 7 of the multi-polygon mirror. A counter surface 8 of the multiple polygon mirror 1 is formed parallel to the main surface. The multiple polygon mirror 1 is formed as a disk by the main surface 7 and the opposite surface 8 arranged parallel thereto.

2 zeigt die Ausführungsform des Mehrfachpolygonspiegels 1 aus 1 in einer axialen Aufsicht, senkrecht zur Darstellung in 1. Hier ist gezeigt, dass die Spiegeloberflächen 4a-f Facetten des Spiegelpolygons 2 bilden und dass die Strahlteileroberflächen 5a-f Facetten des Strahlteilerpolygons 3 bilden. Das Spiegelpolygon 2 und das Strahlteilerpolygon 3 haben die gleiche Anzahl an Facetten. Das Spiegelpolygon 2 und das Strahlteilerpolygon 3 weisen jeweils die gleiche Anzahl Ecken auf, nämlich hier sechs, und sind konzentrisch zueinander angeordnet. So umgibt das Strahlteilerpolygon 3 das Spiegelpolygon 2 radial, bezogen auf die Drehachse 6. Der Winkel zwischen einer Strahlteileroberfläche 5a-f und der radial einwärts von ihr, zur Drehachse 6 hin, angeordneten Spiegeloberfläche 4a-f ist in diesem Ausführungsbeispiel für alle sechs Paare von Spiegeloberfläche 4a-f und Strahlteileroberfläche 5a-f gleich groß. So werden wiederholte horizontale Abtastungen der Umwelt derselben zwei Linien für jede vollständige Drehung des Mehrfachpolygonspiegels 1 erhalten. Außerdem sind alle Facetten des Spiegelpolygons 2 gleich groß und alle Facetten des Strahlteilerpolygons 3 sind ebenfalls gleich groß. Anordnungswinkel zwischen benachbarten Facetten des Spiegelpolygons 2 sind für alle Facetten gleich groß, nämlich 120°. Weiter sind Anordnungswinkel zwischen benachbarten Facetten des Strahlteilerpolygons 3 für alle Facetten gleich groß, nämlich ebenfalls 120°. Somit sind sowohl Spiegelpolygon 2 als auch Strahlteilerpolygon 3 beispielhaft als regelmäßige Sechsecke ausgebildet. Die Drehachse 6 verläuft durch den geometrischen Schwerpunkt des Mehrfachpolygonspiegels 1, der gleichzeitig auch dessen Symmetriepunkt ist. 2 12 shows the embodiment of the multi-polygon mirror 1. FIG 1 in an axial plan view, perpendicular to the representation in 1 . Here it is shown that the mirror surfaces 4a-f form facets of the mirror polygon 2 and that the beam splitter surfaces 5a-f form facets of the beam splitter polygon 3. The mirror polygon 2 and the beam splitter polygon 3 have the same number of facets. The mirror polygon 2 and the beam splitter polygon 3 each have the same number of corners, namely six here, and are arranged concentrically to one another. Thus, the beam splitter polygon 3 surrounds the mirror polygon 2 radially, in relation to the axis of rotation 6. The angle between a beam splitter surface 5a-f and the mirror surface 4a-f, which is arranged radially inwards from it, towards the axis of rotation 6, is in this exemplary embodiment for all six pairs of Mirror surface 4a-f and beam splitter surface 5a-f the same size. Thus, repeated horizontal scans of the environment of the same two lines are obtained for each complete rotation of the multiple polygon mirror 1. In addition, all facets of the mirror polygon 2 are of the same size and all facets of the beam splitter polygon 3 are also of the same size. Arrangement angles between adjacent facets of the mirror polygon 2 are the same for all facets, namely 120°. Furthermore, the arrangement angles between adjacent facets of the beam splitter polygon 3 are the same for all facets, namely also 120°. Thus, both the mirror polygon 2 and the beam splitter polygon 3 are designed as regular hexagons, for example. The axis of rotation 6 runs through the geometric center of gravity of the multiple polygon mirror 1, which is also its point of symmetry at the same time.

Der Mehrfachpolygonspiegel 1 nach den 1 und 2 ist zur Verwendung in einem in 3 ausschnittsweise veranschaulichten LiDAR-System 9 gestaltet. Das LiDAR-System 9, hier beispielhaft ein FMCW-LiDAR-System, weist als Spiegel 1 den Mehrfachpolygonspiegel 1 auf, der dafür angeordnet ist, einen Laserstrahl aus dem LiDAR-System 9 in eine Umwelt abzulenken, um die Umwelt mit dem Laserstrahl abzutasten.The multiple polygon mirror 1 according to 1 and 2 is for use in an in 3 partially illustrated LiDAR system 9 designed. The LiDAR system 9, here by way of example an FMCW LiDAR system, has the multiple polygon mirror 1 as the mirror 1, which is arranged to deflect a laser beam from the LiDAR system 9 into an environment in order to scan the environment with the laser beam.

Wie in 3 zu sehen, weist das LiDAR-System 9 eine einzige Lichtquelle 10, hier einen Laserstrahler, der ein frequenzmodulierter Dauerstrichlaser ist, und zwei Detektoren 11a, b, hier Einzelphoton-Avalanchedetektoren, auf. Den Detektoren 11a, b ist jeweils ein Objektiv vorgelagert, was zur Vereinfachung der Ansicht hier nicht gezeigt ist. Das LiDAR-System 9 weist also mehr Detektoren 11a, b zum Empfang von einfallenden Laserstrahlen auf als Lichtquellen 10 zum Aussenden von Laserstrahlen. Die Detektoren 11a, b sind dafür eingerichtet, jeweils Laserstrahlen aus einer Empfangsrichtung zu empfangen, die sich von den Empfangsrichtungen der anderen Detektoren 11a, b unterscheidet. Die Detektoren 11a, b sind über bzw. unter der Lichtquelle 10 angeordnet, sodass jeder Detektor 11a, b nur Licht aus genau einem der Lichtpfade empfängt. Durch Verwenden der gezeigten Anordnung von Detektoren 11a, b werden die Signale der beiden Sendepfade nicht vermischt, weil jeder Detektor 11a, b nur Signallicht von einem der zwei Sendepfade empfängt. So können mehrere Punkte in der Umwelt gleichzeitig abgetastet werden, obwohl nur eine einzige Lichtquelle 10a in dem LiDAR-System 9 vorgesehen ist. Wie gezeigt, ist der Mehrfachpolygonspiegel 1 in dem LiDAR-System 9 drehbar gelagert, mittels seiner Drehachse 6. Der Mehrfachpolygonspiegel 1 ist sowohl in einem Sendepfad als auch in einem Empfangspfad des LiDAR-Systems 9 angeordnet. Das bedeutet, über ihn wird der von der Lichtquelle 10 ausgesendete Laserstrahl sowohl in die Umwelt ausgesendet als auch, nach Reflexion an einem Objekt in der Umwelt, wieder empfangen und, durch den Mehrfachpolygonspiegel 1 aufgeteilt, an die beiden Detektoren 11a, 11 b weitergeleitet. Der Laserstrahl wird beim Aussenden in einen ersten Anteil A1 und einen zweiten Anteil A2 aufgeteilt, wobei der erste Anteil A1 vom Strahlteilerpolygon 3 reflektiert und in die Umwelt ausgesendet wird und der zweite Anteil A2 vom Strahlteilerpolygon 3 in Richtung des Spiegelpolygons 2 transmittiert wird. Der zweite Anteil A2 wird dann vom Spiegelpolygon 2 in die Umwelt reflektiert, sodass er einen anderen Bereich als den ersten Anteil A2 abtastet. Es können also zwei Richtungen zur gleichen Zeit abgetastet werden. Dies wird dadurch erreicht, dass sich die Reflexionswinkel von Strahlteilerpolygon 3 und Spiegelpolygon 2 bei gleichem Einfallswinkel, von der Lichtquelle 10 kommend, unterscheiden. Darum werden auch die aus der Umwelt wieder einfallenden Laserstrahlen unter unterschiedlichen Winkeln zu den beiden Detektoren 11a, b gesendet, nämlich abhängig davon, ob sie nach dem Eintritt aus der Umwelt durch eine Strahlteileroberfläche 5a-f des Strahlteilerpolygons 3 oder eine Spiegeloberfläche 4a-f des Spiegelpolygons 2 reflektiert werden. Es ist zu beachten, dass ein Teil des Signallichts auch zur Lichtquelle 10 zurückgesendet wird, allerdings ist dieser Verlust an Signallicht kein limitierender Faktor für FMCW-LiDAR-Systeme, weil für diese Systeme die Messzeit limitierender ist als die Signalstärke. Daher ist es stärker von Bedeutung, die Messungen zu parallelisieren als die Signalstärke zu maximieren.As in 3 As can be seen, the LiDAR system 9 has a single light source 10, here a laser emitter, which is a frequency-modulated continuous-wave laser, and two detectors 11a, b, here single-photon avalanche detectors. A lens is placed in front of the detectors 11a, b in each case, which is not shown here to simplify the view. The LiDAR system 9 therefore has more detectors 11a, b for receiving incident laser beams than light sources 10 for emitting laser beams. The detectors 11a, b are set up to receive laser beams from a receiving direction that differs from the receiving directions of the other detectors 11a, b. The detectors 11a, b are arranged above and below the light source 10, so that each detector 11a, b only receives light from exactly one of the light paths. By using the arrangement of detectors 11a,b shown, the signals of the two transmission paths are not mixed because each detector 11a,b only receives signal light from one of the two transmission paths. In this way, several points in the environment can be scanned simultaneously, although only a single light source 10a is provided in the LiDAR system 9. As shown, the multiple polygon mirror 1 is rotatably mounted in the LiDAR system 9 by means of its axis of rotation 6 . This means that the laser beam emitted by the light source 10 is both emitted into the environment and, after reflection on an object in the environment, received again and, divided by the multiple polygon mirror 1, forwarded to the two detectors 11a, 11b. When emitted, the laser beam is divided into a first portion A1 and a second portion A2, with the first portion A1 being reflected by the beam splitter polygon 3 and emitted into the environment, and the second portion A2 being transmitted by the beam splitter polygon 3 in the direction of the mirror polygon 2. The second portion A2 is then reflected by the mirror polygon 2 into the environment, so that it scans a different area than the first portion A2. So two directions can be scanned at the same time. This is achieved in that the reflection angles of beam splitter polygon 3 and mirror polygon 2 differ when the angle of incidence coming from light source 10 is the same. For this reason, the laser beams re-emerging from the environment are also sent to the two detectors 11a, b at different angles, namely depending on whether they are emitted by a beam after entering from the environment splitter surface 5a-f of the beam splitter polygon 3 or a mirror surface 4a-f of the mirror polygon 2 are reflected. It should be noted that some of the signal light is also sent back to the light source 10, however this loss of signal light is not a limiting factor for FMCW LiDAR systems because for these systems the measurement time is more limiting than the signal strength. Therefore, it is more important to parallelize the measurements than to maximize the signal strength.

4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Mehrfachpolygonspiegels 1 nach der Erfindung in einer seitlichen Querschnittsansicht. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind hier die Winkel zwischen den jeweiligen Paaren von Spiegeloberflächen 4a-f und Strahlteileroberflächen 5a-f unterschiedlich groß. So kann eine größere Anzahl von Winkeln der Umwelt abgetastet werden, nämlich unterschiedliche Winkel je nach Drehstellung des Mehrfachpolygonspiegels 1 in Bezug auf die Lichtquelle 10. Es ist vorgesehen, dass jede Facette des Spiegelpolygons 2 in Bezug auf die Drehachse 6 eine eindeutig zugeordnete Neigung verglichen mit den übrigen Facetten des Spiegelpolygons 2 aufweist. Weiter ist vorgesehen, dass jede Facette des Strahlteilerpolygons 3 in Bezug auf die Drehachse 6 eine eindeutig zugeordnete Neigung verglichen mit den übrigen Facetten des Strahlteilerpolygons 3 und mit den Facetten des Spiegelpolygons 2 aufweist. So ist jede Facette des Spiegelpolygons 2 und des Strahlteilerpolygons 3 eingerichtet, einen Bereich der Umwelt abzutasten, der sich von den Abtastbereichen der übrigen Facetten unterscheidet, bei gleichem Einfallswinkel von der Lichtquelle 10 für alle Facetten in Bezug auf die Drehachse 6, nämlich senkrecht zu dieser. So wird eine einzige horizontale Abtastung von zwölf unterschiedlichen Linien, eine pro Facette, für jede vollständige Drehung des Mehrfachpolygonspiegels 1 erhalten. Jede Linie liegt auf einem eigenen horizontalen Niveau in der Umwelt. 4 Figure 12 shows a second embodiment of a multiple polygon mirror 1 according to the invention in a side cross-sectional view. In contrast to the first embodiment, here the angles between the respective pairs of mirror surfaces 4a-f and beam splitter surfaces 5a-f are of different sizes. In this way, a larger number of angles of the environment can be scanned, namely different angles depending on the rotational position of the multiple polygon mirror 1 in relation to the light source 10. It is provided that each facet of the mirror polygon 2 in relation to the axis of rotation 6 has a clearly assigned inclination compared the other facets of the mirror polygon 2 has. It is further provided that each facet of the beam splitter polygon 3 has a clearly assigned inclination in relation to the axis of rotation 6 compared to the other facets of the beam splitter polygon 3 and to the facets of the mirror polygon 2 . Thus, each facet of the mirror polygon 2 and the beam splitter polygon 3 is set up to scan an area of the environment that differs from the scanning areas of the other facets, with the same angle of incidence from the light source 10 for all facets with respect to the axis of rotation 6, namely perpendicular to this . Thus a single horizontal scan of twelve different lines, one per facet, is obtained for each complete rotation of the multiple polygon mirror 1. Each line lies at its own horizontal level in the environment.

5 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform eines Mehrfachpolygonspiegels 1 nach der Erfindung in einer seitlichen Querschnittsansicht. Es handelt sich um eine Abwandlung der Ausführungsform aus 4. Die dritte Ausführungsform umfasst das Spiegelpolygon 2, das Stahlteilerpolygon 3 und ein Zwischenstrahlteilerpolygon 12, das ein weiteres Strahlteilerpolygon ist und zwischen dem Spiegelpolygon 2 und dem Strahlteilerpolygon 3 angeordnet ist. Der Mehrfachpolygonspiegel 1 weist also zwei Strahlteilerpolygone 3, 12 und das Spiegelpolygon 2 auf. Es ist wieder vorgesehen, dass jede Facette des Spiegelpolygons 2 in Bezug auf die Drehachse 6 eine eindeutig zugeordnete Neigung verglichen mit den übrigen Facetten des Spiegelpolygons 2 aufweist. Weiter ist wieder vorgesehen, dass jede Facette jedes Strahlteilerpolygons 3, 12 eine eindeutig zugeordnete Neigung in Bezug auf die Drehachse 6 verglichen mit den übrigen Facetten jedes Strahlteilerpolygons 3, 12 und dem Spiegelpolygon 2 aufweist. So ist wieder jede Facette eingerichtet, einen Bereich der Umwelt abzutasten, der sich von den Abtastbereichen der übrigen Facetten unterscheidet, bei gleichem Einfallswinkel von der Lichtquelle 10 für alle Facetten in Bezug auf die Drehachse 6, nämlich senkrecht zu dieser. Da am Zwischenstrahlteilerpolygon 12 eine erneute Aufteilung des von der Lichtquelle 10 kommenden Laserstrahls erfolgt, zusätzlich zur Aufteilung am Strahlteilerpolygon 3, kann mit nur einer einzigen Lichtquelle 10 eine nochmals größere Anzahl an Bereichen der Umwelt abgetastet werden. Entsprechend würde ein LiDAR-System 9 mit einem solchen Mehrfachpolygonspiegel 1 nach der dritten Ausführungsform auch mehr als zwei Detektoren 11a, b umfassen, um jeweils die aus der Umwelt wieder einfallenden Laserstrahlen zu erfassen. Für jeden aus der Umwelt einfallenden Laserstrahl ist hier ein eindeutig zugeordneter Detektor vorgesehen. 5 Finally, Fig. 1 shows a third embodiment of a multiple polygon mirror 1 according to the invention in a side cross-sectional view. It is a modification of the embodiment 4 . The third embodiment comprises the mirror polygon 2, the beam splitter polygon 3 and an intermediate beam splitter polygon 12 which is another beam splitter polygon and is arranged between the mirror polygon 2 and the beam splitter polygon 3. The multiple polygon mirror 1 thus has two beam splitter polygons 3 , 12 and the mirror polygon 2 . It is again provided that each facet of the mirror polygon 2 has a uniquely assigned inclination in relation to the axis of rotation 6 compared to the other facets of the mirror polygon 2 . Furthermore, it is again provided that each facet of each beam splitter polygon 3 , 12 has a uniquely assigned inclination in relation to the axis of rotation 6 compared to the other facets of each beam splitter polygon 3 , 12 and the mirror polygon 2 . Thus, each facet is again set up to scan an area of the environment that differs from the scanning areas of the other facets, with the same angle of incidence from the light source 10 for all facets in relation to the axis of rotation 6, namely perpendicular to this. Since the laser beam coming from the light source 10 is split again at the intermediate beam splitter polygon 12, in addition to the split at the beam splitter polygon 3, an even larger number of areas of the environment can be scanned with just a single light source 10. Correspondingly, a LiDAR system 9 with such a multiple polygon mirror 1 according to the third embodiment would also include more than two detectors 11a, b in order to detect the laser beams re-emerging from the environment. A clearly assigned detector is provided here for each incident laser beam from the environment.

Das hier offenbarte LiDAR-System 9 verwendet also in der gezeigten Ausführungsform einen rotierenden Mehrfachpolygonspiegel 1, beispielsweise ein Doppelpolygon wie in den 1, 2 und 4, oder alternativ ein Dreifachpolygon, wie in 5, wobei das innerste Polygon ein Spiegelpolygon 2 ist und die davon radial äußeren Polygone Strahlteilerpolygone 3, 12 sind. Die mindestens zwei Polygone 2, 3, 12 sind so geformt, dass reflektiertes Licht von den Polygonen 2, 3, 12 in unterschiedliche Richtungen gesendet wird, was ermöglicht, in zwei oder mehr unterschiedliche Richtungen gleichzeitig, also parallel, zu messen. Die Vorteile, die sich daraus ergeben können, sind Parallelisierung von Messungen, was insbesondere mit FMCW-LiDAR-Systemen kompatibel ist, mehr Abtastpunkte pro Sekunde im Vergleich mit Einkanal-LiDAR-Systemen, der Bedarf an nur einer einzigen Lichtquelle 10, was weniger Wärme produziert und einen Preisvorteil bringt, sowie die Möglichkeit, auf aktive Elemente am Mehrfachpolygonspiegel 1 zu verzichten, was eine einfache Wärmeverwaltung und niedrigere Kosten erlaubt. Dier Erfindung ist insbesondere in teilweise oder hoch automatisierten Fahrzeugen (Level 1-5) verwendbar.In the embodiment shown, the LiDAR system 9 disclosed here uses a rotating multiple polygon mirror 1, for example a double polygon as in FIGS 1 , 2 and 4 , or alternatively a triple polygon, as in 5 , where the innermost polygon is a mirror polygon 2 and the radially outer polygons thereof are beam splitter polygons 3,12. The at least two polygons 2, 3, 12 are shaped in such a way that reflected light from the polygons 2, 3, 12 is sent in different directions, which makes it possible to measure in two or more different directions simultaneously, ie in parallel. The advantages that can result from this are parallelization of measurements, which is particularly compatible with FMCW LiDAR systems, more sampling points per second compared to single-channel LiDAR systems, the need for only a single light source 10, which means less heat produced and brings a price advantage, as well as the possibility of eliminating active elements on the multi-polygon mirror 1, which allows easy thermal management and lower costs. The invention can be used in particular in partially or highly automated vehicles (level 1-5).

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.Although the invention has been illustrated and described in detail by means of preferred exemplary embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the protective scope of the invention.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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DE 4121539 A1 [0008]

Claims

LiDAR system (9), which has a mirror (1) which is arranged to deflect a laser beam from the LiDAR system (9) into an environment in order to scan the environment with the laser beam, characterized in that the mirror ( 1) is a multiple polygon mirror (1) comprising a mirror polygon (2) and one or more beam splitter polygons (3) arranged radially outwards with respect to the mirror polygon (2).

LiDAR system (9) after claim 1 , wherein the multiple polygon mirror (1) has the mirror polygon (2) and exactly one beam splitter polygon (3).

LiDAR system (9) after claim 1 or 2 wherein the mirror polygon (2) has mirror surfaces (4a-f) and at least one beam splitter polygon (3) has beam splitter surfaces (5a-f) and an angle is formed between the beam splitter surfaces (5a-f) and the mirror surfaces (4a-f).

LiDAR system (9) according to one of the preceding claims, wherein the multiple polygon mirror (1) is designed as a disk and the mirror polygon (2) and all beam splitter polygons (3) each have the same number of corners and are arranged concentrically to one another.

LiDAR system (9) according to one of the preceding claims, wherein the multiple polygon mirror (1) is rotatably mounted, with an axis of rotation (6) running perpendicularly through a main surface (7) of the multiple polygon mirror (1).

LiDAR system (9) according to one of the preceding claims, wherein the multiple polygon mirror (1) is arranged both in a transmission path and in a reception path of the LiDAR system (9).

LiDAR system (9) according to one of the preceding claims, wherein the LiDAR system (9) has more detectors (11a, b) for receiving incident laser beams than light sources (10) for emitting laser beams, wherein the detectors (11a, b ) are set up to receive laser beams from a receiving direction that differs from the receiving directions of the other detectors (11a, b).

A LiDAR system (9) as claimed in any preceding claim, wherein the mirror polygon (2) comprises metal to reflect the laser beam impinging on the mirror polygon (2).

LiDAR system (9) according to any one of the preceding claims, wherein each of the beam splitter polygons (3) is arranged to reflect a first portion of the laser beam incident on the respective beam splitter polygon (3) and a second portion towards the mirror polygon (2). transmit.

Mirror (1) as a mirror (1) for a LiDAR system (9). claim 1 is designed, characterized in that the mirror (1) is a multiple polygon mirror (1) comprising a mirror polygon (2) and one or more beam splitter polygons (3) arranged radially outwards with respect to the mirror polygon (2). .