DE102021201006A1 - LiDAR-System mit Ferndetektion - Google Patents

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Abstract

Es wird ein LiDAR-System (11) beschrieben umfassend einen Emitter (12) und einen Detektor (13), sowie eine Strahloptik, die zumindest dazu eingerichtet ist, einen vom Emitter (12) ausgesandten Abtast-Lichtstrahl (14) zum Abtasten einer Umgebung in einem Normalbetrieb abzulenken und einen von der Umgebung reflektierten Reflektions-Lichtstrahl (16) zum Detektor (13) abzulenken. Die Strahloptik umfasst einen Drehspiegel (17), der den Abtast-Lichtstrahl (14) vom Emitter (12) durch eine Rotationsbewegung über einen Haupt-Winkelbereich in die Umgebung ablenkt und den Reflektions-Lichtstrahl (16) zum Detektor (13) ablenkt. Die Strahloptik weist mindestens eine Totzeit innerhalb einer Periode der Rotationsbewegung auf, in der der Abtast-Lichtstrahl (14) nicht vom Drehspiegel (17) abgelenkt wird. Erfindungsgemäß umfasst die Strahloptik mindestens einen Zusatzspiegel (19), der dazu eingerichtet ist, während mindestens einer Totzeit den Abtast-Lichtstrahl (14) vom Emitter (12) in einen Totzeit-Winkelbereich in die Umgebung abzulenken und den Reflektions-Lichtstrahl (16) zum Detektor (13) abzulenken. Dadurch kann die Totzeit mit geringem Zusatzaufwand sinnvoll genutzt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein LiDAR-System umfassend einen Emitter und einen Detektor, eine Strahloptik, die zumindest dazu eingerichtet ist, in einem Normalbetrieb einen vom Emitter ausgesandten Abtast-Lichtstrahl zum Abtasten einer Umgebung abzulenken und einen von der Umgebung reflektierten Reflektions-Lichtstrahl zum Detektor abzulenken, wobei die Strahloptik einen Drehspiegel umfasst, der den Abtast-Lichtstrahl vom Emitter durch eine Rotationsbewegung über einen Haupt-Winkelbereich in die Umgebung ablenkt und den Reflektions-Lichtstrahl zum Detektor ablenkt, wobei die Strahloptik mindestens eine Totzeit innerhalb einer Periode der Rotationsbewegung aufweist, in der der Abtast-Lichtstrahl nicht vom Drehspiegel abgelenkt wird.
  • Stand der Technik
  • Hoch- und vollautomatische Fahrzeuge werden in den nächsten Jahren einen immer größeren Anteil des Straßenverkehrs ausmachen. Alle bekannten Konzepte von automatisierten Fahrzeugen verwenden Sensoren, wie z. B. Kameras, Radar und LiDAR (Light Detection and Ranging). Letztere sind Laserscanner, die einen kurzen Puls Laserlicht aussenden und das von einem Objekt reflektierte Licht erfassen. LiDAR-Systeme berechnen dann den Abstand des Objekts aus der gemessenen Laufzeit.
  • Aktuelle LiDAR-Systeme sind üblicherweise als rotierende Scanner, Mikro-Scanner wie MEMS(Mikro-Elektro-Mechanisches-System)-Spiegel oder Flash-Systeme ausgeführt. Beim scannenden LiDAR-System wird das Gesichtsfeld (engl. Field of View, FoV) zeitlich mit einem stark kollimierten Laserstrahl abgetastet. Der aktuelle Trend am Markt verläuft in Richtung rotierender Makroscanner-Systemen u.a. aufgrund der inhärenten Möglichkeit für die Erfassung eines großen horizontalen FoVs. Die Auflösung in horizontaler Richtung wird mit Hilfe einer Winkelmessung in feinen Schritten realisiert, in vertikaler Richtung ist diese üblicherweise durch die Anzahl der Sende-/ Empfangseinheiten definiert / limitiert (siehe z. B. Lösungen von Valeo, Velodyne). Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Makroscanner bekannt.
  • Rotierende Makroscanner sind häufig so ausgebildet, dass das vertikale FoV zur gleichen Zeit als (lückenbehaftete oder lückenlose) Spalte erfasst wird und sich die 3D-Punktewolke aus mehreren Spalten konstanter horizontaler Winkelauflösung zusammensetzt.
  • Als einen Makroscanner bezeichnet der Fachmann einen optoelektronischen Sensor, bei dem eine makroskopische Einheit rotiert. Dies kann beispielsweise (z. B. Typ Velodyne „11“) ein Sender und / oder ein Detektor auf einem Rotor sein. Die Laserleistung pro Messpuls ist bei scannenden LiDAR-Systemen wesentlich geringer als bei einem Flash System, da stark gebündelte Laser eingesetzt werden und der Empfänger idealerweise nur den kleinen Ausschnitt des FoV, welcher auch tatsächlich vom Laser beleuchtet wird, beobachtet. Alternativ kann ein Makroscanner auch über ortsfeste Sender und Empfänger von Licht verfügen (z. B. Typ Valeo Scala „00“), die Strahlablenkung erfolgt dabei durch einen rotierenden makroskopischen Spiegel (Drehspiegel).
  • LiDAR-Systeme der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus US 2011 098 970 A1 und US 2019 041 517 A1 bekannt.
  • Bei der Verwendung von vollrotierenden (360°) Drehspiegeln in der Strahloptik kommt es zwangsläufig zweimal pro Periode zu einer (je nach Anordnung mehr oder weniger langen) Totzeit während der der Drehspiegel den Abtast-Lichtstrahl nicht mehr in die Umgebung ablenken kann. Diese sehr kurze, während einer vollen Drehspiegelumdrehung zweimal verfügbare Zeitspanne (Größenordnung aufbauabhängig z. B. 1°... 5°, jede 360°-Rotation zweimal), wird im Rahmen dieser Anmeldung aufgrund ihrer bisherigen Nichtnutzung als „Totzeit“ bezeichnet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein LiDAR-System der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahloptik mindestens einen Zusatzspiegel umfasst, der dazu eingerichtet ist, während mindestens einer Totzeit den Abtast-Lichtstrahl vom Emitter in einen Totzeit-Winkelbereich in die Umgebung abzulenken und den Reflektions-Lichtstrahl zum Detektor abzulenken.
  • Im Rahmen dieser Anmeldung bezeichnet die Horizontalrichtung die Richtung tangential an die Drehrichtung des Drehspiegels (also umlaufend) und die Vertikalrichtung bezeichnet der Richtung parallel zu Drehachse des Drehspiegels.
  • Vorteile der Erfindung
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Totzeit, in der sich die Spiegelebene des Drehspiegels während seiner Rotation parallel zum optischen Pfad der Sende- und Empfangsachsen befindet, sinnvoll genutzt werden. Die Totzeit kann so vorteilhaft dafür genutzt werden, um einen besonders leistungsstarken Impuls zu senden, der über einen hinter dem Drehspiegel befindlichen Zusatzspiegel, in einen schmalen, horizontalen FoV das Fernfeld beleuchtet. Somit kann insbesondere geradeaus in Fahrtrichtung eines Fahrzeugs die Reichweite des LiDAR-Systems erweitert werden ohne Nachteile für die sonstige Umgebungserkennung. Diese Lösung erlaubt insbesondere frühzeitig langsamere oder sogar stillstehende Hindernisse (z. B. ein anderes Fahrzeug am Ende eines Staus) zu erkennen und somit ein vorausschauenderes und sichereres Fahren eines selbstfahrenden Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen LiDAR-System. Der Zusatzspiegel wird also erfindungsgemäß nur während der Totzeit mit dem Abtast-Lichtstrahl bestrahlt.
  • Die ansonsten „verlorene“ Totzeit, in der der Drehspiegel parallel zum geräteintrinsischen Strahlenverlauf des ausgesandten Abtast-Lichtstrahls steht (sodass keine Abtastung möglich ist), kann intelligent genutzt werden, indem eine Erhöhung der Systemreichweite bei nahezu gleichbleibenden optischen Komponenten (und Systemherstellkosten) erreicht wird. In der sonst vorliegenden „Dunkelphase“ lenkt ein hinter dem Drehspiegel platzierter, Zusatzspiegel mit seiner reflektierenden Fläche durch oder um den Drehspiegel transmittierte Laserstrahlen in Richtung des Fernfeldes ab. Das Fernfeld kann hierbei ein schmaler Teil des horizontalen FoV sein, der mit dieser zusätzlichen Abtastung pro Drehspiegelumdrehung zweimal erfasst wird.
  • Ein weiterer Vorteil ist die mit dieser Lösung erlangte Redundanz der Messung in einem Teil des FoV. Sollte beispielsweise durch einen Fehler im LiDAR-System die Empfindlichkeit der Objekterkennung reduziert sein (Beschädigung am Drehspiegel, der sonstigen Strahloptik, dem Detektor etc.) erlaubt die erfindungsgemäße Lösung in bestimmten Fällen weiterhin eine Objekterkennung zumindest in einem kleinen Winkelbereich. Das gilt besonders, wenn die Intensität des Abtast-Lichtstrahls in der Totzeit erhöht ist (durch Strahlformung und / oder Erhöhung der Emitterleistung). Bei einer Fahrzeuganwendung kann dies die Unfallgefahr bei einem derartigen LiDAR-System-Fehler erheblich reduzieren.
  • Die erfindungsgemäße Lösung unterstützt sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Relativanordnung von Emitter und Detektor. Je nach Anordnung kann sich jedoch aus geometrischen Gründen die für die Totzeitnutzung verfügbare Winkelspanne unterscheiden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das LiDAR-System ein horizontal scannendes LiDAR-Systems mit einer Vielzahl von Lasern im Emitter und einer Vielzahl von Detektorelementen im Detektor (vorzugsweise mit einer sehr hohen Winkelauflösung, z.B. 0,1 x 0,1 Grad). Dadurch kann der Scanvorgang mit Hilfe einer lückenlosen Beleuchtung und Abtastung der Umwelt vollständig und ebenso lückenlos erfolgen (zumindest in einem relevanten vertikalen Winkelbereich). Dabei kann die zusätzliche, langreichweitige Abtastung mit dem bereits vorhandenen Emitter und Detektor sowie der Strahloptik erreicht werden und bildet lediglich einen Winkelschritt des horizontalen FoV des Normalbetriebs ab. Die zusätzliche Funktionalität lässt sich also mit einem geringen Aufwand an zusätzlichen optischen Elementen erreichen.
  • Der Zusatzspiegel kann zur Strahlformung wahlweise in horizontaler Richtung planeben, konvex und konkav sein oder alternativ können weitere Strahloptik-Elemente vorgesehen sein. Sowohl der Zusatzspiegel als auch optionale zusätzliche Totzeit-Strahloptik-Elemente (z. B. Linse(n)) können konvex, konkav, etc. ausgeführt werden. Zielsetzung ist wahlweise entweder die Formung des langreichweitigen horizontalen FoV-Anteils bzw. die Erhöhung der optischen Energiedichte in horizontaler Richtung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Zusatzspiegel ein statischer Spiegel. Diese Ausführungsform lässt sich die Ausnutzung der Totzeit mit möglichst geringem Aufwand in bestehende LiDAR-Systeme integrieren. Der statische Spiegel ist dann vorzugsweise so angeordnet, dass er den Abtast-Lichtstrahl in die Mitte des FoV des Normalbetriebs ablenkt. Die Mitte des FoV des Normalbetriebs ist beispielsweise bei der Verwendung in einem Fahrzeug in der Regel in Fahrtrichtung ausgerichtet. Alternativ kann der Zusatzspiegel auch ein weiterer Drehspiegel sein, der ein eigenes kleineres, horizontales FoV abtastet. Dies erfordert jedoch eine genaue Synchronisation der Drehspiegelrotationen und ist somit aufwändiger und fehleranfälliger als eine Lösung unter Verwendung eines statischen Zusatzspiegels.
  • Der Zusatzspiegel kann vorzugsweise ein aluminiumbeschichteter Spiegel sein.
  • Vorzugsweise weist die Strahloptik zur Strahlformung während der Totzeit mindestens eine dem Zusatzspiegel zugeordnete Linse und / oder mindestens ein dem Zusatzspiegel zugeordnetes Objektiv auf. Eine derartige Lösung erlaubt eine vom Normalbetrieb unabhängige Strahlformung des Abtast-Lichtstrahls während der Totzeit. Weiterhin sind auch andere Möglichkeiten der Strahlformung vorhanden als wenn die Strahlformung in der Totzeit nur über den Zusatzspiegel (z. B. über dessen Krümmung) erfolgt.
  • Vorzugsweise ist die Strahloptik so eingerichtet, dass sie den Abtast-Lichtstrahl während der Totzeit mit einem kleineren horizontalen Strahlöffnungswinkel emittiert als während des Normalbetriebs, indem der mindestens eine Zusatzspiegel in der horizontalen Richtung eine konkave Krümmung aufweist. Der Zusatzspiegel kann dazu in horizontaler Richtung eine Brennweite von mehr als 50 m, vorzugsweise von mehr als 100 m, besonders bevorzugt von mehr als 200m aufweisen.
  • Alternativ kann der Zusatzspiegel in horizontaler Richtung plan sein oder sogar eine konvexe Krümmung aufweisen um den Abtast-Lichtstrahl während der Totzeit mit einem gleich großen oder größeren horizontalen Strahlöffnungswinkel zu emittieren als während des Normalbetriebs. In diesem vor wir der Emitter vorzugsweise mit einer erhöhten Leistung betrieben, sodass dennoch während der Totzeit eine höhere Reichweite des LiDAR-Systems erreicht wird als im Normalbetrieb.
  • In einer Ausführungsform ist die Strahloptik so eingerichtet, dass sie den Abtast-Lichtstrahl während der Totzeit mit einem kleineren horizontalen Strahlöffnungswinkel emittiert als während des Normalbetriebs, indem die Strahloptik mindestens eine dem Zusatzspiegel zugeordnete horizontale Sammellinse mit Lichtsammelwirkung in der horizontalen Richtung umfasst. Die horizontale Sammellinse kann dabei die horizontale Breite des Abtast-Lichtstrahls reduzieren, diesen aber im Wesentlichen parallel halten. Alternativ kann die horizontale Sammellinse aber auch in horizontaler Richtung eine Brennweite von mehr als 50 m, vorzugsweise von mehr als 100 m, besonders bevorzugt von mehr als 200m aufweisen um einen fokussierten Abtast-Lichtstrahl zu erzeugen. Die horizontale Sammellinse kann in Vertikalrichtung planeben sein, also eine Zylinder-Sammellinse sein. Die horizontale Sammellinse kann aber in Vertikalrichtung auch eine konvexe oder konkave Krümmung aufweisen um eine gewisse vertikale Strahlaufweitung oder Strahlbündelung bereitzustellen.
  • Es ist bevorzugt, wenn wobei die Strahloptik so eingerichtet ist, dass sie den Abtast-Lichtstrahl während der Totzeit mit einem kleineren horizontalen Strahlöffnungswinkel emittiert als während des Normalbetriebs, indem die Strahloptik mindestens ein dem Zusatzspiegel zugeordnetes Objektiv umfasst, das eine Lichtsammelwirkung in der horizontalen Richtung aufweist.
  • Auch ist es möglich, dass die Strahloptik so eingerichtet ist, dass sie den Abtast-Lichtstrahl während der Totzeit auf eine vorbestimmte Totzeit-Distanz fokussiert, vorbei die Totzeit-Distanz größer ist als die Reichweite des LiDAR-Systems im Normalbetrieb. Dazu kann der Zusatzspiegel und / oder ein zusätzliches Strahlformungselement wie eine Linse oder ein Objektiv in Horizontalrichtung eine Sammelwirkung aufweisen, also zumindest einen Abtast-Lichtstrahl mit gegenüber dem Normalbetrieb reduzierter horizontaler Breite oder sogar einen fokussierten Abtast-Lichtstrahl erzeugen.
  • In einer Ausführungsform emittiert der Emitter während der Totzeit einen Abtast-Lichtstrahl mit gegenüber dem Normalbetrieb erhöhter Intensität. Diese Ausführungsform erleichtert es während der Totzeit einen besonders Intensiven Abtastpuls auszusenden, der insbesondere eine höhere Reichweite in einem kleinen Winkelbereich erlaubt. Damit kann beispielsweise eine frontale Fernerkennungsfunktionalität für ein Fahrzeug-LiDAR-System bereitgestellt werden, die eine frühzeitige Geschwindigkeitsanpassung / ein Bremsen beim Auftauchen eines langsamen / stehenden Hindernisses ermöglicht. Diese Ausführungsform kann mit einer divergierenden Spiegelwölbung (konvexe Krümmung des Zusatzspiegels) kombiniert werden, sodass ein eher breiter, horizontaler wie vertikaler „Flash“ (gepulster Abtast-Lichtstrahl während der Totzeit) erreicht werden, um bspw. die eigene Spur auf der Autobahn sehr vorausschauend vermessen zu können. Alternativ kann aber auch eine parallele oder sogar fokussierte Strahlformung (z. B. mit einem konkaven Zusatzspiegel und / oder Sammellinse) mit der erhöhten Emitterintensität kombiniert werden um eine besonders langreichweitige aber schmalwinklige Fernerkennung bereitzustellen. Die Leistungserhöhung des Emitters ist vorteilhaft elektronisch von außen durch Ansteuerung des Emitters (z. B. des Lasertreibers) steuerbar. Diese Steuerbarkeit ist vorteilhaft an der Systemschnittstelle verfügbar, sodass die Fahrfunktion / eine Steuervorrichtung / ein Leitrechner (z.B. P-ADC) die Erhöhung der Reichweite beeinflussen kann.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeug umfassend ein LiDAR-System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen gelöst. Das erfindungsgemäße LiDAR-System ist besonders vorteilhaft für Fahrzeuganwendungen, die von der Fernerkennung von Hindernissen durch die erfindungsgemäße Totzeitnutzung ohne besonderen Zusatzaufwand profitieren können.
  • Bevorzugt kann der zusätzliche Betriebsmodus der Totzeitnutzung jederzeit elektronisch aktiviert und deaktiviert werden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung die Totzeitnutzung bei geringer Geschwindigkeit (z. B. unterhalb von 50 km/h oder Innerorts) oder auf Weisung eines Benutzers abschalten. Bei geringen Geschwindigkeiten ist der Vorteil der zusätzlichen Fernerkennung geringer und Energieverbrauchsargumente (bei Nutzung einer erhöhten Intensität) sowie Augensicherheitsargumente (insbesondere Im Stadtverkehr mit Personen im FoV) relevanter.
  • 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.
    • 1 zeigt ein LiDAR-System des Standes der Technik,
    • 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LiDAR-Systems im Normalbetrieb,
    • 3 zeigt die Ausführungsform der 2 während der Totzeit,
    • 4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LiDAR-Systems während der Totzeit,
    • 5 zeigt ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen LiDAR-System,
    • 6 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LiDAR-Systems während der Totzeit, und
    • 7 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LiDAR-Systems während der Totzeit.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In der 1 ist ein LiDAR-System 1 des Standes der Technik gezeigt. Das LiDAR-System 1 umfasst einen Emitter 2 und einen Detektor 3, sowie eine Strahloptik. Die Strahloptik ist zumindest dazu eingerichtet, einen vom Emitter 2 ausgesandten Abtast-Lichtstrahl 4 (gestrichelte Linie) zum Abtasten einer Umgebung in einem Normalbetrieb abzulenken und einen von der Umgebung (hier von einem Objekt 5) reflektierten Reflektions-Lichtstrahl 6 (Punkt-Strich-Linie) zum Detektor 3 abzulenken. Die Strahloptik umfasst zumindest einen Drehspiegel 7, der den Abtast-Lichtstrahl 4 vom Emitter 2 durch eine Rotationsbewegung über einen Haupt-Winkelbereich in die Umgebung ablenkt und den Reflektions-Lichtstrahl 6 zum Detektor 3 ablenkt.
  • Steht der Drehspiegel 7 bei seiner Rotation waagerecht, so kann er den Abtast-Lichtstrahl 4 zeitweise nicht mehr in die Umgebung reflektieren und es kommt zu einer Totzeit, in der keine Abtastung der Umgebung stattfindet.
  • 2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LiDAR-Systems 11. 2 zeigt dabei den Normalbetrieb und 3 die Totzeit.
  • Auch hier umfasst das LiDAR-System 11 einen Emitter 12 und einen Detektor 13, sowie eine Strahloptik. Die Strahloptik ist dazu eingerichtet, einen vom Emitter 12 ausgesandten Abtast-Lichtstrahl 14 (gestrichelte Linie) zum Abtasten einer Umgebung im Normalbetrieb (2) abzulenken und einen von der Umgebung (hiervon einem Objekt 15) reflektierten Reflektions-Lichtstrahl 16 (Punkt-Strich-Linie) zum Detektor 13 abzulenken. Die Strahloptik umfasst einen Drehspiegel 17, der den Abtast-Lichtstrahl 14 vom Emitter 12 durch eine Rotationsbewegung über einen Haupt-Winkelbereich 18 (siehe 5) in die Umgebung ablenkt und den Reflektions-Lichtstrahl 16 zum Detektor 13 ablenkt.
  • Steht der Drehspiegel 17 bei seiner Rotation waagerecht (3), so kann er den Abtast-Lichtstrahl 14 zeitweise nicht mehr in die Umgebung reflektieren und diese Zeitspanne wird mit Anlehnung an den Stand der Technik (1) ebenfalls als Totzeit bezeichnet, auch wenn die Zeitspanne erfindungsgemäß genutzt wird.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Strahloptik einen Zusatzspiegel 19, der dazu eingerichtet ist, während mindestens einer Totzeit den Abtast-Lichtstrahl 14 vom Emitter 12 in einen Totzeit-Winkelbereich 20 (siehe 5) in die Umgebung abzulenken und den Reflektions-Lichtstrahl 16 zum Detektor 13 abzulenken.
  • In der Ausführungsform der 2 und 3 weist der Zusatzspiegel 19 keine Fokusierungswirkung auf, sondern sendet den Abtast-Lichtstrahl 14 beispielsweise mit demselben Öffnungswinkel wie im Normalbetrieb in die Umgebung. Hier wird dann vorzugsweise eine erhöhte Intensität des Laserpulses über eine Leistungserhöhung des Emitters 12 erreicht.
  • Eine Alternative dazu ist in 4 (und 6, 7) gezeigt. In 4 ist der Zusatzspiegel 19 zur Strahlformung in horizontaler Richtung beispielsweise konkav. Die Strahloptik ist also so eingerichtet, dass sie den Abtast-Lichtstrahl 14 während der Totzeit mit einem kleineren horizontalen Strahlöffnungswinkel emittiert als während des Normalbetriebs, indem der mindestens eine Zusatzspiegel 19 in der horizontalen Richtung eine konkave Krümmung aufweist. Der Abtast-Lichtstrahl 14 weist hier einen Brennpunkt (eigentliche eine vertikale Brennlinie) auf, wodurch die Totzeit-Messung auf eine Fernerkennung in einem besonders kleinen Winkelbereich spezialisiert ist und der Redundanzaspekt weniger stark gewichtet ist.
  • 5 zeigt ein Fahrzeug 21 umfassend ein erfindungsgemäßes LiDAR-System 11 bspw. als Teil einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Der Haupt-Winkelbereich 18 wird beispielsweise während des Normalbetriebs abgetastet, wobei der Totzeit-Winkelbereich 20 während der Totzeit abgetastet wird. Der Totzeit-Winkelbereich 20 ist kleiner als der Haupt-Winkelbereich 18, was beispielsweise über eine entsprechende sammelnde Strahlformung im Zusatzspiegel 19 und / oder einer Linse 22 (siehe 6, 7) oder einem Objektiv erreicht werden kann.
  • 6 und 7 zeigen eine dritte bzw. eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LiDAR-Systems 11. Beide Fig. zeigen jeweils den Totzeit-Betrieb und umfassen zusätzlich zum Zusatzspiegel 19 eine Linse 22. Die Linse 22 in 6 weist eine Lichtsammelwirkung auf, reduziert also die horizontale Winkelöffnung des Abtast-Lichtstrahls 14. Die Linse 22 kann hier beispielsweise in horizontaler Richtung konvex-plan oder konvex-konkav sein (die Darstellung ist lediglich vereinfacht) entlang der Ausbreitungsrichtung des Abtast-Lichtstrahls 14.
  • Die Linse 22 in 7 weist ebenfalls eine Lichtsammelwirkung auf, reduziert also die horizontale Winkelöffnung des Abtast-Lichtstrahls 14. Der Abtastlichtstrahl wird hier aber auf einen horizontalen Brennpunkt (also eine Brennlinie in Vertikalrichtung) gebündelt, der im Fernfeld liegt (also bspw. bei mehr als 50 m, mehr als 100 m oder mehr als 200 m Abstand). Die Linse 22 kann hier beispielsweise in horizontaler Richtung konvex-plan oder konvex-konvex sein (die Darstellung ist lediglich vereinfacht) entlang der Ausbreitungsrichtung des Abtast-Lichtstrahls 14.
  • In den 2 - 4 und 6, 7 sind der Emitter 12 und der Detektor 13 lediglich beispielhaft „übereinander“ angeordnet sein (die 2-7 zeigen jeweils einen Blick von „oben“). Der Emitter 12 und der Detektor 13 können aber auch nebeneinander oder versetzt angeordnet sein, wobei dies potentiell den für die Totzeit verfügbaren Winkelbereich verändert bzw. zusätzliche Strahloptikelemente wie (halbdurchlässige) Spiegel, Linsen etc. erfordern kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2011098970 A1 [0006]
    • US 2019041517 A1 [0006]

Claims (9)

  1. LiDAR-System (11) umfassend: - einen Emitter (12) und einen Detektor (13), - eine Strahloptik, die zumindest dazu eingerichtet ist, in einem Normalbetrieb einen vom Emitter (12) ausgesandten Abtast-Lichtstrahl (14) zum Abtasten einer Umgebung abzulenken und einen von der Umgebung reflektierten Reflektions-Lichtstrahl (16) zum Detektor (13) abzulenken, - wobei die Strahloptik einen Drehspiegel (17) umfasst, der den Abtast-Lichtstrahl (14) vom Emitter (12) durch eine Rotationsbewegung über einen Haupt-Winkelbereich (18) in die Umgebung ablenkt und den Reflektions-Lichtstrahl (16) zum Detektor (13) ablenkt, wobei die Strahloptik mindestens eine Totzeit innerhalb einer Periode der Rotationsbewegung aufweist, in der der Abtast-Lichtstrahl (14) nicht vom Drehspiegel (17) abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Strahloptik mindestens einen Zusatzspiegel (19) umfasst, der dazu eingerichtet ist, während mindestens einer Totzeit den Abtast-Lichtstrahl (14) vom Emitter (12) in einen Totzeit-Winkelbereich (20) in die Umgebung abzulenken und den Reflektions-Lichtstrahl (16) zum Detektor (13) abzulenken.
  2. LiDAR-System (11) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Zusatzspiegel (19) ein statischer Spiegel ist.
  3. LiDAR-System (11) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strahloptik zur Strahlformung während der Totzeit - mindestens eine dem Zusatzspiegel (19) zugeordnete Linse (22) und / oder - mindestens ein dem Zusatzspiegel (19) zugeordnetes Objektiv aufweist.
  4. LiDAR-System (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strahloptik so eingerichtet ist, dass sie den Abtast-Lichtstrahl (14) während der Totzeit mit einem kleineren horizontalen Strahlöffnungswinkel emittiert als während des Normalbetriebs, indem der mindestens eine Zusatzspiegel (19) in der horizontalen Richtung eine konkave Krümmung aufweist.
  5. LiDAR-System (11) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Strahloptik so eingerichtet ist, dass sie den Abtast-Lichtstrahl (14) während der Totzeit mit einem kleineren horizontalen Strahlöffnungswinkel emittiert als während des Normalbetriebs, indem die Strahloptik mindestens eine dem Zusatzspiegel (19) zugeordnete horizontale Sammellinse (22) mit Lichtsammelwirkung in der horizontalen Richtung umfasst.
  6. LiDAR-System (11) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Strahloptik so eingerichtet ist, dass sie den Abtast-Lichtstrahl (14) während der Totzeit mit einem kleineren horizontalen Strahlöffnungswinkel emittiert als während des Normalbetriebs, indem die Strahloptik mindestens ein dem Zusatzspiegel (19) zugeordnetes Objektiv umfasst, das eine Lichtsammelwirkung in der horizontalen Richtung aufweist.
  7. LiDAR-System (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strahloptik so eingerichtet ist, dass sie den Abtast-Lichtstrahl (14) während der Totzeit auf eine vorbestimmte Totzeit-Distanz fokussiert, vorbei die Totzeit-Distanz größer ist als die Reichweite des LiDAR-Systems (11) im Normalbetrieb.
  8. LiDAR-System (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Emitter (12) während der Totzeit einen Abtast-Lichtstrahl (14) mit gegenüber dem Normalbetrieb erhöhter Intensität emittiert.
  9. Steuervorrichtung für ein Fahrzeug umfassend ein LiDAR-System (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
DE102021201006.7A 2021-02-04 2021-02-04 LiDAR-System mit Ferndetektion Pending DE102021201006A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20110098970A1 (en) 2009-10-22 2011-04-28 Sick Ag Measurement of distances or of distance changes
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