DE102021205313A1 - Transmitting and/or receiving device for a lidar - Google Patents

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Tobias Nusser
Ralf Beuschel
Stefan Junginger
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Abstract

Es wird eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung für ein Lidar (2) vorgeschlagen, umfassend zumindest eine Grundeinheit (3, 3') und zumindest eine an der Grundeinheit (3, 3') angeordnete Optikeinheit (4, 4'), um einen Laserstrahl zu lenken, insbesondere auf einen Umlenkspiegel (5, 5'), wobei eine optische Achse (6, 6') der Optikeinheit (4, 4') mit einer Flächennormalen (7) einer Haupterstreckungsebene (8) der Grundeinheit (3, 3') einen Winkel (9) größer als 0° einschließt.A transmitting and/or receiving device for a lidar (2) is proposed, comprising at least one base unit (3, 3') and at least one optical unit (4, 4') arranged on the base unit (3, 3') in order to To direct the laser beam, in particular onto a deflection mirror (5, 5'), with an optical axis (6, 6') of the optics unit (4, 4') being aligned with a surface normal (7) of a main extension plane (8) of the base unit (3, 3 ') includes an angle (9) greater than 0°.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung für ein Lidar. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Lidar mit einer Sende- und/oder Empfangsvorrichtung und auf ein entsprechendes Fahrzeug.The invention relates to a transmitting and/or receiving device for a lidar. Furthermore, the invention relates to a lidar with a transmitting and/or receiving device and to a corresponding vehicle.

Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen für Lidare sind aus dem Stand der Technik bekannt.Transmitting and/or receiving devices for lidars are known from the prior art.

Es wird eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung für ein Lidar vorgeschlagen. Die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung umfasst zumindest eine Grundeinheit. Die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung umfasst zumindest eine an der Grundeinheit angeordnete Optikeinheit, um einen Laserstrahl zu lenken, insbesondere auf einen Umlenkspiegel. Eine optische Achse der Optikeinheit schließt mit einer Flächennormalen einer Haupterstreckungsebene der Grundeinheit einen Winkel größer als 0° ein.A transmitting and/or receiving device for a lidar is proposed. The transmitting and/or receiving device comprises at least one basic unit. The transmitting and/or receiving device comprises at least one optics unit arranged on the base unit in order to direct a laser beam, in particular onto a deflection mirror. An optical axis of the optics unit encloses an angle greater than 0° with a surface normal of a main extension plane of the base unit.

Bevorzugt ist die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung als eine Sende- und Empfangsvorrichtung ausgebildet, die dazu vorgesehen ist, Laserstrahlen auszusenden und zu empfangen. Alternativ ist vorstellbar, dass die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung als eine Sendevorrichtung ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, Laserstrahlen auszusenden, oder dass die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung als eine Empfangsvorrichtung ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, Laserstrahlen zu empfangen. Beispielsweise kann das Lidar zumindest eine Sendevorrichtung und zumindest eine Empfangsvorrichtung aufweisen. Das Lidar ist vorzugsweise als ein FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave)-Lidar ausgebildet. Alternativ ist vorstellbar, dass das Lidar als ein ToF (Time of Flight)-Lidar oder als ein anderes, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Lidar ausgebildet ist. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, speziell ausgestattet und/oder speziell ausgelegt verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt die Funktion in zumindest einem Betriebszustand ausführt.The transmitting and/or receiving device is preferably designed as a transmitting and receiving device which is intended to emit and receive laser beams. Alternatively, it is conceivable that the transmitting and/or receiving device is designed as a transmitting device that is intended to emit laser beams, or that the transmitting and/or receiving device is designed as a receiving device that is intended to receive laser beams. For example, the lidar can have at least one transmitting device and at least one receiving device. The lidar is preferably in the form of an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) lidar. Alternatively, it is conceivable that the lidar is designed as a ToF (Time of Flight) lidar or as another lidar that appears sensible to a person skilled in the art. “Provided” should be understood to mean, in particular, specially programmed, specially equipped and/or specially designed. The fact that an object is provided for a function is to be understood in particular to mean that the object executes the function in at least one operating state.

Die optische Achse der Optikeinheit schließt vorzugsweise mit einer Flächennormalen einer Haupterstreckungsebene eines Gehäuses der Grundeinheit einen Winkel von größer als 0° ein. Unter einer „optischen Achse“ soll insbesondere eine Symmetrieachse eines rotationssymmetrischen optischen Systems, insbesondere der Optikeinheit, verstanden werden. Unter einer „Haupterstreckungsebene“ eines Objekts soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinsten gedachten Quaders ist, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt, und insbesondere durch den Mittelpunkt des Quaders verläuft. Unter einer „Flächennormalen“ soll insbesondere eine gedachte Gerade verstanden werden, die senkrecht zu einer Fläche, hier insbesondere zu der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit, verläuft. Insbesondere verläuft die optische Achse der Optikeinheit winklig, insbesondere geneigt, relativ zu der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit, insbesondere des Gehäuses.The optical axis of the optics unit preferably encloses an angle of greater than 0° with a surface normal of a main extension plane of a housing of the base unit. An “optical axis” is to be understood in particular as an axis of symmetry of a rotationally symmetrical optical system, in particular of the optics unit. A “main extension plane” of an object is to be understood in particular as a plane which is parallel to a largest side surface of an imaginary cuboid which just completely encloses the object and in particular runs through the center point of the cuboid. A “surface normal” is to be understood in particular as an imaginary straight line that runs perpendicular to a surface, here in particular to the main plane of extension of the basic unit. In particular, the optical axis of the optics unit runs at an angle, in particular inclined, relative to the surface normal of the main extension plane of the base unit, in particular the housing.

Die Grundeinheit umfasst vorzugsweise weitere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Komponenten, wie beispielsweise eine Laserquelle, einen Laserdetektor, eine Lasersteuerung, weitere Optikelemente o. dgl. Insbesondere sind die weiteren Komponenten innerhalb des Gehäuses der Grundeinheit angeordnet. Vorzugsweise ist die Optikeinheit an dem Gehäuse befestigt und/oder zumindest teilweise einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet. Unter „einteilig“ soll insbesondere in einem Stück geformt verstanden werden.The base unit preferably includes other components that appear useful to a person skilled in the art, such as a laser source, a laser detector, a laser controller, other optical elements or the like. In particular, the other components are arranged within the housing of the base unit. The optics unit is preferably attached to the housing and/or is at least partially formed in one piece with the housing. “In one piece” is to be understood in particular as being formed in one piece.

Die Optikeinheit umfasst insbesondere zumindest ein Optikelement, bevorzugt eine Mehrzahl von Optikelementen. Das Optikelement ist vorzugsweise als eine Linse ausgebildet. Die Optikeinheit ist vorzugsweise zumindest teilweise als ein Objektiv ausgebildet. Vorzugsweise ist die Optikeinheit, insbesondere das Optikelement, dazu vorgesehen, Laserstrahlen zu lenken, insbesondere zu fokussieren. Insbesondere ist die Optikeinheit dazu vorgesehen, von der Laserquelle erzeugte Laserstrahlen auf einen Umlenkspiegel der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung und/oder in einem Umfeld des Lidars reflektierte Laserstrahlen auf einen Laserdetektor zu lenken, insbesondere zu fokussieren. Insbesondere ist die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung dazu vorgesehen, Laserstrahlen zumindest aus einem infraroten Spektralbereich zu senden und/oder zu empfangen. Insbesondere weist die Optikeinheit, insbesondere das Optikelement, zumindest im infraroten Spektralbereich eine strahllenkende Wirkung auf. Unter einem „infraroten Spektralbereich“ soll insbesondere ein Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung zwischen 780 nm und 2000 nm verstanden werden.In particular, the optics unit comprises at least one optics element, preferably a plurality of optics elements. The optical element is preferably designed as a lens. The optics unit is preferably designed at least partially as a lens. The optics unit, in particular the optics element, is preferably provided for directing, in particular focusing, laser beams. In particular, the optics unit is intended to direct, in particular focus, laser beams generated by the laser source onto a deflection mirror of the transmitting and/or receiving device and/or laser beams reflected in the vicinity of the lidar onto a laser detector. In particular, the transmitting and/or receiving device is intended to transmit and/or receive laser beams at least from an infrared spectral range. In particular, the optics unit, in particular the optics element, has a beam-guiding effect at least in the infrared spectral range. An “infrared spectral range” should be understood to mean, in particular, a wavelength range of electromagnetic radiation between 780 nm and 2000 nm.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung kann vorteilhaft eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung mit geringem Packungsmaß bereitgestellt werden. Vorteilhaft kann eine platzsparend zu verbauende Sende- und/oder Empfangsvorrichtung bereitgestellt werden. Vorteilhaft kann eine hohe thermische Entwärmung der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung ermöglicht werden.The configuration of the transmitting and/or receiving device according to the invention advantageously makes it possible to provide a transmitting and/or receiving device with a small packaging size. A transmitting and/or receiving device to be installed in a space-saving manner can advantageously be provided. Advantageously, high thermal cooling of the transmitting and/or receiving device can be made possible.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die optische Achse der Optikeinheit mit der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit einen Winkel kleiner als 90° einschließt. Insbesondere schließt die optische Achse der Optikeinheit mit der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit einen Winkel zwischen 0° und 90° ein, wobei 0° und 90° ausgeschlossen sind. Insbesondere verläuft die optische Achse der Optikeinheit winklig, insbesondere geneigt, relativ zu der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit, insbesondere des Gehäuses. Vorteilhaft kann eine kompakte Sende- und/oder Empfangsvorrichtung bereitgestellt werden.Furthermore, it is proposed that the optical axis of the optics unit encloses an angle of less than 90° with the surface normal of the main extension plane of the base unit. In particular, the optical axis of the optics unit encloses an angle of between 0° and 90° with the surface normal of the main extension plane of the base unit, with 0° and 90° being excluded. In particular, the optical axis of the optics unit runs at an angle, in particular inclined, relative to the main extension plane of the base unit, in particular the housing. A compact transmitting and/or receiving device can advantageously be provided.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die optische Achse der Optikeinheit mit der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit einen Winkel zwischen 20° und 50° einschließt, wobei 20° und 50° insbesondere eingeschlossen sind. Insbesondere schließt die optische Achse der Optikeinheit mit der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit einen Winkel zwischen 20° und 50°, bevorzugt zwischen 25° und 45° und besonders bevorzugt zwischen 30° und 40° ein. Vorteilhaft kann eine kompakte Sende- und/oder Empfangsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine effiziente Ein- und/oder Auskopplung eines Laserstrahls ermöglicht.It is also proposed that the optical axis of the optics unit encloses an angle of between 20° and 50° with the surface normal of the main extension plane of the base unit, with 20° and 50° being included in particular. In particular, the optical axis of the optics unit encloses an angle between 20° and 50°, preferably between 25° and 45° and particularly preferably between 30° and 40° with the surface normal of the main extension plane of the base unit. A compact transmitting and/or receiving device can advantageously be provided, which enables a laser beam to be coupled in and/or out efficiently.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die optische Achse der Optikeinheit mit der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit einen Winkel zwischen 32° und 38° einschließt, wobei 32° und 38° insbesondere eingeschlossen sind. In addition, it is proposed that the optical axis of the optics unit encloses an angle of between 32° and 38° with the surface normal of the main extension plane of the base unit, with 32° and 38° being included in particular.

Insbesondere schließt die optische Achse der Optikeinheit mit der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit einen Winkel zwischen 32° und 38°, bevorzugt zwischen 33° und 37° und besonders bevorzugt zwischen 34° und 36° ein. Vorteilhaft kann eine besonders kompakte Sende- und/oder Empfangsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine effiziente Ein- und/oder Auskopplung eines Laserstrahls ermöglicht.In particular, the optical axis of the optics unit encloses an angle between 32° and 38°, preferably between 33° and 37° and particularly preferably between 34° and 36° with the surface normal of the main extension plane of the base unit. A particularly compact transmitting and/or receiving device can advantageously be provided, which enables efficient coupling and/or decoupling of a laser beam.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die optische Achse der Optikeinheit mit der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit einen Winkel von 35° einschließt. Vorteilhaft kann eine hinsichtlich Packungsmaß und thermischer Entwärmung optimierte Sende- und/oder Empfangsvorrichtung bereitgestellt werden.Furthermore, it is proposed that the optical axis of the optics unit encloses an angle of 35° with the surface normal of the main extension plane of the base unit. Advantageously, a transmitting and/or receiving device can be provided that is optimized in terms of packaging size and thermal cooling.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die optische Achse der Optikeinheit zur Grundeinheit hin geneigt ist. Insbesondere ist die optische Achse der Optikeinheit zu einem Großteil einer Oberfläche der Grundeinheit hin geneigt. Unter einem „Großteil“ der Oberfläche der Grundeinheit soll insbesondere ein Anteil von mehr als 50 %, bevorzugt von mehr als 70 % und besonders bevorzugt von mehr als 90 % an einer Gesamtoberfläche der Grundeinheit verstanden werden. Vorzugsweise ist die Optikeinheit, insbesondere entlang einer Haupterstreckungsrichtung der Grundeinheit, an einem Ende der Grundeinheit angeordnet. Insbesondere ist die Optikeinheit, insbesondere die optische Achse der Optikeinheit, in Richtung eines weiteren, von dem Ende abgewandten Endes der Grundeinheit geneigt. Unter einer „Haupterstreckungsrichtung“ eines Objekts soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten gedachten Quaders verläuft, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt. Vorzugsweise erstreckt sich die optische Achse der Optikeinheit parallel zu einer von der Haupterstreckungsrichtung der Grundeinheit und von der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit aufgespannten Ebene. Vorzugsweise bilden die Grundeinheit, insbesondere die Haupterstreckungsrichtung der Grundeinheit, und die Optikeinheit, insbesondere die optische Achse der Optikeinheit, eine V-artige Form aus. Vorteilhaft kann ein besonders platzsparender Verbau der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung ermöglicht werden.In addition, it is proposed that the optical axis of the optics unit is inclined towards the base unit. In particular, the optical axis of the optics unit is inclined towards a large part of a surface of the base unit. A “large part” of the surface area of the basic unit is to be understood in particular as meaning a proportion of more than 50%, preferably more than 70% and particularly preferably more than 90% of a total surface area of the basic unit. The optics unit is preferably arranged at one end of the base unit, in particular along a main extension direction of the base unit. In particular, the optics unit, in particular the optical axis of the optics unit, is inclined in the direction of a further end of the base unit that is remote from the end. A “main extension direction” of an object is to be understood in particular as a direction which runs parallel to a longest edge of an imaginary cuboid which just barely completely encloses the object. The optical axis of the optics unit preferably extends parallel to a plane spanned by the main extension direction of the base unit and by the surface normal of the main extension plane of the base unit. The base unit, in particular the main extension direction of the base unit, and the optics unit, in particular the optical axis of the optics unit, preferably form a V-like shape. A particularly space-saving installation of the transmitting and/or receiving device can advantageously be made possible.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung zumindest einen, insbesondere den vorgenannten, Umlenkspiegel umfasst, wobei die optische Achse der Optikeinheit den Umlenkspiegel in einem minimalen Abstand von 15 mm von der Optikeinheit schneidet. Der Umlenkspiegel ist vorzugsweise als ein MEMS (Microelectromechanical Systems)-Spiegel ausgebildet. Vorzugsweise ist der Umlenkspiegel beweglich gelagert. Insbesondere schneidet die optische Achse der Optikeinheit den Umlenkspiegel in einer Ruheposition des Umlenkspiegels in einem minimalen Abstand von 15 mm von der Optikeinheit. Der Umlenkspiegel ist vorzugsweise dazu vorgesehen, von der Optikeinheit auf den Umlenkspiegel gelenkte, insbesondere fokussierte, Laserstrahlen in das Umfeld des Lidars zu lenken und/oder in dem Umfeld des Lidars reflektierte Laserstrahlen auf, insbesondere in, die Optikeinheit zu lenken. Vorzugsweise ist der Umlenkspiegel im infraroten Spektralbereich reflektierend ausgebildet. Vorzugsweise verläuft eine Flächennormale einer Spiegelfläche des Umlenkspiegels quer, insbesondere unter einem Winkel zwischen 0° und 90°, wobei 0° und 90° ausgeschlossen sind, zu der optischen Achse der Optikeinheit und zu der Flächennormalen der Haupterstreckungsebene der Grundeinheit. Vorteilhaft kann eine besonders kompakte Umlenkspiegelanordnung ermöglicht werden.It is also proposed that the transmitting and/or receiving device comprises at least one deflection mirror, in particular the aforementioned deflection mirror, with the optical axis of the optics unit intersecting the deflection mirror at a minimum distance of 15 mm from the optics unit. The deflection mirror is preferably designed as a MEMS (Microelectromechanical Systems) mirror. The deflection mirror is preferably movably mounted. In particular, the optical axis of the optics unit intersects the deflection mirror in a rest position of the deflection mirror at a minimum distance of 15 mm from the optics unit. The deflection mirror is preferably provided to direct, in particular focused, laser beams directed by the optics unit onto the deflection mirror into the area surrounding the lidar and/or to direct laser beams reflected in the area surrounding the lidar onto, in particular into, the optics unit. The deflection mirror is preferably designed to be reflective in the infrared spectral range. A surface normal of a mirror surface of the deflection mirror preferably runs transversely, in particular at an angle between 0° and 90°, excluding 0° and 90°, to the optical axis of the optics unit and to the surface normal of the main extension plane of the base unit. A particularly compact deflection mirror arrangement can advantageously be made possible.

Ferner wird ein Lidar vorgeschlagen. Das Lidar umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Sende- und/oder Empfangsvorrichtung. Vorzugsweise umfasst das Lidar weitere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Komponenten, wie beispielsweise eine Gehäuseeinheit, eine Frontscheibe, ein Reinigungssystem, eine Elektronikeinheit o. dgl. Vorteilhaft kann ein besonders kompakt ausgebildetes und effizient entwärmbares Lidar bereitgestellt werden.A lidar is also proposed. The lidar includes at least one according to the invention Transmitting and/or receiving device. The lidar preferably includes other components that appear useful to a person skilled in the art, such as a housing unit, a windshield, a cleaning system, an electronics unit or the like.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Lidar zumindest eine weitere erfindungsgemäße Sende- und/oder Empfangsvorrichtung umfasst, wobei die Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen derart relativ zueinander angeordnet sind, dass die optischen Achsen der Optikeinheiten einen Winkel größer als 0° und kleiner als 90° einschließen. Vorzugsweise sind die Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen quer, insbesondere senkrecht, zu einer Hauptausstrahlrichtung des Lidars beabstandet voneinander angeordnet. Insbesondere schließen die Flächennormalen der Spiegelflächen der Umlenkspiegel einen Winkel größer als 0° und kleiner als 90° ein. Vorzugsweise sind die Optikeinheiten, insbesondere die optischen Achsen der Optikeinheiten, von der Hauptausstrahlrichtung weg geneigt. Vorzugsweise sind die Umlenkspiegel, insbesondere die Flächennormalen der Spiegelflächen, zu der Hauptausstrahlrichtung hin geneigt. Vorteilhaft kann ein besonders kompaktes Lidar mit zwei Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen bereitgestellt werden.Furthermore, it is proposed that the lidar comprises at least one further transmission and/or reception device according to the invention, the transmission and/or reception devices being arranged relative to one another in such a way that the optical axes of the optics units form an angle greater than 0° and less than 90° lock in. The transmitting and/or receiving devices are preferably arranged at a distance from one another transversely, in particular perpendicularly, to a main transmission direction of the lidar. In particular, the surface normals of the mirror surfaces of the deflection mirrors enclose an angle greater than 0° and less than 90°. The optics units, in particular the optical axes of the optics units, are preferably inclined away from the main emission direction. The deflection mirrors, in particular the surface normals of the mirror surfaces, are preferably inclined towards the main emission direction. A particularly compact lidar with two transmitting and/or receiving devices can advantageously be provided.

Zudem wird ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Fahrzeug umfasst zumindest ein erfindungsgemäßes Lidar. Das Fahrzeug ist vorzugsweise als ein automatisiert betreibbares Fahrzeug ausgebildet. Unter einem „automatisiert betreibbaren Fahrzeug“ soll insbesondere ein Fahrzeug mit einer der Automatisierungsstufen 1 bis 5 der Norm SAE J3016 verstanden werden. Insbesondere weist das automatisiert betreibbare Fahrzeug eine technische Ausrüstung auf, die für diese Automatisierungsstufen gefordert ist. Die technische Ausrüstung umfasst insbesondere Umfelderkennungssensoren, wie beispielsweise Radar-Sensoren, das Lidar, Kameras und/oder Akustik-Sensoren, Steuergeräte o. dgl. Bevorzugt ist das Fahrzeug als ein Landfahrzeug ausgebildet. Das Fahrzeug kann insbesondere als ein PKW, bevorzugt als ein Personentransportfahrzeug, als ein LKW, als ein Baustellenfahrzeug, als ein Agrarfahrzeug oder als ein anderes, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Fahrzeug ausgebildet sein. Das Fahrzeug kann alternativ auch als ein Luftfahrzeug, beispielsweise als eine Drohne, als ein Flugzeug, als ein Helikopter, als ein Senkrechtstart- und -landungsflugzeug o. dgl., oder als ein Wasserfahrzeug, beispielsweise als ein Schiff o. dgl., ausgebildet sein. Vorteilhaft kann ein Fahrzeug mit einem platzsparend integrierten Lidar bereitgestellt werden.A vehicle is also suggested. The vehicle includes at least one lidar according to the invention. The vehicle is preferably designed as a vehicle that can be operated automatically. A “vehicle that can be operated automatically” is to be understood in particular as a vehicle with one of the automation levels 1 to 5 of the SAE J3016 standard. In particular, the vehicle that can be operated automatically has technical equipment that is required for these automation levels. The technical equipment includes, in particular, environment detection sensors, such as radar sensors, the lidar, cameras and/or acoustic sensors, control units or the like. The vehicle is preferably designed as a land vehicle. The vehicle can in particular be designed as a passenger car, preferably as a passenger transport vehicle, as a truck, as a construction site vehicle, as an agricultural vehicle or as another vehicle considered appropriate by a person skilled in the art. Alternatively, the vehicle can also be in the form of an aircraft, for example a drone, an airplane, a helicopter, a vertical take-off and landing aircraft or the like, or a watercraft, for example a ship or the like . A vehicle with a space-saving integrated lidar can advantageously be provided.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel in den folgenden Figuren verdeutlicht. Es zeigen:

  • 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug in einer schematischen Darstellung,
  • 2 ein erfindungsgemäßes Lidar des erfindungsgemäßen Fahrzeugs aus 1 in einer perspektivischen schematischen Darstellung,
  • 3 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsvorrichtung des erfindungsgemäßen Lidars aus 2 in einer perspektivischen schematischen Darstellung und
  • 4 einen Teil der erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsvorrichtung aus 3 in einer schematischen Darstellung.
The invention is illustrated in an exemplary embodiment in the following figures. Show it:
  • 1 a vehicle according to the invention in a schematic representation,
  • 2 a lidar according to the invention of the vehicle according to the invention 1 in a perspective schematic representation,
  • 3 shows a side view of a transmitting and/or receiving device according to the invention of the lidar according to the invention 2 in a perspective schematic representation and
  • 4 part of the transmitting and/or receiving device according to the invention 3 in a schematic representation.

1 zeigt ein Fahrzeug 12 in einer schematischen Darstellung. Das Fahrzeug 12 ist beispielhaft als ein Landfahrzeug, insbesondere als ein PKW, ausgebildet. Das Fahrzeug 12 ist beispielhaft als ein automatisiert betreibbares Fahrzeug ausgebildet. Das Fahrzeug 12 umfasst zumindest ein Lidar 2. 1 shows a vehicle 12 in a schematic representation. The vehicle 12 is designed, for example, as a land vehicle, in particular as a passenger car. The vehicle 12 is designed, for example, as a vehicle that can be operated automatically. Vehicle 12 includes at least one lidar 2.

2 zeigt das Lidar 2 des Fahrzeugs 12 aus 1 in einer perspektivischen schematischen Darstellung. Dargestellt ist insbesondere eine Innenansicht einer Gehäuseeinheit 13 des Lidars 2. Das Lidar 2 umfasst zumindest eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung 1. Das Lidar 2 umfasst zumindest eine weitere Sende- und/oder Empfangsvorrichtung 1'. Die Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen 1,1' sind derart relativ zueinander angeordnet, dass optische Achsen 6, 6' von Optikeinheiten 4, 4' der Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen 1,1' einen Winkel 11 größer als 0° und kleiner als 90° einschließen. Die Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen 1,1' sind zumindest hinsichtlich einer Funktionalität und einzelner Komponenten analog zueinander ausgebildet. Die Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen 1,1' sind quer, insbesondere senkrecht, zu einer Hauptausstrahlrichtung 14 des Lidars 2 beabstandet voneinander angeordnet. 2 12 shows the lidar 2 of the vehicle 12 1 in a perspective schematic representation. In particular, an interior view of a housing unit 13 of the lidar 2 is shown. The lidar 2 comprises at least one transmitting and/or receiving device 1. The lidar 2 comprises at least one further transmitting and/or receiving device 1′. The transmitting and/or receiving devices 1,1' are arranged relative to one another in such a way that optical axes 6, 6' of optical units 4, 4' of the transmitting and/or receiving devices 1,1' form an angle 11 greater than 0° and smaller than 90°. The transmitting and/or receiving devices 1, 1′ are designed analogously to one another, at least in terms of functionality and individual components. The transmitting and/or receiving devices 1, 1' are arranged at a distance from one another transversely, in particular perpendicularly, to a main transmission direction 14 of the lidar 2.

3 zeigt eine Seitenansicht der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung 1 des Lidars 2 aus 2 in einer perspektivischen schematischen Darstellung. Die folgende Beschreibung beschränkt sich der Übersichtlichkeit halber auf die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung 1. Die Beschreibung gilt analog aber auch für die weitere Sende- und/oder Empfangsvorrichtung 1'. Die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung 1 umfasst zumindest einen Umlenkspiegel 5. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 schneidet den Umlenkspiegel 5 in einem minimalen Abstand 10 von 15 mm von der Optikeinheit 4. Der Umlenkspiegel 5 ist als ein MEMS-Spiegel ausgebildet. Der Umlenkspiegel 5 ist beweglich gelagert. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 schneidet den Umlenkspiegel 5 in einer, insbesondere in 3 dargestellten, Ruheposition des Umlenkspiegels 5 in einem minimalen Abstand 10 von 15 mm von der Optikeinheit 4. Der Umlenkspiegel 5 ist dazu vorgesehen, von der Optikeinheit 4 auf den Umlenkspiegel 5 gelenkte, insbesondere fokussierte, Laserstrahlen in ein Umfeld des Lidars 2, insbesondere des Fahrzeug 12, zu lenken und/oder in dem Umfeld des Lidars 2, insbesondere des Fahrzeugs 12, reflektierte Laserstrahlen auf, insbesondere in, die Optikeinheit 4 zu lenken. Der Umlenkspiegel 5 ist in einem infraroten Spektralbereich reflektierend ausgebildet. Eine Flächennormale 15 einer Spiegelfläche 16 des Umlenkspiegels 5 verläuft quer, insbesondere unter einem Winkel 17 zwischen 0° und 90°, wobei 0° und 90° ausgeschlossen sind, zu der optischen Achse 6 der Optikeinheit 4 und zu einer Flächennormalen 7 einer Haupterstreckungsebene 8 einer Grundeinheit 3 der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung 1 (vgl. 4). 3 shows a side view of the transmitting and/or receiving device 1 of the lidar 2 2 in a perspective schematic representation. For the sake of clarity, the following description is limited to the transmitting and/or receiving device 1. However, the description also applies analogously to the further transmitting and/or receiving device 1′. The transmitting and/or receiving device 1 comprises at least one deflection mirror 5. The optical axis 6 of the optics unit 4 intersects the deflection mirror 5 at a minimum distance 10 of 15 mm from the optics unit 4. The deflection mirror 5 is designed as a MEMS mirror. The deflection mirror 5 is movably mounted. The optical axis 6 of the optics unit 4 intersects the deflection mirror 5 in one, in particular in 3 shown, resting position of the deflection mirror 5 at a minimum distance 10 of 15 mm from the optics unit 4. The deflection mirror 5 is provided for directing, in particular focused, laser beams from the optics unit 4 onto the deflection mirror 5 into an area surrounding the lidar 2, in particular the vehicle 12, and/or to direct laser beams reflected in the area surrounding the lidar 2, in particular the vehicle 12, onto, in particular into, the optical unit 4. The deflection mirror 5 is designed to be reflective in an infrared spectral range. A surface normal 15 of a mirror surface 16 of the deflection mirror 5 runs transversely, in particular at an angle 17 between 0° and 90°, 0° and 90° being excluded, to the optical axis 6 of the optics unit 4 and to a surface normal 7 of a main extension plane 8 Basic unit 3 of the transmitting and/or receiving device 1 (cf. 4 ).

4 zeigt einen Teil der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung 1 aus 3 in einer schematischen Darstellung. Dargestellt sind die Grundeinheit 3 und die Optikeinheit 4 der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung 1. Die Optikeinheit 4 ist an der Grundeinheit 3 angeordnet. Die Optikeinheit 4 ist dazu vorgesehen, einen Laserstrahl zu lenken, insbesondere auf den Umlenkspiegel 5. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 schließt mit der Flächennormalen 7 der Haupterstreckungsebene 8 der Grundeinheit 3, insbesondere eines Gehäuses 18 der Grundeinheit 3, einen Winkel 9 größer als 0° ein. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 verläuft winklig, insbesondere geneigt, relativ zu der Flächennormalen 7 der Haupterstreckungsebene 8 der Grundeinheit 3, insbesondere des Gehäuses 18. 4 shows part of the transmitting and/or receiving device 1 3 in a schematic representation. The base unit 3 and the optics unit 4 of the transmitting and/or receiving device 1 are shown. The optics unit 4 is arranged on the base unit 3 . The optics unit 4 is intended to direct a laser beam, in particular onto the deflection mirror 5. The optical axis 6 of the optics unit 4 forms an angle 9 greater than the surface normal 7 of the main extension plane 8 of the base unit 3, in particular a housing 18 of the base unit 3 0° on. The optical axis 6 of the optics unit 4 runs at an angle, in particular inclined, relative to the surface normal 7 of the main extension plane 8 of the base unit 3, in particular of the housing 18.

Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 schließt mit der Flächennormalen 7 der Haupterstreckungsebene 8 der Grundeinheit 3 einen Winkel 9 kleiner als 90° ein. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 verläuft winklig, insbesondere geneigt, relativ zu der Haupterstreckungsebene 8 der Grundeinheit 3, insbesondere des Gehäuses 18. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 schließt mit der Flächennormalen 7 der Haupterstreckungsebene 8 der Grundeinheit 3 einen Winkel 9 zwischen 20° und 50° ein. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 schließt mit der Flächennormalen 7 der Haupterstreckungsebene 8 der Grundeinheit 3 einen Winkel 9 zwischen 32° und 38° ein. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 schließt mit der Flächennormalen 7 der Haupterstreckungsebene 8 der Grundeinheit 3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielhaft einen Winkel 9 von 35° ein.The optical axis 6 of the optics unit 4 encloses an angle 9 of less than 90° with the surface normal 7 of the main extension plane 8 of the base unit 3 . The optical axis 6 of the optics unit 4 runs at an angle, in particular inclined, relative to the main extension plane 8 of the base unit 3, in particular the housing 18. The optical axis 6 of the optics unit 4 closes an angle 9 between 20 and the surface normal 7 of the main extension plane 8 of the base unit 3 ° and 50° a. The optical axis 6 of the optics unit 4 encloses an angle 9 of between 32° and 38° with the surface normal 7 of the main extension plane 8 of the base unit 3 . The optical axis 6 of the optics unit 4 encloses an angle 9 of 35° with the surface normal 7 of the main extension plane 8 of the base unit 3 in the present exemplary embodiment, for example.

Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 ist zur Grundeinheit 3 hin geneigt. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 ist zu einem Großteil einer Oberfläche der Grundeinheit 3 hin geneigt. Die Optikeinheit 4 ist, insbesondere entlang einer Haupterstreckungsrichtung 19 der Grundeinheit 3, an einem Ende 20 der Grundeinheit 3 angeordnet. Die Optikeinheit 4, insbesondere die optische Achse 6 der Optikeinheit 4, ist in Richtung eines weiteren, von dem Ende 20 abgewandten Endes 21 der Grundeinheit 3 geneigt. Die optische Achse 6 der Optikeinheit 4 erstreckt sich parallel zu einer von der Haupterstreckungsrichtung 19 der Grundeinheit 3 und von der Flächennormalen 7 der Haupterstreckungsebene 8 der Grundeinheit 3 aufgespannten Ebene 22. Die Grundeinheit 3, insbesondere die Haupterstreckungsrichtung 19 der Grundeinheit 3, und die Optikeinheit 4, insbesondere die optische Achse 6 der Optikeinheit 4, bilden eine V-artige Form aus.The optical axis 6 of the optics unit 4 is inclined toward the base unit 3 . The optical axis 6 of the optics unit 4 is inclined towards a large part of a surface of the base unit 3 . The optics unit 4 is arranged at one end 20 of the base unit 3 , in particular along a main extension direction 19 of the base unit 3 . The optics unit 4, in particular the optical axis 6 of the optics unit 4, is inclined in the direction of a further end 21 of the base unit 3 facing away from the end 20. The optical axis 6 of the optics unit 4 extends parallel to a plane 22 spanned by the main extension direction 19 of the base unit 3 and by the surface normal 7 of the main extension plane 8 of the base unit 3. The base unit 3, in particular the main extension direction 19 of the base unit 3, and the optics unit 4 , in particular the optical axis 6 of the optics unit 4 form a V-like shape.

BezugszeichenlisteReference List

11
Sende- und/oder EmpfangsvorrichtungTransmitting and/or receiving device
22
Lidarlidar
33
Grundeinheitbasic unit
44
Optikeinheitoptical unit
55
Umlenkspiegeldeflection mirror
66
optische Achseoptical axis
77
Flächennormalesurface normal
88th
Haupterstreckungsebenemain extension level
99
Winkelangle
1010
AbstandDistance
1111
Winkelangle
1212
Fahrzeugvehicle
1313
Gehäuseeinheithousing unit
1414
Hauptausstrahlrichtungmain beam direction
1515
Flächennormalesurface normal
1616
Spiegelflächemirror surface
1717
Winkelangle
1818
GehäuseHousing
1919
Haupterstreckungsrichtungmain extension direction
2020
EndeEnd
2121
EndeEnd
2222
Ebenelevel

Claims (10)

Sende- und/oder Empfangsvorrichtung für ein Lidar (2), umfassend zumindest eine Grundeinheit (3, 3') und zumindest eine an der Grundeinheit (3, 3') angeordnete Optikeinheit (4, 4'), um einen Laserstrahl zu lenken, insbesondere auf einen Umlenkspiegel (5, 5'), wobei eine optische Achse (6, 6') der Optikeinheit (4, 4') mit einer Flächennormalen (7) einer Haupterstreckungsebene (8) der Grundeinheit (3, 3') einen Winkel (9) größer als 0° einschließt.Transmitting and/or receiving device for a lidar (2), comprising at least one base unit (3, 3') and at least one optics unit (4, 4') arranged on the base unit (3, 3') in order to direct a laser beam, especially on a deflection mirror (5, 5'), wherein an optical axis (6, 6') of the optics unit (4, 4') forms an angle (9) with a surface normal (7) of a main extension plane (8) of the base unit (3, 3') greater than 0°. Sende- und/oder Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Achse (6, 6') der Optikeinheit (4, 4') mit der Flächennormalen (7) der Haupterstreckungsebene (8) der Grundeinheit (3, 3') einen Winkel (9) kleiner als 90° einschließt.Sending and / or receiving device after claim 1 , wherein the optical axis (6, 6') of the optics unit (4, 4') encloses an angle (9) of less than 90° with the surface normal (7) of the main extension plane (8) of the base unit (3, 3'). Sende- und/oder Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optische Achse (6, 6') der Optikeinheit (4, 4') mit der Flächennormalen (7) der Haupterstreckungsebene (8) der Grundeinheit (3, 3') einen Winkel (9) zwischen 20° und 50° einschließt.Sending and / or receiving device after claim 1 or 2 , wherein the optical axis (6, 6') of the optics unit (4, 4') encloses an angle (9) between 20° and 50° with the surface normal (7) of the main extension plane (8) of the base unit (3, 3'). . Sende- und/oder Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Achse (6, 6') der Optikeinheit (4, 4') mit der Flächennormalen (7) der Haupterstreckungsebene (8) der Grundeinheit (3, 3') einen Winkel (9) zwischen 32° und 38° einschließt.Transmitting and/or receiving device according to one of the preceding claims, in which the optical axis (6, 6') of the optics unit (4, 4') coincides with the surface normal (7) of the main extension plane (8) of the base unit (3, 3'). Angle (9) includes between 32 ° and 38 °. Sende- und/oder Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Achse (6, 6') der Optikeinheit (4, 4') mit der Flächennormalen (7) der Haupterstreckungsebene (8) der Grundeinheit (3, 3') einen Winkel (9) von 35° einschließt.Transmitting and/or receiving device according to one of the preceding claims, in which the optical axis (6, 6') of the optics unit (4, 4') coincides with the surface normal (7) of the main extension plane (8) of the base unit (3, 3'). Includes angle (9) of 35°. Sende- und/oder Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Achse (6, 6') der Optikeinheit (4, 4') zur Grundeinheit (3, 3') hin geneigt ist.Transmitting and/or receiving device according to one of the preceding claims, in which the optical axis (6, 6') of the optics unit (4, 4') is inclined towards the base unit (3, 3'). Sende- und/oder Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest einen Umlenkspiegel (5, 5'), wobei die optische Achse (6, 6') der Optikeinheit (4, 4') den Umlenkspiegel (5, 5') in einem minimalen Abstand (10) von 15 mm von der Optikeinheit (4, 4') schneidet.Transmitting and/or receiving device according to one of the preceding claims, comprising at least one deflection mirror (5, 5'), wherein the optical axis (6, 6') of the optics unit (4, 4') has the deflection mirror (5, 5') in a minimum distance (10) of 15 mm from the optics unit (4, 4'). Lidar, umfassend zumindest eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Lidar, comprising at least one transmitting and/or receiving device (1) according to one of the preceding claims. Lidar nach Anspruch 8, umfassend zumindest eine weitere Sende- und/oder Empfangsvorrichtung (1 `) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen (1, 1') derart relativ zueinander angeordnet sind, dass die optischen Achsen (6, 6') der Optikeinheiten (4, 4') einen Winkel (11) größer als 0° und kleiner als 90° einschließen.lidar after claim 8 , comprising at least one further transmitting and/or receiving device (1`) according to one of the preceding claims, wherein the transmitting and/or receiving devices (1, 1') are arranged relative to one another in such a way that the optical axes (6, 6' ) of the optical units (4, 4') enclose an angle (11) greater than 0° and less than 90°. Fahrzeug, umfassend zumindest ein Lidar (2) nach Anspruch 8 oder 9.Vehicle comprising at least one lidar (2). claim 8 or 9 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102019111216A1 (en) 2019-04-30 2020-11-05 Pepperl+Fuchs Gmbh Optical scanner

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