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Technisches Gebiet
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Die Anmeldung betrifft ein Lidar-System mit einer optischen Sendeeinrichtung und einer optischen Empfangseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Lidar-Systems.
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Hintergrund
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Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl an Sensoren, deren Daten zur Fahrerinformation dienen und/oder Fahrerassistenzsystemen zur Verfügung gestellt werden. Über die Sensoren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.
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Ein wichtiges Sensorprinzip für die Erfassung der Umgebung, z. B. von Fahrzeugen, ist dabei die Lidartechnik (Lidar engl. Light Detection and Ranging). Ein Lidar-System weist eine optische Sendeeinrichtung und eine optische Empfangseinrichtung auf. Die Sendeeinrichtung kann einen Sende-Lichtstrahl aussenden, der kontinuierlich oder gepulst sein kann. Zudem kann der Sende-Lichtstrahl moduliert sein. In einem Lidar-System können insbesondere Laserstrahlen im ultravioletten, visuellen oder infraroten Bereich zum Einsatz kommen. Durch die Empfangseinrichtung können die Lichtstrahlen nach Reflexion an einem Objekt in einem Überwachungsbereich in der Umgebung des Lidar-Systems empfangen werden. Der Empfangs-Lichtstrahl kann unter Verwendung des Sende-Lichtstrahls durch eine Recheneinheit des Lidar-Systems nach einem Lichtlaufzeitverfahren ausgewertet werden und es können die räumliche Lage und der Abstand der Objekte, an denen die Reflexion erfolgte, ermittelt werden. Zudem ist die Ermittlung einer Relativgeschwindigkeit möglich. Unter Reflexion oder reflektiertem Licht wird vorliegend jegliches zurückgeworfenes Licht verstanden und soll insbesondere auch durch Streuung oder Absoptions-Emission zurückgeworfenes Licht umfassen.
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Lidar-Systeme werden für verschiedene Funktionen ständig weiterentwickelt, z. B. für die Erfassung von Umgebungsinformationen im Nah- und Fernbereich von Fahrzeugen, wie Personenkraftwaren oder Nutzfahrzeugen. Lidar-Systeme können auch als Sensorsysteme für Fahrerassistenzsysteme, insbesondere Assistenzsysteme zur autonomen oder teilautonomen Fahrzeugsteuerung, dienen. Sie können insbesondere zur Erkennung von Hindernissen und/oder anderen Verkehrsteilnehmern im Front-, Heck- oder im Totwinkel-Bereich eines Fahrzeuges genutzt werden.
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In
US10324170B1 wird ein Lidar-System beschrieben, welches eine optische Sendeeinrichtung und eine optische Empfangseinrichtung umfasst. Die Sendeeinrichtung dient zur Erzeugung von Sende-Lichtstrahlen. Die Empfangseinrichtung ist so konfiguriert, dass sie einen von einem entfernten Objekt gestreuten Lichtstrahl empfangen kann. Das System weist ein Spiegelelement auf, welches als Polygon mit mehreren reflektierenden Oberflächen ausgebildet ist. Das Polygon ist um eine Drehachse drehbar und zwei Sende-Lichtstrahlen können an jeweils verschiedenen reflektierenden Oberflächen des Polygons so abgelenkt werden, dass ein Überwachungsbereich des Lidar-Systems gescannt wird.
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In
US2021255323A1 wird ein Lidar-System beschrieben, bei dem zwischen einer optischen Sendeeinrichtung und einer optischen Empfangseinrichtung ein Spiegelelement angeordnet ist, welches um eine Drehachse drehbar ist. Die Drehachse schneidet die Spiegelflächen des Spiegelelements, an welchen Sende- und Empfangs-Lichtstrahl abgelenkt werden.
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In
DE102019134192A1 wird eine optische Detektionseinrichtung beschrieben, die ein Spiegelelement aufweist, welches hexagonale Grundflächen und sechs als Spiegelflächen ausgebildete Seitenflächen aufweist. Das Spiegelelement weist eine mittige Drehachse auf, welche parallel zu den Seitenflächen verläuft. Durch die Spiegelflächen lassen sich durch zwei verschiedene jeweils einander zugeordnete Sende- und Empfangseinrichtungen zwei verschiedene Überwachungsbereiche realisieren.
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Übersicht
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Ein Lidar-System weist eine optische Sendeeinrichtung auf, welche eingerichtet ist, einen Sende-Lichtstrahl in eine erste Richtung auszusenden. Das Lidar-System weist weiter eine optische Empfangseinrichtung auf, welche eingerichtet ist, einen Empfangs-Lichtstrahl aus einer zweiten Richtung zu empfangen. Zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung ist ein Spiegelelement angeordnet, welches um eine Drehachse drehbar ist und zumindest zwei Spiegelflächen aufweist. Die Spiegelflächen sind parallel zu der Drehachse angeordnet.
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Die Sendeeinrichtung ist so angeordnet und eingerichtet, dass der Sende-Lichtstrahl auf eine erste der zumindest zwei Spiegelflächen gerichtet ist und durch die erste der zumindest zwei Spiegelflächen aus der ersten Richtung in Richtung eines Überwachungsbereiches ablenkbar ist. Die Empfangseinrichtung ist so angeordnet und eingerichtet, dass der aus dem Überwachungsbereich reflektierte Sende-Lichtstrahl ist als Empfangs-Lichtstrahl durch eine zweite der zumindest zwei Spiegelflächen in die zweite Richtung ablenkbar und durch die Empfangseinrichtung empfangbar ist.
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Der Überwachungsbereich des Lidar-Systems ist der Bereich, in dem Objekte durch das Lidar-System detektiert werden können. Der Überwachungsbereich befindet sich in der Umgebung des Lidar-Systems. Bei einem in einem Fahrzeug angeordneten Lidar-System befindet sich der Überwachungsbereich in der Umgebung des Fahrzeuges und kann z. B. zur Überwachung eines Nah- oder Fernbereiches im Front-, Heck- oder im Totwinkel-Bereich des Fahrzeuges dienen. Ein Fernbereich kann z. B. für die Überwachung eines Fernfeldes in Entfernungen von insbesondere zwischen etwa 10 m und etwa 150 m ausgestaltet sein. Ein Nahbereich kann z. B. für die Überwachung eines Nahfeldes in Entfernungen von bis zu etwa 10 m ausgestaltet sein. Auf diese Weise kann Lidar-System an die Verwendung in Verbindung mit einem Fahrzeug zu Überwachung der Fahrbahn auf Objekte hin angepasst werden.
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Ein Spiegelelement ist eine räumliche Anordnung von Spiegelflächen. Die Spiegelflächen können dabei von einem Grundkörper gehalten werden. Das Spiegelelement kann also einen Grundkörper mit darauf angeordneten Spiegelflächen aufweisen. Die Spiegelflächen weisen die Eigenschaft auf, dass sie optische Strahlen reflektieren und ablenken können. Dieser Effekt kann insbesondere durch Beschichtung der Oberflächen eines entsprechend geformten Grundkörpers mit einem optisch reflektierenden Material realisiert werden.
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Vorliegend wird der Begriffe der Spiegelfläche so verwendet, dass die Normalen durch die Punkte der Spiegelfläche parallel zueinander verlaufen. Bei einer Spiegelfläche, die als Ebene ausgebildet ist, würde dies auf alle Punkte der Spiegelfläche zutreffen bis zum Rand der Spiegelfläche. Eine ebene Spiegelfläche ist also bis zu ihrem Rand als eine Spiegelfläche anzusehen. Bei gekrümmten Flächen sind diejenigen Punkte der Fläche einer Spiegelfläche zugehörig, die nebeneinander liegen und deren Normalen parallel zueinander verlaufen. Ein Zylinder kann also entlang seines Umfangs beliebig viele Spiegelflächen aufweisen, die jeweils als Gerade in Richtung seiner Mittelsenkrechten verlaufen.
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In der beschriebenen Anordnung ist es möglich, den Sende-Lichtstrahl und den Empfangs-Lichtstrahl an verschiedenen Spiegelflächen des Spiegelelementes abzulenken. Hierdurch können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung auf verschiedenen Seiten des Spiegelelementes angeordnet werden. Dies kann bezüglich des Bauraums vorteilhaft sein. Zum Beispiel wird dadurch die Flexibilität erhöht, Sende- und Empfangseinrichtung geeignet anzuordnen und damit die Dimensionen und Ausdehnung des Lidar-Systems in einer oder in mehreren gewünschten Richtungen zu minimieren.
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Die Auswertung des Empfangs-Lichtstrahls unter Verwendung des zugehörigen Sende-Lichtstrahls kann in einer Recheneinheit des Lidar-Systems erfolgen, welche z. B. über eine Laufzeitmessung die Lichtstrahlen auswertet und eine Objekterkennung durchführen kann. Bei der Auswertung kann dann berücksichtigt werden, an welcher Spiegelfläche in welcher Position des Spiegelelementes der jeweilige Sende-Lichtstrahl und Empfangs-Lichtstrahl abgelenkt wurde.
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Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können in einer Ausführungsform auf gegenüberliegenden Seiten des Spiegelelementes angeordnet sein. Hierbei ist eine weitere Minimierung des Bauraumes möglich.
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In einer Ausführungsform verläuft die erste Richtung, in der der Sende-Lichtstrahl ausgesendet wird und die zweite Richtung, aus der der Empfangs-Lichtstrahl empfangen wird, in die gleiche Richtung. Dies bedeutet, dass Sende- und Empfangseinrichtung so gegeneinander ausgerichtet sind, dass der jeweiligen Sende- und Empfangs-Lichtstrahl parallel zueinander verlaufen. In anderen Ausführungsformen können Sende- und Empfangseinrichtung gegeneinander geneigt sein.
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In einer Ausführungsform sind die Spiegelflächen als Ebenen ausgebildet, welche in einem Umfangsbereich des Spiegelelementes angeordnet sind. Durch ebene Spiegelflächen wird zum Beispiel die Auswertung in der Recheneinheit vereinfacht. Außerdem kann das Ablenken des Strahls in den Überwachungsbereich sowie das Ablenken des reflektierten Lichtstrahls aus dem Überwachungsbereich durch geeignete Ausrichtung des Spiegelelementes besser kontrolliert werden. Insbesondere kann durch eine Drehbewegung des Spiegelelementes ein Scannen des Überwachungsbereiches durch den Sende-Lichtstrahl realisiert werden. Beim Scannen des Überwachungsbereiches wird der Sende-Lichtstrahl durch Ablenken durch die erste Spiegelfläche schrittweise so in Abständen auf verschiedene Punkte oder Bereiche des Überwachungsbereiches gerichtet, dass der gesamte Überwachungsbereich dadurch abgetastet werden kann. In gleicher Weise kann durch die Drehbewegung, das Ablenken des aus dem Überwachungsbereich reflektierten Lichtstrahlens und das darauffolgende Empfangen des Empfangs-Lichtstrahl durch die Empfangseinrichtung realisiert werden.
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In einer Ausführungsform sind zumindest zwei der Spiegelflächen des Spiegelelementes in einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Die zumindest zwei in einem rechten Winkel zueinander angeordneten Spiegelflächen können zu dem angrenzend aneinander angeordnet sein. Insbesondere sind die erste und die zweite der zumindest zwei Spiegelflächen in einem rechten Winkel zueinander angeordnet und grenzen im Umfangsbereich des Spiegelelementes aneinander an. Durch eine solche Anordnung kann die Kontrolle des Ablenkens der Lichtstrahlen an den jeweiligen Spiegelflächen weiter verbessert werden.
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In einer Ausführungsform weist das Spiegelelement im Wesentlichen die Form eines Prismas auf. Die Spiegelflächen sind dabei an Seitenflächen des Prismas angeordnet. Ein Prisma ist ein räumlicher Körper mit einer als Polygon ausgebildeten Grundfläche und einer Deckfläche in der gleichen Form wie die Grundfläche. Von den Ecken des Polygons der Grundfläche verlaufen Geraden zu der entsprechenden Ecke der Deckfläche. Zwischen diesen Geraden sind die Seitenflächen des Polygons aufgespannt. Bevorzugt ist das Prisma als sogenanntes gerades Prisma ausgebildet, bei dem die Seitenflächen senkrecht auf Grundfläche und auf Deckfläche stehen. Bei dem als Prisma ausgebildeten Spiegelelement kann die Achse dann zum Beispiel innerhalb des Prismas parallel zu den Seitenflächen verlaufen. Die Drehachse kann zum Beispiel mittig durch das Prisma verlaufen und die Grund- und Deckfläche in ihrem jeweiligen Mittelpunkt schneiden. In Ausführungsformen ist auch eine exzentrische Drehachse möglich. Eine exzentrische Drehachse kann zum Beispiel innerhalb des Prismas verlaufen, die Grund und Deckfläche jedoch in einem Punkt schneiden, der nicht der Mittelpunkt von Grund und Deckfläche entspricht.
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In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite der zumindest zwei Spiegelflächen an aneinander angrenzenden Seitenflächen des Prismas angeordnet. Dabei ist die Auswertung von Sende- und Empfangs-Lichtstrahl in der Recheneinheit besonders gut kontrollierbar. In Ausführungsformen sind alle Seitenflächen des Prismas als Spiegelflächen ausgebildet.
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In einer Ausführungsform sind die Grund- und die Deckfläche des Prismas als Viereck ausgebildet. Auf den Seitenflächen angeordnete Spiegelflächen stehen dann in einem rechten Winkel aufeinander. In einer weiteren Ausführungsform sind die Grund- und Deckfläche des Prismas als Dreieck ausgebildet. Auf den Seitenflächen des Prismas angeordnete Spiegelflächen stehen dann in einem Winkel von 60° aufeinander. Beide Ausführungsformen ermöglichen eine gute Auswertung von Sende- und Empfangs-Lichtstrahl in der Recheneinheit.
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In einer Ausführungsform ist die Drehbewegung des Spiegelelements als Schwenkbewegung des Spiegelelements ausgebildet. Eine Schwenkbewegung ist dabei eine Drehung, deren Auslenkung auf einen Winkel begrenzt ist, der kleiner als 360° ist und keinen kompletten Umlauf um die Drehachse umfasst. Dies ermöglicht zum Beispiel in einer Ausführungsform mit zwei Spiegelflächen auf dem Spiegelelement, dass der Raum, der für die Schwenkbewegung des Spiegelelementes vorgesehen wird, beschränkt auf die Schwenkbewegung sein kann. Dies ermöglicht einen noch kompakteren Aufbau des Lidar-Systems.
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In einer Ausführungsform ist die Drehbewegung des Spiegelelements so ausgebildet, dass es um seine Drehachse rotieren kann. Dies ermöglicht eine Energieerhaltung bei der Rotationsbewegung des Spiegelelementes. Dadurch kann die Drehbewegung in Form der Rotationsbewegung besonders energieeffizient ausgeführt werden.
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In einer Ausführungsform ist durch die Drehbewegung des Spiegelelements um seine Drehachse der Überwachungsbereich durch den abgelenkten Sende-Lichtstrahl scannbar. Hierbei wird die Drehbewegung des Spiegelelementes, zum Beispiel durch die Recheneinheit des Lidar-Systems so kontrolliert, dass der Überwachungsbereich durch den durch die Spiegelfläche des Spiegelelementes abgelenkten Sende-Lichtstrahl gescannt, d. h. schrittweise abgetastet wird. Durch Auswertung des Empfangs-Lichtstrahls können hierbei zum Beispiel Objekte in dem Überwachungsbereich detektiert werden. Durch geeignete Wahl von Eigenschaften des Lichts, zum Beispiel der Frequenz oder der Art einer Modulation des Lichts, kann eine Abtastung eines Nah- und/oder Fernbereiches ermöglicht werden.
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Zur geeigneten Auswertung des Sende- und Empfangs-Lichtstrahls durch die Recheneinheit sind die Sende- und Empfangseinrichtung und die zugehörigen Sende- und Empfangs-Lichtstrahlen einander zugeordnet. Hierbei wird der Sende-Lichtstrahl an einer anderen Spiegelfläche des gleichen Spiegelelementes abgelenkt als der Empfangs-Lichtstrahl der zugehörigen Empfangs Einrichtung.
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Umfasst das Lidar-System mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen, so kann z. B. jeweils eine Sendeeinrichtung jeweils einer Empfangseinrichtung zugeordnet sein. Die jeweils einander zugeordneten Sende- und Empfangseinrichtungen sind so ausgebildet und angeordnet, dass ihre zugehörigen Sende-Lichtstrahlen und Empfangs-Lichtstrahlen, bzw. reflektierte Lichtstrahlen, an verschiedenen Spiegelflächen des gleichen Spiegelelementes abgelenkt werden können.
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Eine Recheneinheit des Lidar-Systems ist eingerichtet und ausgebildet, das Aussenden des Sende-Lichtstrahls durch die Sendeeinrichtung und das Empfangen des Empfangs-Lichtstrahls durch die Empfangseinrichtung zu steuern. Die Recheneinheit ist weiter eingerichtet und ausgebildet, die Drehbewegung des Spiegelelementes zu steuern. Bei der Drehbewegung kann es sich zum Beispiel um eine Rotationsbewegung oder um eine Schwenkbewegung handeln. Die Recheneinheit ist weiter ausgebildet, den Empfangs-Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Sende-Lichtstrahl auszuwerten. Dabei ist eine Detektion von Objekten, eine Ermittlung einer Entfernung des Objektes von dem Lidar-System und/oder sogar Ermittlung einer Relativbewegung des Lidar-Systems zu dem Objekt möglich. Die Auswertung erfolgt zum Beispiel durch eine Laufzeitmessung des Sende-Lichtstrahls, der dann als Empfangs-Lichtstrahl empfangen wird.
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Der Betrieb eines Lidar-Systems mit einer optischen Sendeeinrichtung, einer optischen Empfangseinrichtung und einem dazwischen angeordneten Spiegelelement, welches um eine Drehachse drehbar ist, und zumindest zwei Spiegelflächen aufweist, wobei die Spiegelflächen parallel zu der Drehachse angeordnet sind, ist zum Beispiel durch folgendes Verfahren möglich:
- Aussenden eines Sende-Lichtstrahls in eine erste Richtung durch die optische Sendeeinrichtung, gerichtet auf eine erste der zumindest zwei Spiegelflächen.
- Ablenken des Sende-Lichtstrahls durch die erste der zumindest zwei Spiegelflächen aus der ersten Richtung in Richtung eines Überwachungsbereiches.
- Ablenken des aus dem Überwachungsbereich reflektierten Sende-Lichtstrahls durch eine zweite der zumindest zwei Spiegelflächen in eine zweite Richtung.
- Empfangen des Empfangs-Lichtstrahls aus der zweiten Richtung durch die optische Empfangseinrichtung.
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Die beschriebene Anordnung des Spiegelelementes mit den Spiegelflächen zwischen Sende- und Empfangseinrichtung zur Ablenkung von Sende-Lichtstrahl und reflektiertem Lichtstrahl, bzw. Empfangs-Lichtstrahl, an verschiedenen Spiegelflächen des Spiegelelementes wird es ermöglichen Lidar-System mit einer Überwachung des Überwachungsbereiches so zu betreiben, dass das Lidar-System kompakt ausgebildet sein kann. Insbesondere ist eine effiziente präzise Überwachung des Überwachungsbereiches durch ein kompakt ausgebildetes Lidar-System möglich. Insbesondere kann das Lidar-System eine Sende- und eine Empfangseinrichtung aufweisen, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei der Sende-Lichtstrahl in die gleiche Richtung verläuft wie der Empfangs-Lichtstrahl.
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Durch eine Recheneinheit des Lidar-Systems kann die Drehbewegung des Spiegelelementes so kontrolliert werden, dass der Überwachungsbereich des Lidar-Systems präzise abgetastet werden kann.
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Fiaurenliste
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Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Lidar-Systems mit optischer Sendeeinrichtung, optischer Empfangseinrichtung und Spiegelelement,
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Lidar-Systems mit optischer Sendeeinrichtung, optischer Empfangseinrichtung und Spiegelelement,
- 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Spiegelelements,
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Spiegelelements, und
- 5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit Lidar-System und Überwachungsbereich.
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Es werden in den Figuren die gleichen Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente verwendet. Darstellungen in den Figuren sind können nicht maßstäblich sein.
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Figurenbeschreibung
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In 1 ist ein Lidar-System 5 mit einer optischen Sendeeinrichtung 1 und einer optischen Empfangseinrichtung 2 dargestellt. Zwischen der Sendeeinrichtung 1 und der Empfangseinrichtung 2 ist ein Spiegelelement 3 angeordnet. Das Spiegelelement 3 weist im Wesentlichen die Form eines geraden Prismas mit einer quadratischen Grundfläche und einer quadratischen Deckfläche auf. Es hat also im Wesentlichen die Form eines Quaders oder eines Würfels. Das Spiegelelement 3 ist um eine Drehachse A drehbar gelagert.
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Das in 1 dargestellte Spiegelelement 3 kann um seine Drehachse A rotieren, sich also komplett um seine Drehachse A drehen, wobei die Drehrichtung beibehalten werden kann. Eine mögliche Drehrichtung ist in den 1-4 durch einen Pfeil angedeutet.
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An seinen Seitenflächen weist das Spiegelelement 3 vier Spiegelflächen SF1, SF2, SF3, SF4 auf. Im dargestellten Beispiel weist also jede Seitenflächen des Spiegelelements 3 eine Spiegelfläche SF1, SF2, SF3, SF4 auf. Die Drehachse A ist mittig in dem Spiegelelement 3 angeordnet. Drehachse A entspricht also Mittelsenkrechten des Spiegelelementes 3 und ist parallel zu den Spiegelflächen SF1, SF2, SF3, SF4 angeordnet.
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Die Sendeeinrichtung 1 ist so eingerichtet und angeordnet, dass ihr Sende-Lichtstrahl LBS von der ersten Spiegelfläche SF1 abgelenkt wird. Der von der ersten Spiegelfläche SF1 in Richtung eines Überwachungsbereiches 6 des Lidar-Systems 5 abgelenkte Sende-Lichtstrahl LBS' wird dann im Überwachungsbereich 6 beim Auftreffen auf ein Objekt, z. B. einen Gegenstand, reflektiert. Der aus dem Überwachungsbereich 6 reflektierte Lichtstrahl R wird an der zweiten Spiegelfläche SF2 in Richtung der Empfangseinrichtung 2 abgelenkt. Der abgelenkte reflektierte Lichtstrahl R wird als Empfangs-Lichtstrahl LBR von der Empfangseinrichtung 2 empfangen.
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Die Sendeeinrichtung 1 sendet den Sende-Lichtstrahl LBS in eine erste Richtung D1 aus. Die Empfangseinrichtung 2 empfängt den Empfangs-Lichtstrahl LBR aus einer zweiten Richtung D2. Im dargestellten Beispiel sind die Sendeeinrichtung 1 und die Empfangseinrichtung 2 so zueinander angeordnet, dass die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 in die gleiche Richtung verlaufen.
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Bevorzugt umfasst die Sendeeinrichtung 1 einen Laser zum Senden des Sende-Lichtstrahls LBS. Die Sendeeinrichtung 1 kann auch mehrere Laser, die z. B. in Form eines Arrays angeordnet sind, aufweisen und dann entsprechend mehrere Sende-Lichtstrahlen aussenden. Bevorzugt umfasst, die optische Empfangseinrichtung 2 einen opto-elektronischen Detektor, zum Beispiel einen Punktsensor, Zeilensensor oder Flächensensor, insbesondere eine Lawinenfotodiode, eine Fotodiodenzelle, einen CCD-Sensor, einen Active-Pixel-Sensor, zum Beispiel einen CMOS Sensor o. ä. Mit dem opto-elektronischen Detektor können optische Signale, insbesondere Lasersignale empfangen und in elektrische Signale umgewandelt werden. Die elektrischen Signale können zum Beispiel durch eine Recheneinheit 7 des Lidar-Systems 5 weiterverarbeitet werden.
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Optional können die optische Sendeeinrichtung 1 und/oder die optische Empfangseinrichtung 2 wenigstens ein optisches Bauteil zur Veränderung einer Strahlcharakteristik von Sende- und/oder Empfangs-Lichtstrahl LBS, LBR aufweisen. Mit dem optischen Bauteil, zum Beispiel einer optischen Linse kann die Strahlcharakteristik von optischen Signalen verändert werden. So können optische Signale zum Beispiel durch eine optische Linse zerstreut oder gesammelt werden. Bei einer optischen Sendeeinrichtung 1 der ausgesendete Sende-Lichtstrahl LBS durch das optische Bauteil, zum Beispiel die Linse, in zumindest einer Richtung zerstreut, also aufgeweitet werden. Mittels eines solchen aufgeweiteten Lichtstrahls kann dann ein weiterer Bereich im Überwachungsbereich 6 durch den Lichtstrahl getroffen, also erfasst werden. Bei der optischen Empfangseinrichtung 2 kann mit dem optischen Bauteil, zum Beispiel der Linse, reflektierte Strahl R, der aus dem Überwachungsbereich 6 kommt, gesammelt und auf den entsprechenden opto-elektronischen Detektor fokussiert werden.
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Insbesondere kann die Sendeeinrichtung 1 eine Zerstreuungslinse aufweisen, welche den Sende-Lichtstrahl LBS in zumindest einer Richtung senkrecht der ersten Richtung D1 streut, also aufweitet. Dies ist in 1 beispielhaft dadurch dargestellt, dass der Sende-Lichtstrahl LBS in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung D1 gewisse Breite aufweist. In gleicher Weise weist der Empfangs-Lichtstrahl LBR in einer Richtung senkrecht zur zweiten Richtung D2 eine gewisse Breite auf.
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Über diese Breite kann zum Beispiel durch eine Sammellinse, der Empfangs-Lichtstrahl LBR gebündelt werden und auf den opto-elektronischen Detektor gebündelt werden.
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In 2 ist ein Lidar-System 5 dargestellt, bei dem die Sendeeinrichtung 1 und die Empfangseinrichtung 2 gegenüber der Darstellung in 1 um einen Winkel 4 verschwenkt sind. Sendeeinrichtung 1 und Empfangseinrichtung 2 liegen nach wie vor einander gegenüber. Auch die Richtung D1 des Sende-Lichtstrahls LBS und die Richtung D2 des Empfangs-Lichtstrahls LBR verlaufen zueinander in die gleiche Richtung.
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Durch das Verschwenden um den Winkel 4 hat sich die Position der Drehachse A des Spiegelelementes 3 in Beziehung den Positionen von Sendeeinrichtung 1 und Empfangseinrichtung 2 verändert. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann ein geeignetes Ablenken von Sende- Lichtstrahl LBS und reflektiertem Lichtstrahl R erfolgen. Das Ablenken von Sende-Lichtstrahl LBS und reflektiertem Lichtstrahl R erfolgt durch verschiedene Spiegelflächen SF1 und SF2 des Spiegelelementes 3.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Spiegelelementes 3 mit Sende-Lichtstrahl LBS und Empfangs-Lichtstrahl LBR dargestellt. Das in 3 dargestellte Spiegelelement 3 weist die Form eines Quaders oder Quadrates auf. Zwei Seitenflächen des Spiegelelementes 3 sind als Spiegelflächen SF1 SF2 ausgebildet. Die anderen beiden Seitenflächen des Spiegelelementes 3 weisen keine Spiegelflächen auf.
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Das Spiegelelement 3 weist eine Drehachse A auf, welche im in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel mittig angeordnet ist und parallel zu den beiden Spiegelflächen SF1, SF2 verläuft. Im dargestellten Beispiel wird ein Sende-Lichtstrahl LBS welcher von der Sendeeinrichtung 1 ausgesendet wird, durch die erste Spiegelfläche SF1 abgelenkt. Der abgelenkten Sende-Lichtstrahl LBS' trifft in einem Überwachungsbereich 6 des Lidar-Systems 5 auf ein Objekt oder einen Gegenstand und wird als reflektierter Lichtstrahl R reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl R trifft auf eine zweite Spiegelfläche SF2 und wird in die zweite Richtung D2 als Empfangs-Lichtstrahl LBR abgelenkt. Der Empfangs-Lichtstrahl LBR kann nun durch die geeignet angeordnete Empfangseinrichtung 2 empfangen werden.
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Die in 3 dargestellten Lichtstrahlen, weisen eine geringere Aufweitung auf, als die in 1 oder 2 dargestellten Lichtstrahlen. Es ist aber auch möglich, im Ausführungsbeispiel von 3 Lichtstrahlen zu verwenden, die aufgeweitet wurden, wie zum Beispiel in 1 oder 2 dargestellt, und umgekehrt.
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Das Spiegelelement 3 von 3 kann zum Beispiel durch die Recheneinheit 7 so angesteuert werden, dass es zwischen zwei Positionen hin und her schwenkt. Dies bedeutet, dass der Sende-Lichtstrahl LBS immer an der ersten Spiegelfläche SF1 in Richtung Überwachungsbereich 6 abgelenkt wird. Zugleich bedeutet dies, der reflektierte Lichtstrahl R immer an der zweiten Spiegelfläche SF2, die zweite Richtung D2 abgelenkt wird. Es ist ebenfalls möglich, das Spiegelelement 3, so anzusteuern, dass es um seine Drehachse A rotiert. Die Drehbewegung und die Position von erster und zweiter Spiegelfläche SF1, SF2 können dann so mit dem Senden und Empfangen der Lichtstrahlen koordiniert werden, dass sichergestellt ist, dass der Sende-Lichtstrahl LBS auf, zum Beispiel die erste Spiegelfläche SF1 trifft und der reflektierte Lichtstrahl R zum Beispiel auf die zweite Spiegelfläche SF2 trifft.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Spiegelelementes 3 dargestellt. Das hier dargestellte Spiegelelement 3 weist eine Seitenfläche auf, die mit einer ersten Spiegelfläche SF1 versehen ist. Das Spiegelelement 3 weist eine weitere Seitenfläche auf, an der eine zweite Spiegelfläche SF2 angebracht ist. Die erste Spiegelfläche SF1 und die zweite Spiegelfläche SF2 stehen senkrecht aufeinander. Die Drehachse A des Spiegelelementes 3 verläuft dabei parallel zu der ersten Spiegelfläche SF1 und der zweiten Spiegelfläche SF2. Der Umfang des Spiegelelementes 3 weist die Form eines unregelmäßigen Vieleckes, also Polygons, auf. Die Drehachse A ist im dargestellten Ausführungsform beispielhaft angeordnet. Sie kann zum Beispiel auch in einem Schwerpunkt eines solchen unregelmäßigen Vieleckes angeordnet sein.
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In dem in 4 dargestellten Beispiel wird ein Sende-Lichtstrahl LBS, der sich in der ersten Richtung D1 ausbreitet, an der ersten Spiegelfläche SF1 abgelenkt. Der abgelenkten Sende-Lichtstrahl LBS' breitet sich in Richtung des Überwachungsbereiches 6 aus. Der aus dem Überwachungsbereich 6 reflektierte Lichtstrahl R wird an der zweiten Spiegelfläche, SF2 in die zweite Richtung D2 abgelenkt. Als Empfangs-Lichtstrahl LBR kann er dann von der Empfangseinrichtung 2 empfangen werden. Spiegelelement 3 kann zum Beispiel durch die Recheneinheit 7 so geeignet angesteuert werden, dass sichergestellt ist, dass ein ausgesendeter Sende-Lichtstrahl LBS durch die erste Spiegelfläche SF1 geeignet abgelenkt wird und ein reflektierter Lichtstrahl R durch die zweite Spiegelfläche SF2 ebenfalls geeignet in die zweite Richtung D2 abgelenkt wird. Die Recheneinheit 7 kann dabei die Drehbewegung des Spiegelelementes 3 geeignet kontrollieren und bei der Auswertung von Sende- und Empfangs-Lichtstrahl LBS, LBR heranziehen. Auch hier ist, wie im Ausführungsbeispiel von 3 ein Schwenken Spiegelelementes 3 oder eine Rotation des Spiegelelementes 3 denkbar. Es sind ebenfalls andere Drehbewegungen des Spiegelelementes 3 denkbar.
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In 5 ist schematisch ein Fahrzeug 10, zum Beispiel ein Personenkraftwagen, dargestellt. In einem Frontbereich des Fahrzeuges 10 ist ein Lidar-System 5 angeordnet. Das Lidar-System 5 weist eine optische Sendeeinrichtung 1 und eine optische Empfangseinrichtung 2 auf. Zwischen der Sendeeinrichtung 1 und der Empfangseinrichtung 2 ist das Spiegelelement 3 geordnet. In der Recheneinheit 7 können als Laufzeitmessung der Sende- und der Empfangs-Lichtstrahl LBS, LBR zur Objekterkennung in dem Überwachungsbereich 6 ausgewertet werden. Durch die Recheneinheit 7 kann ebenfalls der Sendevorgang in der Sendeeinrichtung 1, der Empfangsvorgang in der Empfangseinrichtung 2 sowie die Drehbewegung des Spiegelelementes 3 kontrolliert und gesteuert werden.
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Der Überwachungsbereich 6 befindet sich vor dem Frontbereich des Fahrzeuges 10. Dadurch kann im dargestellten Beispiel ein Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 10 überwacht werden. Es ist ebenfalls möglich, das Das Lidar-System 5 in anderen Bereichen des Fahrzeuges 10 anzuordnen, zum Beispiel im Heckbereich und/oder in Seitenbereichen. Es ist ebenfalls möglich, mehrere Lidar-Systeme 5 an dem Fahrzeug 10 anzuordnen, insbesondere auch in Eckbereichen des Fahrzeuges 10.
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Mit dem Lidar-System 5 können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, in dem Überwachungsbereich 6 erfasst werden.
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Wie im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren beschrieben, ist es möglich, durch das Spiegelelement 3 den Sende-Lichtstrahl LBS so abzulenken, dass er als abgelenkter Sende-Lichtstrahl LBS' über den Überwachungsbereich 6 hinweg gleitet und diesen abscannt, d. h. schrittweise abtastet. Der abgelenkten Sende-Lichtstrahl LBS' wird dann als reflektierter Lichtstrahl R durch Objekte in dem Überwachungsbereich 6 zurückgeworfen und durch eine andere Spiegelfläche des Spiegelelementes 3 in die zweite Richtung D2 als Empfangs-Lichtstrahl LBR auf die Empfangseinrichtung 2 abgelenkt. Durch die Empfangseinrichtung 2 erfolgt dann der Empfang des Empfangs-Lichtstrahls LBR.
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Das beschriebene Lidar-System 5 kann kompakt konstruiert werden, sodass in dem Fahrzeug 10 wenig Bauraum nötig ist. Zugleich kann eine präzise und effiziente Erfassung des Überwachungsbereiches 6 realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 10324170 B1 [0005]
- US 2021255323 A1 [0006]
- DE 102019134192 A1 [0007]
