-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lidar-Sensor und insbesondere einen als Makro-Scanner ausgebildeten Lidar-Sensor.
-
Aus dem Stand der Technik sind als Makro-Scanner ausgebildete Lidar-Sensoren bekannt, welche einen erzeugten Abtaststrahl mittels einer rotierbaren Ablenkeinheit zur Abtastung eines Umfeldes in das Umfeld abstrahlen.
-
Zudem sind Lidar-Scanner bekannt, deren Empfangseinheit, welche dazu vorgesehen ist, im Umfeld des Lidar-Sensors gestreute Anteile des Abtaststrahls zu empfangen, auf der sogenannten SPAD- („single photon avalanche diode“) Technologie basiert, welche eine besonders hohe Empfindlichkeit eines solchen Lidar-Sensors ermöglicht.
-
Aufgrund von Übersprechen (engl. „crosstalk“), welches sich insbesondere im Zusammenhang mit SPAD-basierten Lidar-Sensoren stark auswirken kann, ist es möglich, dass in einer mittels des Lidar-Sensors erzeugten Punktwolke, welche das abgetastete Umfeld des Lidar-Sensors repräsentiert, nicht real existierende Objekte oder Ziele auftreten können bzw. dass real existierende Objekte durch das Übersprechen überdeckt werden können.
-
DE102020000803A1 beschreibt u. a. ein Verfahren zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, wobei empfangenes Sekundärlicht in einer Primärdetektion eines Pixels und mindestens einer Sekundärdetektion mindestens eines angrenzenden Pixels detektiert wird und ein Übersprechen zwischen dem Pixel und dem mindestens einen angrenzenden Pixel ermittelt wird.
-
US2017176579A beschreibt eine elektrooptische Vorrichtung, welche eine Laserquelle, eine Strahlablenkung, einen Lichtdetektor, Optiken sowie eine entsprechende Elektronik aufweist. Es ist vorgesehen, Detektorpixel des Lichtdetektors sukzessive zu aktivieren, um ein Signal-Rausch-Verhältnis der Vorrichtung zu erhöhen.
-
US2018003821A beschreibt einen optischen Detektor, welcher mehrere Lichtquellen, einen Lichtdetektor, Optiken sowie eine entsprechende Elektronik aufweist. Die Lichtquellen sind einzeln und nacheinander ansteuerbare Laserdioden, wobei jeder Lichtquelle genau ein Empfangselement zugeordnet ist. Die Pixel des Lichtdetektors werden einzeln und gleichzeitig/parallel ausgelesen. Der Lichtdetektor ist beispielsweise als SPAD ausgeführt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung schlägt einen als Makro-Scanner ausgebildeten Lidar-Sensor vor, welcher eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und eine rotierbare Ablenkeinheit aufweist. Der erfindungsgemäße Lidar-Sensor ist beispielsweise ein Lidar-Sensor für ein Fahrzeug, welcher vorzugsweise als Umfeldsensor zur automatischen Erfassung eines Umfeldes des Fahrzeugs eingesetzt wird, ohne den Lidar-Sensor dadurch auf einen solchen Einsatzzweck einzuschränken. Darüber hinaus ist der Lidar-Sensor vorzugsweise als Linien-Scanner ausgebildet, bei dem eine Abtastlinie sukzessive innerhalb eines Sichtfeld des Lidar-Sensors bewegt wird, um das Umfeld des Lidar-Sensors mittels der Abtastlinie abzutasten.
-
Die Sendeeinheit basiert vorzugsweise auf einer oder mehreren Laser-Dioden und weist weiter bevorzugt eine Optik zur Strahlformung auf, um einen mittels der Sendeeinheit erzeugten Lichtstrahl (insbesondere einen Laserstrahl) gemäß erforderlichen optischen Eigenschaften des Lichtstrahls umzuformen.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass der in der vorliegenden Offenbarung verwendete Begriff „Licht“ keine Einschränkung auf das für den Menschen sichtbare Lichtspektrum darstellt, sondern dass dieser Begriff auch nicht sichtbare Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung und insbesondere Wellenlängen im Infrarotbereich einschließt.
-
Die Ablenkeinheit basiert auf einem ersten Grundkörper und einem zweiten Grundkörper, welche jeweils pyramidenförmig ausgebildet sind und derart miteinander verschränkt (bzw. sich derart durchdringen) sind, dass ihre jeweiligen Spitzen in Richtung des Fußpunktes des jeweils anderen Grundkörpers ausgerichtet sind und dass die jeweiligen Spitzen und Fußpunkte der beiden Grundkörper im Wesentlichen entlang einer Rotationsachse der Ablenkeinheit angeordnet sind. Bevorzugt liegen die jeweiligen Spitzen und Fußpunkte der beiden Grundkörper jeweils auf der Rotationsachse. Dies schließt explizit nicht aus, dass die Spitzen und/oder Fußpunkte eines der Grundkörper oder beider Grundkörper bezüglich der Rotationsachse einen Parallelversatz und/oder einen Winkelversatz aufweisen (z. B. einige Millimeter, ohne dadurch auf solche Werte eingeschränkt zu sein), um ggf. gewünschte Abweichungen im jeweiligen Abtastverhalten zu erzielen.
-
Vorteilhaft weisen wenigstens die zur Strahlablenkung verwendeten Seitenflächen der beiden Grundkörper identische Reflexionseigenschaften auf, welche sich beispielsweise aus einer Eigenschaft eines für die Ablenkeinheit verwendeten Materials und/oder einer Oberflächenbearbeitung dieser Seitenflächen und/oder einer auf den Seitenflächen aufgebrachten reflektierenden Beschichtung ergeben.
-
Die Sendeeinheit ist eingerichtet, wenigstens eine Abtastlinie (d. h., einen im Wesentlichen linienförmig ausgebildeten Lichtstrahl) zu erzeugen und diese über einen Sendepfad des Lidar-Sensors in Richtung der Ablenkeinheit abzustrahlen.
-
Die Ablenkeinheit ist eingerichtet, die wenigstens eine Abtastlinie mittels einer Rotationsbewegung, welche beispielsweise durch einen Elektromotor des Lidar-Sensors bewirkt wird, um die Rotationsachse der Ablenkeinheit über die aus der Verschränkung verbleibenden Seitenflächen des ersten Grundkörpers und des zweiten Grundkörpers in ein Umfeld des Lidar-Sensors abzulenken. Hierdurch wird bewirkt, dass durch die Seitenflächen des ersten Grundkörpers fächerförmige Ausrichtungen (ähnlich den unterschiedlichen Ausrichtungen eines rotierend gelagerten Scheibenwischerarms beim Überfahren einer Oberfläche) der Abtastlinie im Umfeld erzeugt werden, welche im Wesentlichen gegensätzlich (d. h., im Wesentlichen um 180° gedreht) orientiert sind zu fächerförmigen Ausrichtungen der Abtastlinie, welche durch die Seitenflächen des zweiten Grundkörpers erzeugt werden.
-
Die Empfangseinheit ist schließlich eingerichtet, im Umfeld gestreute Anteile der Abtastlinie über einen Empfangspfad des Lidar-Sensors zu empfangen.
-
Der erfindungsgemäße Lidar-Sensor bietet u. a. den Vorteil, dass ein Übersprechen und damit ggf. einhergehende Fehldetektionen von Objekten im Umfeld des Lidar-Sensors aufgrund der schräggestellten Abtastlinien besser erkennbar ist. Dies liegt darin begründet, dass auftretendes Übersprechen, welches insbesondere durch optische Elemente innerhalb des Empfangspfad des Lidar-Sensors hervorgerufen werden kann (insbesondere im Zusammenhang mit besonders empfindlichen SPAD-Detektoren), im Allgemeinen vorwiegend entlang der Abtastlinie bzw. mit derselben Orientierung wie die Abtastlinie auftritt. Mit anderen Worten führt eine Verwendung einer erfindungsgemäß schräggestellten Abtastlinie dazu, dass Objekte und/oder Personen usw., welche sich unterhalb und/oder oberhalb eines stark reflektierenden Objektes (z. B. eines Retroreflektors) befinden, nicht durch ein vertikal orientiertes Übersprechen verdeckt werden, das beispielsweise durch eine herkömmlich eingesetzte vertikale Abtastlinie erzeugbar ist.
-
Durch die Verwendung der unterschiedlich orientierten Seitenflächen des ersten und des zweiten Grundkörpers und der daraus resultierenden Abtastung des Umfeldes mit jeweils um im Wesentlichen 180° zueinander gedrehten fächerförmig ausgerichteten Abtastlinien ist es vorteilhaft möglich, ein abzutastendes Sichtfeld (auch „field of view“, kurz FOV genannt) des Lidar-Sensors besser auszuleuchten, als dies mit einer Ablenkeinheit möglich wäre, die nur einen einzelnen pyramidenförmigen Grundkörper aufweist.
-
Es versteht sich, dass ein oder mehrere aus dem Stand der Technik bekannte strahlformende optische Elemente an geeigneten Positionen innerhalb des Sendepfads und/oder des Empfangspfads angeordnet sein können, um die Abtastlinie für eine Abtastung des Umfeldes und/oder für einen Empfang der Abtastlinie im Lidar-Sensor in geeigneter Weise zu formen, wobei diese strahlformenden optischen Elemente hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind. Je nach Ausgestaltung des Lidar-Sensors ist es denkbar, die Abtastlinie über dasselbe strahlformende Element oder über identisch ausgebildete strahlformende Elemente zu formen, insbesondere, wenn nur eine Abtastlinie in der Sendeeinheit erzeugt wird, deren Pfadlänge von der Sendeeinheit zur Ablenkeinheit unabhängig von der jeweils verwendeten Seitenfläche (d. h., des ersten Grundkörpers oder des zweiten Grundkörpers) zur Ablenkung der Abtastlinie im Wesentlichen identisch ist. In einem Fall, in dem unterschiedliche Pfadlängen zwischen der Sendeeinheit und der Ablenkeinheit bei der Ablenkung durch unterschiedliche Seitenflächen vorliegen (z. B. wenn eine einzelne Lichtquelle auf unterschiedlichen Wegen zur Ablenkeinheit umgelenkt wird und/oder wenn mehrere separate Lichtquellen mit unterschiedlichen Pfadlängen zur Ablenkeinheit eingesetzt werden) lassen sich damit einhergehende Abweichungen bezüglich der Form der Abtastlinie(n) vorteilhaft mittels solcher strahlformender Elemente kompensieren, um beim Austritt aus dem Lidar-Sensor einheitlich geformte Abtastlinien zu erzielen.
-
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Lidar-Sensors ergibt sich aus der Verschränkung oder auch Durchdringung der beiden pyramidenförmigen Grundkörper, da auf diese Weise hinsichtlich einer Gesamthöhe der Ablenkeinheit eine besonders platzsparende Ablenkeinheit erreicht wird.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Verschränkung des ersten Grundkörpers und des zweiten Grundkörpers derart, dass Außenflächen der Ablenkeinheit in Umfangsrichtung der Ablenkeinheit (d. h., eine um die Rotationsachse verlaufende Richtung) alternierend durch Abschnitte der Seitenflächen des ersten Grundkörpers, welche sich jeweils von der Spitze des ersten Grundkörpers bis zur Grundfläche des ersten Grundkörpers erstrecken und durch Abschnitte der Seitenflächen des zweiten Grundkörpers, welche sich jeweils von der Spitze des zweiten Grundkörpers bis zur Grundfläche des zweiten Grundkörpers erstrecken, ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind hierfür jeweils Teilvolumina des ersten Grundkörpers und des zweiten Grundkörpers entfernt, sodass die Abschnitte der Seitenflächen der jeweiligen Grundkörper vollständig von der Spitze bis zur Grundfläche des jeweiligen Grundkörpers nach außen freiliegen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Seitenflächen des ersten Grundkörpers und die Seitenflächen des zweiten Grundkörpers derart alternierend ausgebildet, dass sich jeweils eine vollständige Seitenfläche eines der Grundkörper mit einer vollständigen Seitenfläche des jeweils anderen Grundkörpers abwechselt. Hierdurch lässt sich beispielsweise ein vollständiger Scan-Vorgang (z. B. eine horizontale oder eine vertikale Abtastung des Umfeldes mittels der Abtastlinie) zunächst mittels einer Seitenfläche des einen Grundkörpers durchführen und anschließend mittels einer im Zuge der Rotation der Ablenkeinheit nachfolgenden Seitenfläche des jeweils anderen Grundkörpers usw., wobei in Abhängigkeit einer Anordnung und/oder Anzahl von Lichtquellen und/oder einer Verwendung von Strahlteilern und/oder Umlenkspiegel usw. auf diese Weise auch eine gleichzeitige Abtastung des Umfeldes des Lidar-Sensors durch die Seitenflächen beider Grundkörper möglich ist. Alternativ sind die Seitenflächen derart alternierend ausgebildet, dass jede Seitenfläche eines jeweiligen Grundkörpers durch wenigstens einen Abschnitt, insbesondere durch mehrere Abschnitte einer Seitenfläche des jeweils anderen Grundkörpers alternierend unterbrochen ist. Hierdurch lässt sich ein Umfeld des Lidar-Sensors beispielsweise während eines Scan-Durchlaufs abwechselnd durch Abschnitte der Seitenflächen des ersten Grundkörpers und durch Abschnitte der Seitenflächen des zweiten Grundkörpers erfassen, wodurch ein kürzerer zeitlicher Abstand zwischen den unterschiedlich ausgerichteten Abtastlinien erzielen lässt. Dies kann ggf. zu einer verbesserten Identifizierung eines vorliegenden Übersprechens führen, da aneinandergrenzende Winkelbereiche eines Scan-Durchlaufs annähernd zum gleichen Zeitpunkt erfasst werden, wodurch sich eine bessere Qualität einer daraus erzeugten Punktewolke ergeben kann.
-
Besonders vorteilhaft repräsentieren der erste Grundkörper und der zweite Grundkörper jeweils regelmäßige und/oder quadratische und/oder identisch ausgebildete pyramidenförmige Körper.
-
Darüber hinaus ist es möglich, dass die Spitzen der jeweiligen Grundkörper die Grundfläche des jeweils anderen Grundkörpers berühren oder diese durchdringen, wodurch sich eine besonders kompakte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ablenkeinheit erzielen lässt. Alternativ ist es auch möglich, dass die Spitzen der jeweiligen Grundkörper innerhalb eines Volumens des jeweils anderen Grundkörpers angeordnet sind.
-
Ferner ist es möglich, dass der Lidar-Sensor eingerichtet ist, die ausgesendete Abtastlinie und die aus dem Umfeld empfangenen gestreuten Anteile der Abtastlinie mittels derselben Teilfläche (d. h. mittels derselben Seitenfläche oder mittels desselben Abschnitts einer Seitenfläche des ersten Grundkörpers oder des zweiten Grundkörpers) der Ablenkeinheit zu empfangen. Dies ist insbesondere in einer im Wesentlichen koaxialen Anordnung der Sendeeinheit und der Empfangseinheit sinnvoll, wobei dies auch in einer hiervon abweichenden Konfiguration der Sendeeinheit und der Empfangseinheit anwendbar ist. Alternativ ist es möglich, dass der Lidar-Sensor eingerichtet ist, die aus dem Umfeld empfangene Abtastlinie mittels unterschiedlicher Teilflächen der Ablenkeinheit abzulenken. In diesem Fall wird beispielsweise eine Teilfläche einer ersten Seite eines der Grundkörper der Ablenkeinheit zur Ablenkung des Sendestrahls in das Umfeld verwendet, während eine dieser Teilfläche bezüglich der Rotationsachse gegenüberliegende Teilfläche der Ablenkeinheit desselben Grundkörpers zur Ablenkung des Empfangsstrahls auf die Empfangseinheit verwendet wird. Auf diese Weise lässt sich sicherstellen, dass ein Schrägstellwinkel von Teilflächen der Ablenkeinheit, welche aktuell zur Ablenkung eines Sendestrahls und eines Empfangsstrahls verwendet werden, identisch ist. Die Verwendung unterschiedlicher Teilflächen der Ablenkeinheit ermöglicht auf besonders einfache Weise eine Anordnung der Sendeeinheit und der Empfangseinheit an jeweils gegenüberliegenden Seiten der Ablenkeinheit. Ferner ist es möglich, dass die Empfangseinheit einen SPAD-Sensor aufweist, wodurch sich eine besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Ablenkeinheit ergibt, da ein SPAD-Sensors technologiebedingt besonders anfällig ist für auftretendes Übersprechen.
-
Besonders vorteilhaft weist der erfindungsgemäße Lidar-Sensor eine Auswerteeinheit auf, welche eingerichtet ist, auf Basis durch die Empfangseinheit erzeugter Signale Störeinflüsse bei der Abtastung des Umfeldes aufgrund eines Übersprechens zu detektieren. Die Auswerteeinheit ist beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Auswerteeinheit zum Detektieren eines Übersprechens außerhalb des Lidar-Sensors angeordnet ist.
-
Vorzugsweise weisen der erste Grundkörper und der zweite Grundkörper bezüglich der Rotationsachse der Ablenkeinheit die gleiche rotatorische Ausrichtung auf. Im beispielhaften Fall einer Verwendung identisch ausgebildeter Grundkörper führt dies dazu, dass eine jeweilige Ecke des ersten Grundkörpers mit einer jeweiligen Ecke des zweiten Grundkörpers auf einer jeweiligen Geraden liegt, die parallel zur Rotationsachse angeordnet ist.
-
Darüber hinaus ist die Sendeeinheit beispielsweise eingerichtet, eine einzelne Abtastlinie zu erzeugen, welche durch eine Rotation der Ablenkeinheit alternierend über die Seitenflächen (bzw. Abschnitte der Seitenflächen) des ersten Grundkörpers und die Seitenflächen (bzw. Abschnitte der Seitenflächen) des zweiten Grundkörpers in das Umfeld des Lidar-Sensors abgelenkt wird. Alternativ ist die Sendeeinheit beispielsweise eingerichtet, eine erste Abtastlinie und eine zweite Abtastlinie zu erzeugen, welche durch eine Rotation der Ablenkeinheit alternierend oder gleichzeitig über die Seitenflächen des ersten Grundkörpers und die Seitenflächen des zweiten Grundkörpers in das Umfeld des Lidar-Sensors abgelenkt werden. Hierfür weist die Sendeeinheit beispielsweise zwei separate Lichtquellen auf, sodass durch jede Lichtquelle jeweils eine Abtastlinie erzeugbar ist. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, dass die Sendeeinheit eine erste Sendeeinheit mit einer ersten Lichtquelle und eine zweite Sendeeinheit mit einer zweiten Lichtquelle aufweist, welche jeweils an unterschiedlichen Positionen im Lidar-Sensor angeordnet sind. Ferner ist es auch möglich, eine dritte Abtastlinie oder weitere Abtastlinien zu erzeugen und diese alternierend oder gleichzeitig über die erfindungsgemäße Ablenkeinheit abzulenken.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Ablenkeinheit eine zur Rotationsachse rotationssymmetrische Durchgangsbohrung auf, welche die Ablenkeinheit entlang der Rotationsachse vollständig durchdringt und als Hohlleitung dient. Beispielsweise auf Basis eines schwenkbaren ersten Umlenkspiegels ist der Lidar-Sensor eingerichtet, die Abtastlinie alternierend direkt auf die Seitenflächen des einen Grundkörpers zu lenken und über die Durchgangsbohrung und wenigstens einen zweiten Umlenkspiegel auf die Seitenflächen des jeweils anderen Grundkörpers zu lenken.
-
In noch einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein Teilvolumen der Ablenkeinheit aus einem lichtleitenden Material ausgebildet und wenigstens ein Teil der Außenflächen der Ablenkeinheit aus einem reflektierenden Material oder einem teilreflektierend Material ausgebildet, wobei das lichtleitende Teilvolumen und der wenigstens teilweise reflektierende Teil der Außenflächen der Ablenkeinheit für eine Umlenkung der Abtastlinie innerhalb des Volumens der Ablenkeinheit vorgesehen sind. Dies bietet u. a. den Vorteil, dass keine beweglichen Elemente zur Umlenkung des Abtaststrahls zwischen den Seitenflächen des ersten Grundkörpers und den Seitenflächen des zweiten Grundkörpers erforderlich sind.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen Lidar-Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 beispielhafte Ausrichtungen von Abtastlinien eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors innerhalb eines Sichtfeldes des Lidar-Sensors;
- 3a einen ersten Strahlengang eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 3b einen zweiten Strahlengang des erfindungsgemäßen Lidar-Sensors gemäß der zweiten Ausführungsform;
- 4 eine Ablenkeinheit eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform; und
- 5 eine Ablenkeinheit eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors gemäß einer vierten Ausführungsform.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Lidar-Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei der Lidar-Sensor hier ein Rotations-Scanner ist, welcher eingerichtet ist, eine Abtastlinie auszusenden und welcher insbesondere als Bestandteil eines Umfelderfassungssystems eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs vorgesehen ist.
-
Der Lidar-Sensor weist eine Sendeeinheit 10 auf, welche sich aus einer ersten Lichtquelle 12 (eine erste Laser-Diode) und einer zweiten Lichtquelle 14 (eine zweite Laser-Diode) zusammensetzt, welche jeweils an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Lidar-Sensors angeordnet sind. Das durch die Lichtquellen 12, 14 ausgesendete Licht wird jeweils mittels (nicht gezeigter) Optiken in linienförmige Abtaststrahlen mit vordefinierten optischen Eigenschaften umgeformt.
-
Zudem weist der Lidar-Sensor eine Empfangseinheit 20 auf, welche sich aus einem ersten SPAD-Sensor 22 und einem zweiten SPAD-Sensor 24 zusammensetzt, welche jeweils in unmittelbarer Nähe der ersten Lichtquelle 12 und der zweiten Lichtquelle 14 angeordnet sind, da der Lidar-Sensor auf im Wesentlichen koaxial ausgebildeten Sendepfaden 15, 17 und Empfangspfaden 25, 27 basiert.
-
Weiter weist der Lidar-Sensor eine Ablenkeinheit 30 auf, welche auf einem ersten pyramidenförmigen Grundkörper 40 und einem zweiten pyramidenförmigen Grundkörper 45 basiert, wobei die beiden Grundkörper 40, 45 jeweils als identische, regelmäßige und quadratische Pyramiden ausgebildet sind.
-
Die beiden Grundkörper 40, 45 sind zum Ausbilden der Ablenkeinheit 30 derart miteinander verschränkt (d. h., ineinander verschoben), dass ihre jeweiligen Spitzen den Fußpunkt des jeweils anderen Grundkörpers 40, 45 berühren und derart, dass die jeweiligen Spitzen und Fußpunkte der Grundkörper 40, 45 auf einer Rotationsachse 50 der Ablenkeinheit 30 liegen.
-
Die Verschränkung ist zudem derart vorgesehen, dass Außenflächen 35 der Ablenkeinheit 30 in Umfangsrichtung der Ablenkeinheit 30 alternierend durch vollständige Seitenflächen 60 des ersten Grundkörpers 40 und durch vollständige Seitenflächen 60 des zweiten Grundkörpers 45 ausgebildet sind. Hierfür sind jeweils Teilvolumina des ersten Grundkörpers 40 und des zweiten Grundkörpers 45 ausgelassen, sodass sich die jeweiligen Seitenflächen 60 der Grundkörper 40, 45 jeweils von den Spitzen der Grundkörper 40, 45 bis zu ihren jeweiligen Grundflächen erstrecken.
-
Darüber hinaus ist hinsichtlich der Verschränkung vorgesehen, dass die beiden pyramidenförmigen Grundkörper 40, 45 bezüglich der Rotationsachse 50 die gleiche rotatorische Ausrichtung aufweisen.
-
Ferner sind ein erster Umlenkspiegel 90 und ein zweiter Umlenkspiegel 92 vorgesehen, welche jeweils eingerichtet sind, durch die Lichtquellen 12, 14 gesendetes Licht derart auf die Ablenkeinheit 30 zu lenken, dass dieses durch eine Rotationsbewegung der Ablenkeinheit 30 in ein Umfeld des Lidar-Sensors abgestrahlt wird.
-
Aus dem Umfeld reflektiertes Licht der Lichtquellen 12, 14 wird über die Ablenkeinheit 30 auf die Umlenkspiegel 90', 92' gelenkt, welche das Licht zu den jeweiligen SPAD-Sensoren 22, 24 lenken. Die Umlenkspiegel 90, 90 sind vorzugsweise ein und derselbe Umlenkspiegel 90 und die Umlenkspiegel 92, 92 sind vorzugsweise ein und derselbe Umlenkspiegel 92 und sind hier aufgrund einer vereinfachten Darstellung der jeweiligen Strahlengänge als separate Spiegel gezeigt.
-
Auf Basis vorstehend beschriebener Konfiguration und einer in Pfeilrichtung ausgeführten Rotation ist die Ablenkeinheit 30 eingerichtet, Licht der ersten Lichtquelle 12 und Licht der zweiten Lichtquelle 14 derart in ein Umfeld des Lidar-Sensors abzustrahlen, dass das Umfeld durch das linienförmig abgestrahlte Licht der ersten Lichtquelle 12 in einer ersten Ausrichtung fächerförmig abgetastet wird, während das Umfeld durch das linienförmig abgestrahlte Licht der zweiten Lichtquelle 14 in einer zweiten Ausrichtung fächerförmig abgetastet wird, wobei die erste Ausrichtung und die zweite Ausrichtung um Wesentlichen um 180° zueinander gedreht sind.
-
Der erfindungsgemäße Lidar-Sensor weist ferner eine Auswerteeinheit 70 auf, welche informationstechnisch mit der Sendeeinheit 10 und der Empfangseinheit 20 verbunden ist und welche eingerichtet ist, die erste Lichtquelle 12 und die zweite Lichtquelle 14 zu aktivieren und Empfangssignale des ersten SPAD-Sensors 22 und des zweiten SPAD-Sensors 24 zu empfangen und auf Basis der Empfangssignale Störeinflüsse aufgrund eines Übersprechens bei der Abtastung des Umfeldes zu detektieren. Auf diese Weise lassen sich insbesondere falschpositiv erkannte Objekte oder Ziele in einer das Umfeld repräsentierenden 3D-Punktewolke detektieren und/oder eliminieren.
-
2 zeigt beispielhafte Ausrichtungen von Abtastlinien eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors innerhalb eines Sichtfeldes 130 des Lidar-Sensors. In einem ersten Scan-Durchlauf 120 der in 1 gezeigten Ablenkeinheit 30 wird die Abtastlinie über eine Seitenfläche 60 des ersten Grundkörpers 40 der Ablenkeinheit 30 abgelenkt und in einem nachfolgenden Scan-Durchlauf 125 über eine Seitenfläche 60 des zweiten Grundkörpers 45. Hieraus ergeben sich die gezeigten gegensätzlich orientierten, fächerförmigen Abtastlinien innerhalb des Sichtfeldes 130.
-
3a zeigt einen ersten Strahlengang 15 eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform. Aufgrund zahlreicher Übereinstimmungen mit dem Lidar-Sensor gemäß der ersten Ausführungsform in 1 werden zur Vermeidung von Wiederholungen nachfolgend im Wesentlichen nur Unterschiede zwischen den beiden Figuren erläutert.
-
Im Lidar-Sensor gemäß der zweiten Ausführungsform weist die Sendeeinheit 10 nur eine einzelne Lichtquelle 12 auf. Zudem sind ein Empfangspfad 25 und eine Empfangseinheit 20 aus Gründen der vereinfachten Darstellung hier nicht gezeigt.
-
Die Ablenkeinheit 30 des hier gezeigten Lidar-Sensors weist eine entlang der (nicht gezeigten) Rotationsachse 50 der Ablenkeinheit 30 verlaufende Durchgangsbohrung 80 auf, welche die Ablenkeinheit 30 entlang der Rotationsachse 50 vollständig durchdringt.
-
In einem ersten Rotationwinkelbereich der Ablenkeinheit 30 wird der durch die Sendeeinheit 10 erzeugte Abtaststrahl über einen schwenkbaren ersten Umlenkspiegel 90, welcher sich zu diesem Zeitpunkt in einer ersten Schwenkposition befindet, auf eine Seitenfläche 60 des ersten Grundkörpers 40 in ein Umfeld des Lidar-Sensors zur Abtastung des Umfeldes abgelenkt. Ein zweiter (nicht schwenkbarer) Umlenkspiegel 92 und ein dritter (nicht schwenkbarer) Umlenkspiegel 94 des hier gezeigten Lidar-Sensors werden in diesem Zustand nicht verwendet.
-
3b zeigt einen zweiten Strahlengang des erfindungsgemäßen Lidar-Sensors gemäß der zweiten Ausführungsform. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden hier nur Unterschiede zu 3a beschrieben.
-
In 3b befindet sich der erste Umlenkspiegel 90 in einer zweiten Schwenkposition, mittels derer der erste Umlenkspiegel 89 eingerichtet ist, das durch die Sendeeinheit 10 erzeugte Licht von unten durch die Durchgangsbohrung 80 bis zum zweiten Umlenkspiegel 92 zu leiten. Das Licht lässt sich anschließend durch den zweiten Umlenkspiegel 92 auf den dritten Umlenkspiegel 94 und von dort auf eine Seitenfläche 60 des zweiten Grundkörpers 45 ablenken. Über die Seitenfläche 60 des zweiten Grundkörpers 45 lässt sich das Licht anschließend in das Umfeld des Lidar-Sensors abstrahlen.
-
Da der Sendepfad 17 in 3b durch zusätzliche Wege und Umlenkungen der Abtastlinie länger ist als in 3b, sind der zweite Umlenkspiegel 92 und der dritte Umlenkspiegel 94 hier gekrümmt ausgebildet, um eine aufgrund der unterschiedlichen Pfadlängen erzeugte abweichende Strahlformung zwischen den beiden Sendepfaden 15, 17 auszugleichen.
-
Mit anderen Worten ist es auf Basis des schwenkbaren ersten Umlenkspiegels 90 möglich, einen einzelnen Abtaststrahl abwechselnd über die Seitenflächen 60 des ersten Grundkörpers 40 und die Seitenflächen 60 des zweiten Grundkörpers 45 in das Umfeld abzulenken, wodurch sich die in 2 gezeigten unterschiedlichen fächerförmigen Ausrichtungen der Abtastlinien ergeben.
-
4 zeigt eine Ablenkeinheit 30 eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform. In dieser dritten Ausführungsform wechseln sich Abschnitte der jeweiligen Seitenflächen 60 des ersten Grundkörpers 40 und des zweiten Grundkörpers 45 jeweils mehrfach pro ursprünglicher Seitenfläche 60 der ursprünglichen pyramidenförmigen Form des ersten Grundkörpers 40 und des zweiten Grundkörpers 45 ab.
-
Dies bewirkt dementsprechend ein abwechselndes Abtasten des Umfeldes des Lidar-Sensors mittels der Abschnitte der Seitenflächen 60 des ersten Grundkörpers 40 und der Abschnitte der Seitenflächen 60 des zweiten Grundkörpers 45 innerhalb eines einzelnen Scan-Durchlaufs (d. h., innerhalb einer gesamten Abtastung des Sichtfeldes des Lidar-Sensors), wodurch die dadurch bewirkten unterschiedlichen Ausrichtungen der Abtastlinie im Umfeld zeitlich sehr dicht aufeinanderfolgenden. Dadurch lässt sich in bestimmten Situationen eine verbesserte Erkennung von Übersprecheffekten erzielen.
-
5 zeigt eine Ablenkeinheit 30 eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Ablenkeinheit 30 des Lidar-Sensors gemäß der vierten Ausführungsform ist hinsichtlich der Verschränkung des ersten Grundkörpers 40 und des zweiten Grundkörpers 45 ähnlich ausgebildet wie die Ablenkeinheit 30 des Lidar-Sensors gemäß der dritten Ausführungsform.
-
Die beiden Ausführungsformen unterschieden sich hauptsächlich darin, dass die Ablenkeinheit 30 in 5 aus einem lichtleitenden Material ausgebildet ist, welches an den Außenflächen 35 der Ablenkeinheit 30 eine beidseitig reflektierende Beschichtung aufweist.
-
Auf diese Weise ist es möglich, Licht einer ersten Lichtquelle 12 einer Sendeeinheit 10 des Lidar-Sensors über einen ersten Sendepfad 15 von außen auf die (in der Figur) oberen Außenflächen 35 der Ablenkeinheit 30 zu lenken, um das Licht der ersten Lichtquelle 12 in ein Umfeld des Lidar-Sensors abzulenken.
-
Zudem ist es auf diese Weise möglich, Licht einer zweiten Lichtquelle 14 der Sendeeinheit 10 des Lidar-Sensors über lichtleitende Bodenflächen der Ablenkeinheit 30 in das lichtleitende Volumen der Ablenkeinheit 30 einzustrahlen. Dieses Licht lässt sich anschließend durch die beidseitig reflektierende Beschichtung der Außenflächen 35 der Ablenkeinheit 30 innerhalb des Volumens der Ablenkeinheit 30 auf einen Umlenkspiegel 90 umlenken, welcher wiederum eingerichtet ist, dieses Licht (in der Figur) zur Oberseite der Ablenkeinheit 30 umzulenken. Es sei darauf hingewiesen, dass der Umlenkspiegel 90 hier nur schematisch dargestellt ist und sich ggf. aus einer Vielzahl ringförmig angeordneter Umlenkspiegel 90 zusammensetzt oder ggf. hiervon abweichend ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Ablenkeinheit 30 eine wie in 3a und 3b veranschaulichte Durchgangsbohrung 80 aufweist, in welcher geeignete Umlenkelemente angeordnet sein können.
-
Darüber hinaus ist es möglich, dass die Sendeeinheit 10 nur eine einzelne Lichtquelle 12 aufweist, welche derart bezüglich der Ablenkeinheit 30 angeordnet und ausgerichtet ist, dass durch die Lichtquelle 12 ausgesendetes Licht in Abhängigkeit eines jeweiligen Rotationswinkels der Ablenkeinheit 30 abwechselnd über den ersten Sendepfad 15 und über den zweiten Sendepfad 17 geführt wird.
-
Das zur Oberseite umgelenkte Licht der zweiten Lichtquelle 14 lässt sich anschließend mittels eines zweiten Umlenkspiegels 92 und mittels eines dritten Umlenkspiegels 94 von außen auf die (in der Figur) unteren Außenflächen 35 der Ablenkeinheit 30 und über die unteren Außenflächen 35 in das Umfeld des Lidar-Sensors ablenken.
-
Diese Ausführungsform bietet den besonderen Vorteil, dass keine beweglichen Elemente wie bewegliche Umlenkspiegel 90 zur Führung des Lichtes erforderlich sind.
-
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
-
- DE 102020000803 A1 [0005]
- US 2017176579 A [0006]
- US 2018003821 A [0007]
