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Die vorliegende Erfindung betrifft eine LIDAR-Vorrichtung für ein Fahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur optischen Erfassung eines Sichtfelds für ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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In der Offenlegungsschrift
KR102013165B1 ist eine LIDAR-Vorrichtung mit einem Sender und Empfänger und einem Drehspiegel beschrieben, wobei Sender und Empfänger an gegenüberliegenden Seiten eines Drehspiegels angeordnet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte LIDAR-Vorrichtung anzugeben und ein optimiertes Verfahren zur Erfassung eines Sichtfelds.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird eine LIDAR-Vorrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Die LIDAR-Vorrichtung umfasst einen Sender zum Aussenden zumindest eines Laserstrahls auf einem Sendepfad und einen Empfänger zum Empfangen zumindest eines reflektierten Laserstrahls auf einem Empfangspfad. Weiterhin umfasst die LIDAR-Vorrichtung einen Drehspiegel zum Umlenken des Laserstrahls über den Sendepfad in das Sichtfeld und zum Umlenken des im Sichtfeld reflektierten Laserstrahls auf den Empfangspfad. Der Drehspiegel ist zwischen dem Sender und dem Empfänger angeordnet und trennt den Sendepfad vom Empfangspfad. Der Drehspiegel ist als Polygonspiegel ausgebildet und weist zumindest eine Spiegelfläche auf, zum Umlenken des Laserstrahls über den Sendepfad in das Sichtfeld und zum Umlenken des im Sichtfeld reflektierten Laserstrahls auf den Empfangspfad. Der über den Sendepfad in das Sichtfeld ausgesandte Laserstrahl und der vom Sichtfeld reflektierte Laserstrahl treffen im Wesentlichen in der gleichen Ebene auf die gleiche zumindest eine Spiegelfläche des Polygonspiegels.
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In bekannten LIDAR-Vorrichtungen sind Sender und Empfänger häufig übereinander positioniert, sodass der Drehspiegel in Bezug auf seine Höhe ausreichend groß dimensioniert sein muss, damit der vom Sender ins Sichtfeld ausgesandte Laserstrahl und der im Sichtfeld reflektierte Laserstrahl jeweils auf den Drehspiegel treffen können. Die vorgeschlagene LIDAR-Vorrichtung erlaubt vorteilhaft eine möglichst flache Bauart der LIDAR-Vorrichtung bzw. des LIDAR-Sensors durch die Anordnung von Sender, Empfänger und Polygonspiegel als Drehspiegel. Insbesondere durch die Eigenschaft und Anordnung der Laserstrahlen über den Sendepfad in das Sichtfeld und über das Sichtfeld in den Empfangspfad, die sich im Wesentlichen jeweils auf gleicher Höhe befinden, und durch die Tatsache, dass die genannten Laserstrahlen im Wesentlichen in der gleichen Höhe, also im Wesentlichen in der gleichen Ebene, auf die gleiche zumindest eine Spiegelfläche des Polygonspiegels treffen, kann die LIDAR-Vorrichtung insgesamt flach gebaut werden, da die Drehspiegelhöhe des Polygonspiegels aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung der Komponenten der Vorrichtung reduziert ist.
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Die flache Bauart bzw. -form der vorgeschlagenen LIDAR-Vorrichtung ermöglicht vorteilhaft einen Einsatz der Vorrichtung in Einbauorten im Fahrzeug, an denen nur sehr wenig Platz zur Verfügung steht, z.B. im Fahrzeugdach oder am Kühlergrill.
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Zusätzlich bietet die vorgeschlagene LIDAR-Vorrichtung den Vorteil der Reduktion möglicher Empfängerstörungen durch Sendestrahlreflexionen (wobei ein Sendestrahl dem oben genannten, in das Sichtfeld ausgesandten Laserstrahl entspricht) durch optisches Übersprechen vom Sendepfad zum Empfangspfad. Die räumliche bzw. örtliche Trennung des Sendepfads und des Empfangspfads verbessert somit die Qualität des Empfangssignals (also des im Sichtfeld reflektierten Laserstrahls), insbesondere im Nahbereich.
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Vorteilhaft an der räumlichen bzw. örtlichen Trennung von Sender und Empfänger ist zudem, dass die Wärmeabfuhr der genannten Komponenten auf diese Weise effizienter gestaltet werden kann. Eine effizientere Wärmeabfuhr wirkt sich zudem auf den elektro-optischen Wirkungsgrad und die optische Performance der LIDAR-Vorrichtung bzw. des LIDAR-Sensors aus.
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Alternativ ist zudem denkbar jeweils verschiedene Polygonspiegelflächen bzw. Polygonspiegelfacetten für den ausgesandten und reflektierten Laserstrahl zu verwenden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Sender und dem Polygonspiegel ein erster Umlenkspiegel im Sendepfad angeordnet, der eine im Wesentlichen rechtwinklige Umlenkung des vom Sender auf dem Sendepfad ausgesandten Laserstrahls auf die zumindest eine Spiegelfläche des Polygonspiegels ermöglicht. Zusätzlich oder alternativ dazu ist zwischen dem Polygonspiegel und dem Empfänger ein zweiter Umlenkspiegel im Empfangspfad angeordnet, wobei der zweite Umlenkspiegel eine im Wesentlichen rechtwinklige Umlenkung des vom Sichtfeld auf den Polygonspiegel reflektierten Laserstrahls auf dem Empfangspfad zum Empfänger ermöglicht.
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Diese Anordnung ermöglicht vorteilhaft eine in Querrichtung, also z.B. in horizontaler Richtung, schmale LIDAR-Vorrichtung, da die beiden Umlenkspiegel eine Verschiebung bzw. Ausdehnung des Senders und Empfängers in die Längsrichtung ermöglicht/erlaubt. Falls die Längsrichtung z.B. der Tiefenebene der Vorrichtung entspricht, so erhöht sich die Tiefe der Vorrichtung entsprechend.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Sender plan ausgebildet und in eine Bodenplatte der LIDAR-Vorrichtung integrierbar. Zusätzlich oder alternativ dazu ist der Empfänger plan ausgebildet und in eine Bodenplatte der LIDAR-Vorrichtung integrierbar. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, sofern der Sender direkt in die Bodenplatte der LIDAR-Vorrichtung integriert ist, dass die Wärmeabfuhr (Entwärmung) des Senders über die Bodenplatte der LIDAR-Vorrichtung erfolgen kann. Ferner kann aufgrund der planen, also ebenen Ausbildung des Senders, d.h. mit geringer Ausdehnung in einer Höhenrichtung bzw. entlang einer Höhenachse der Vorrichtung, der mögliche Bauraum für den Sender vergrößert werden. Der Sender kann z.B. zumindest eine Treiberplatine mit zumindest zwei Sendemodulen umfassen, wobei die zumindest zwei Sendemodule jeweils Laserelemente aufweisen können. Beispielsweise können bei größerem zur Verfügung stehenden Bauraum für den Sender weitere Sendemodule mit mehr Laserelementen verwendet werden bzw. die Anzahl der Laserelemente vergrößert werden und eine Integration in die LIDAR-Vorrichtung erfolgen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Sender im Wesentlichen in Längsrichtung angeordnet und/oder ist der Empfänger im Wesentlichen in Längsrichtung angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht in Kombination mit jeweils einem Umlenkspiegel für den Sendepfad und den Empfangspfad vorteilhaft eine in Querrichtung, also z.B. in horizontaler Richtung, schmale LIDAR-Vorrichtung, da die beiden Umlenkspiegel mit der Anordnung von Sender und Empfänger eine Verschiebung bzw. Ausdehnung des Senders und Empfängers in die Längsrichtung ermöglicht/erlaubt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Sender ein erstes Sendemodul und ein zweites Sendemodul zum Aussenden mehrerer Laserstrahlen in das Sichtfeld. Zwischen dem ersten Sendemodul und dem Polygonspiegel ist der erste Umlenkspiegel in einem ersten Sendepfad angeordnet, der eine im Wesentlichen rechtwinklige Umlenkung des vom ersten Sendemodul auf dem ersten Sendepfad ausgesandten Laserstrahls auf die zumindest eine Spiegelfläche des Polygonspiegels ermöglicht. Zwischen dem zweiten Sendemodul und dem Polygonspiegel ist ein dritter Umlenkspiegel in einem zweiten Sendepfad angeordnet, der eine im Wesentlichen rechtwinklige Umlenkung des von dem zweiten Sendemoduls auf dem zweiten Sendepfad ausgesandten Laserstrahls auf die zumindest eine Spiegelfläche des Polygonspiegels ermöglicht. Der auf dem ersten Sendepfad ausgesandte Laserstrahl und/oder der auf dem zweiten Sendepfad ausgesandte Laserstrahl und/oder die im Sichtfeld reflektierten Laserstrahlen treffen im Wesentlichen in der gleichen Ebene auf die gleiche zumindest eine Spiegelfläche des Polygonspiegels. Diese Anordnung nutzt den oben genannten entstandenen freien Bauraum für den Sender z.B. vorteilhaft für den Einsatz eines ersten und zweiten Sendemoduls. Das erste und zweite Sendemodul kann z.B. jeweils in Längsrichtung, wie oben stehend angeordnet sein und die Laserstrahlen aussenden. Darüber hinaus ist denkbar, dass das erste Sendemodul und das zweite Sendemodul jeweils plan, also eben, ausgebildet und in die Bodenplatte der Vorrichtung integriert sind und Laserstrahlen aussenden. In einer weiteren Alternative ist denkbar, dass das erste Sendemodul z.B. plan ausgebildet ist. Mit dem ersten Umlenkspiegel kann dann der von dem plan ausgebildeten ersten Sendemodul auf dem ersten Sendepfad ausgesandte Laserstrahl auf die zumindest eine Spiegelfacette des Polygonspiegels umgelenkt werden. Darüber hinaus kann das zweite Sendemodul z.B. in Längsrichtung angeordnet sein und über einen zweiten Sendepfad mithilfe eines weiteren Umlenkspiegels Laserstrahlung aussenden. Die Sendemodule können z.B. Laserelemente, wie oben stehend, aufweisen. Dies gilt auch für die übrigen Ausführungsformen, auch hier kann der Sender jeweils Laserelemente zum Erzeugen und Aussenden eines Laserstrahls aufweisen. Die Ausgestaltung ermöglicht einen flexiblen Einsatz der LIDAR-Vorrichtung und eine einfache Anpassung an die verschiedenen Einbauorte in einem Fahrzeug.
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Alternativ oder zusätzlich zur vorangehenden Ausführungsform kann der Empfänger ein erstes Empfangsmodul und ein zweites Empfangsmodul zum Empfangen mehrerer Laserstrahlen vom Sichtfeld umfassen. Zwischen dem Polygonspiegel und dem ersten Empfangsmodul ist der zweite Umlenkspiegel in einem ersten Empfangspfad angeordnet. Der zweite Umlenkspiegel ermöglicht eine im Wesentlichen rechtwinklige Umlenkung des vom Sichtfeld auf den Polygonspiegel auf dem ersten Empfangspfad reflektierten Laserstrahls auf das erste Empfangsmodul. Zwischen dem Polygonspiegel und dem zweiten Empfangsmodul ist ein vierter Umlenkspiegel in einem zweiten Empfangspfad angeordnet. Der vierte Umlenkspiegel ermöglicht eine im Wesentlichen rechtwinklige Umlenkung des vom Sichtfeld auf den Polygonspiegel auf dem zweiten Empfangspfad reflektierten Laserstrahls auf das zweite Empfangsmodul.
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Die Empfangsmodule können beispielsweise Detektoren wie Kameras, Photodioden, etc. zum Erfassen der reflektierten Laserstrahlen aufweisen. Dies gilt gleichermaßen für die oben stehenden Ausführungsformen, bei denen der Empfänger ebenfalls Detektoren: Kameras, Photodioden, etc. zum Erfassen von reflektierten Laserstrahlen umfassen kann. Die vorgeschlagene Ausführungsform kann in Kombination mit der Ausführungsform, bei der zwei Sendemodule eingesetzt werden, zu einer sehr flexibel gestalt- und einsetzbaren LIDAR-Vorrichtung in einem Fahrzeug führen und kann auch freigewordenen Bauraum für den Empfänger schafften und diesen vorteilhaft durch die Verwendung von zumindest zwei Empfangsmodulen nutzen.
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In einer weiteren Ausführungsform bewirkt der über den Polygonspiegel in das Sichtfeld ausgesandte Laserstrahl eine Punktausleuchtung und/oder Linienausleuchtung des Sichtfelds. Der Laserstrahl kann für alle genannten Ausführungsformen einem Lichtpuls entsprechen, der z.B. von einem oder mehreren Laserelementen erzeugt und ausgesendet wird. Damit ist die vorgeschlagene Vorrichtung flexibel an die abzutastende Umgebung bzw. das zu untersuchende Sichtfeld anpassbar.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Polygonspiegel vier Spiegelflächen auf. Der Polygonspiegel ist als 4fach Spiegel ausgebildet und ermöglicht in Kombination mit der Anordnung von Sender, Empfänger und ggf. einem oder mehrerer Umlenkspiegel die Verkleinerung der Spiegelgröße und damit eine insgesamt kompakte Bauform für die LIDAR-Vorrichtung. Insbesondere ermöglicht der Polygonspiegel eine räumlich bzw. örtliche Trennung von Sende- und Empfangsstrahl und damit eine verbesserte Qualität des Empfangssignals.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Polygonspiegel eine Rotationsantriebseinheit zum Bewegen des Polygonspiegels. Mithilfe der Rotationsantriebseinheit kann die zumindest eine Spiegelfläche bzw. -facette des Polygonspiegels vorteilhaft gedreht werden, sodass der ausgesandte Laserstrahl und der vom Sichtfeld reflektierte Laserstrahl im Wesentlichen in der gleichen Ebene auf die gleiche zumindest eine Spiegelfläche treffen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Polygonspiegel einseitig oder zweiseitig gelagert. Die Lagerung des Spiegels kann flexibel an den jeweiligen Einbauort der LIDAR-Vorrichtung angepasst werden und ermöglicht einen stabilen und zuverlässigen Betrieb der Vorrichtung.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zur optischen Erfassung eines Sichtfelds für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen einer LIDAR-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, und
- b) Erfassen des Sichtfeldes mithilfe der LIDAR-Vorrichtung. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine besonders einfache und wenig störanfällige Methode zur Erfassung des Sichtfelds für ein Fahrzeug basierend auf der vorgeschlagenen LIDAR-Vorrichtung. Die Störanfälligkeit wird dabei insbesondere durch die Verwendung und Anordnung des Polygonspiegels reduziert, der Sender und Empfänger räumlich voneinander trennt. Auf diese Weise kann die ausgesandte Laserstrahlung am Durchgang an der Frontscheibe der LIDAR-Vorrichtung bzw. des LIDAR-Sensors oder in der Sendeoptik parasitäre Verluste und Reflexionen, die störend für den Empfänger wirken. Wegen der räumlichen Trennung von Sender und Empfänger, kann jedoch die Sendestrahlung (ausgesandte Laserstrahlung) nicht mehr direkt in den Empfangspfad gelangen, wodurch sich die Qualität des Empfangssignals verbessert.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform;
- 3 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung nach einer dritten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung nach einer vierten Ausführungsform; und
- 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur optischen Erfassung eines Sichtfelds für ein Fahrzeug;
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen in den Figuren unverändert gewählt worden sind, wenn es sich um gleich ausgebildete Elemente und/oder Komponenten handelt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 100 bzw. eines LIDAR-Sensors (Automotive LIDAR, insbesondere Long-Range-LIDAR (LRL)) nach einer ersten Ausführungsform, wobei der Übersichtlichkeit halber auf die Einzeichnung eines die Vorrichtung 100 abschließenden Gehäuses verzichtet worden ist, gleichwohl die Vorrichtung 100 ein Gehäuse umfassen kann bzw. in einem Gehäuse eingebaut sein kann. Die LIDAR-Vorrichtung 100 weist einen Sender 105 auf. Der Sender 105 kann z.B. eine Treiberplatine und mehrere Sendemodule umfassen, wobei die mehreren Sendemodule zum Beispiel eine Mehrzahl an Laserelementen zum Erzeugen von mehreren Laserstrahlen aufweisen können. Ferner kann der Sender 105 eine Sendeoptik mit weiteren optischen Bauteilen umfassen, wobei die genannten Merkmale in 1 zur Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet sind. Der Sender 105 ist in 1 z.B. in Querrichtung angeordnet, also z.B. horizontal oder wie in 1 schematisch angedeutet parallel zur x-Achse und sendet einen Laserstrahl 115 (oder mehrere Laserstrahlen) auf einen Sendepfad 110 aus. Der ausgesandte Laserstrahl 115 trifft auf einen Drehspiegel, der den Laserstrahl 115 in das Sichtfeld 120 umlenkt. Der Drehspiegel ist als Polygonspiegel 117 ausgebildet und weist vier Spiegelfacetten auf. Es ist alternativ denkbar einen Polygonspiegel mit abweichender Facettenanzahl zu verwenden.
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Der im Sichtfeld 120 reflektierte Laserstrahl 125 trifft auf den Polygonspiegel 117 und zwar bedingt durch die Rotation 121 des Polygonspiegels 117 - zwischen dem Aussenden und dem Reflektieren des Laserstrahls - auf die gleiche Spiegelfacette 119, wie sie auch von dem in das Sichtfeld 120 ausgesandten Laserstrahl 115 getroffen worden ist. Die Rotation 121 des Polygonspiegels 117 kann z.B. mithilfe einer Rotationsantriebseinheit 140 umgesetzt werden. Dabei kann die Rotationsantriebseinheit 140 beispielsweise in den Polygonspiegel 117 integriert sein. Alternativ kann die Rotationsantriebseinheit 140 z.B. unterhalt des Polygonspiegels 117, z.B. in einem Bodenbereich des Polygonspiegels 117 angebracht sein, sodass der Polygonspiegel 117 auf der Rotationsantriebseinheit 140 sitzt.
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Ferner weist die LIDAR-Vorrichtung 100 einen Empfänger 135 zum Empfangen des im Sichtfeld 120 reflektierten Laserstrahls 125 auf. Der reflektierte Laserstrahl 125 passiert die gleiche Spiegelfacette 119 des Polygonspiegels 117 und wird hierbei über einen Empfangspfad 130 zur Empfänger 135 umgelenkt. Der Empfänger 135 kann z.B. zumindest ein Empfangsmodul aufweisen, das einen oder mehrere Detektoren umfasst, beispielsweise Photodetektoren, Photodioden und/oder Kameras und zusätzlich eine Empfangsoptik mit weiteren optischen Bauteilen aufweisen. Dies ist jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Zudem können sowohl der Sendepfad 110 als auch der Empfangspfad 130 weitere Sendeoptik bzw. Empfangsoptik aufweisen, die in 1 nicht dargestellt sind.
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Der Polygonspiegel 117 ist insbesondere zwischen dem Sender 105 und dem Empfänger 135 angeordnet - beispielsweise der Sender 105 links vom Polygonspiegel 117 und der Empfänger 135 rechts vom Polygonspiegel 117 - und trennt auf diese Weise den Sendepfad 110 räumlich bzw. örtlich vom Empfangspfad 130. Da das Sendelicht bzw. der ausgesandte Laserstrahl 115 am Durchgang an der Frontscheibe der Vorrichtung 100 oder in der Sendeoptik parasitäre Verluste und Reflexionen verursacht, die für die Empfänger 135 störend wirken, ist die räumliche bzw. örtliche Trennung von Sende- und Empfangspfad 110, 130 besonders vorteilhaft. Denn durch die örtliche Trennung der optischen Pfade bzw. Wege bzw. Strahlengänge kann der ausgesandte Laserstrahl 115 nicht mehr direkt in den Empfangspfad 130 gelangen und somit kann basierend auf der Trennung der Pfade die Qualität des Empfangssignals verbessert werden.
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Bei der oben genannten Erläuterung des über den Polygonspiegel 117 in das Sichtfeld 120 ausgesandten Laserstrahls 115 und des vom Sichtfeld reflektierten Laserstrahls 125 über die gleiche Spiegelfacette 119 ist jeweils noch anzumerken, dass sich der ausgesandte Laserstrahl 115 und der reflektierte Laserstrahl 125 dabei in der gleichen Ebene befinden. Sende- und Empfangsstrahlung sind also in derselben Ebene bzw. Sende- und Empfangsstrahl sind jeweils auf gleicher Höhe angeordnet.
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Aufgrund der Tatsache, dass Sende- und Empfangsstrahlung in der gleichen Ebene angeordnet sind, und somit eine geringere Drehspiegelhöhe für die Strahlen erforderlich ist, eignet sich die LIDAR-Vorrichtung 100 besonders vorteilhaft für den Einsatz an bzw. in einem Fahrzeug. Beispielsweise kann die vorgeschlagene LIDAR-Vorrichtung 100 im Fahrzeugdach oder am Kühlergrill eines Fahrzeugs wegen der insgesamt kompakten Bauform der Vorrichtung 100 vorteilhaft eingesetzt werden, da an den genannten Orten in der Regel nur sehr wenig Platz zur Verfügung steht. Die vorgeschlagene Vorrichtung 100 ermöglicht damit also eine nahezu verdeckte Integration am/im Fahrzeug.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 200 nach einer zweiten Ausführungsform. Die LIDAR-Vorrichtung 200 in 2 ist ähnlich zur LIDAR-Vorrichtung 100 in 1 ausgebildet, daher werden im Folgenden nur die wesentlichen Unterschiede genauer erläutert. Für die übrigen Merkmale wird auf die obige Erläuterung verwiesen. Im Unterschied zu 1, in der Sender 105 und Empfänger 135 im Wesentlichen in Querrichtung, also horizontal oder schematisch parallel zur x-Achse angeordnet sind, sind Sender 205 und Empfänger 235 in 2 im Wesentlichen in Längsrichtung, also vertikal oder schematisch parallel zur y-Achse angeordnet. Es ist alternativ denkbar, jeweils nur Sender 105 oder nur Empfänger 235 im Wesentlichen in Längsrichtung, also parallel zur y-Achse anzuordnen. Dies ist in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht gezeigt.
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Zwischen dem Sender 205 und dem Polygonspiegel 117 ist ein erster Umlenkspiegel 211 im Sendepfad 210 angeordnet. Der erste Umlenkspiegel 211 ermöglicht eine im Wesentlichen rechtwinklige Umlenkung des von Sender 205 auf dem Sendepfad 210 ausgesandten Laserstrahls 215 auf die zumindest eine Spiegelfläche 119 des Polygonspiegels 117. Da in 2 auch der Empfänger 235 im Wesentlichen in Längsrichtung angeordnet ist, weist die LIDAR-Vorrichtung 200 zwischen dem Polygonspiegel 117 und dem Empfänger 235 einen zweiten Umlenkspiegel 231 im Empfangspfad 230 auf. Der zweite Umlenkspiegel 231 ist ausgelegt, eine im Wesentlichen rechtwinklige Umlenkung des vom Sichtfeld 120 auf den Polygonspiegel 117 auf dem Empfangspfad 230 reflektierten Laserstrahls 239 auf den Empfänger 235 zu ermöglichen. Die LIDAR-Vorrichtung 200 ermöglicht vorteilhaft einen in Querrichtung, also horizontal oder schematisch einen parallel zur x-Achse schmalen Aufbau, denn Sender 205 und Empfänger 235 werden über die beiden Umlenkspiegel 211, 231 nach hinten, also in Längsrichtung oder schematisch parallel zur y-Achse, die z.B. für die Vorrichtung 200 die Tiefenebene beschreiben kann, verschoben, sodass die Länge bzw. Tiefe (bzw. schematische Ausdehnung parallel zur y-Achse) der LIDAR-Vorrichtung 200 dadurch erhöht wird.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 300 nach einer dritten Ausführungsform. Im Unterschied zu den LIDAR Vorrichtungen 100, 200 in den 1 und 2 ist der Sender 305 plan ausgebildet, also mit möglichst wenig Höhenausdehnung bzw. schematische Ausdehnung entlang der z-Achse in 3, und in eine Bodenplatte der LIDAR-Vorrichtung 200 integrierbar. Die Bodenplatte der LIDAR-Vorrichtung 300 ist aus Übersichtlichkeitsgründen jedoch nicht dargestellt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch der Empfänger 335 plan ausgebildet sein, also auch mit möglichst wenig Höhenausdehnung bzw. schematischer Ausdehnung in z-Richtung. Auch der plan ausgebildete Empfänger 335 kann in die Bodenplatte der LIDAR-Vorrichtung 300 integriert sein, um insgesamt eine LIDAR-Vorrichtung 100 mit möglichst wenig Ausdehnung in z-Richtung zu ermöglichen und dadurch die Polygonspiegelhöhe 117 vorteilhaft zu reduzieren. Auch dies ist in 3 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
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In Kombination mit dem ersten Umlenkspiegel 211 wird der vom Sender 305 ausgesandte Laserstrahl 315 auf dem Sendepfad 310 zur Spiegelfläche 119 des Polygonspiegels 117 umgelenkt, wobei Sendepfad 310 und Empfangspfad 330 und damit ausgesandter Laserstrahl 315 und reflektierter, also zu empfangender Laserstrahl 325 im Wesentlichen in der gleichen Ebene, also näherungsweise in der gleichen Höhe, angeordnet sind und im Wesentlichen in der gleichen Ebene auf die gleiche Spiegelfläche 119 des Polygonspiegels 117 treffen. In 3 ist die Rotationsantriebseinheit 140 z.B. im Bodenbereich des Polygonspiegels 117 angebracht. Der Empfangspfad 330 weist in 3 z.B. keinen Umlenkspiegel auf. Wäre der Empfänger 335 wie oben genannt, ebenfalls plan bzw. eben ausgebildet wie der Sender 305, so könnte der Empfangspfad 330 einen weiteren Umlenkspiegel ähnlich der Anordnung im Sendepfad 310 aufweisen, um die reflektierte Laserstrahlung 325 im Wesentlich rechtwinklig zum Empfänger 335 umzulenken.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 400 nach einer vierten Ausführungsform. Im Unterschied zu den Vorrichtungen 100, 200, 300 in den 1 bis 3, weist die Vorrichtung 400 beispielsweise einen Sender 405 mit einem ersten Sendemodul 406 und einem zweiten Sendemodul 407 auf, die in einer nachfolgenden Tabelle1 z.B. als „2 Sender“ gekennzeichnet sind, wobei das erste Sendemodul 406 und das zweite Sendemodul 407 z.B. räumlich/örtlich voneinander getrennt angeordnet sind. Beispielsweise ist das erste Sendemodul 406 im Wesentlichen in Längsrichtung, also schematisch parallel zur y-Achse angeordnet, und sendet auf dem ersten Sendepfad 410 über den ersten Umlenkspiegel 211 und die Spiegelfläche 119 des Polygonspiegels 117 Laserstrahlung 415 in das Sichtfeld 120 aus. Der Strahlengang ist in 4 schematisch anhand der gestrichelten Linie gezeigt. Zudem ist das zweite Sendemodul 407 zum Beispiel im Wesentlichen in Längsrichtung, also schematisch parallel zur y-Achse angeordnet. Dass die beiden Sendemodule 406, 407 nebeneinander gezeichnet sind, ist nur der übersichtlicheren Darstellung geschuldet und kann natürlich auch in einer Hintereinanderreihung der beiden Sendemodule 406, 407 in Längsrichtung parallel zur y-Achse erfolgen. Beispielsweise kann das zweite Sendemodul 407 dann unterhalb vom ersten Sendemodul 406 angeordnet sein oder umgekehrt, sodass das erste Sendemodul 406 und das zweite Sendemodul 407 entlang der y-Achse gegenüber liegend angeordnet sind (nicht dargestellt). Das zweite Sendemodul 407 sendet z.B. über einen zweiten Sendepfad 413 einen Laserstrahl 416 aus, der über einen vierten Umlenkspiegel 412 im Wesentlichen rechtwinklig auf die Spiegelfläche 119 des Polygonspiegels 117 umgelenkt wird. Der Strahlengang der Laserstrahlung 416 des zweiten Sendemoduls 407 ist in 4 schematisch als durchgezogene Linie dargestellt.
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Die beiden ausgesandten Laserstrahlen 415, 416 werden schließlich im Sichtfeld 120 reflektiert 425, 427 (gleiche schematische Notation mit gestrichelter Linie als reflektierter Laserstrahl 425 des über den ersten Sendepfad 410 ausgesandten Laserstrahls 415 und durchgezogene Linie als reflektierter Laserstrahl 427 des über den zweiten Sendepfad 413 ausgesandten Laserstrahls 416) gelangen aufgrund der Rotation 121 des Polygonspiegels 117 über die gleiche Spiegelfläche 119 im Wesentlich rechtwinklig zum Empfänger 435. Der reflektierte Laserstrahl 425 gelangt z.B. über den ersten Empfangspfad 430 zum Empfänger 435 und der weitere reflektierte Laserstrahl 427 gelangt z.B. über den zweiten Empfangspfad 433 zum Empfänger 435. Insbesondere können die beiden ausgesandten Laserstrahlen 415, 416 sowie die beiden reflektierten Laserstrahlen 425, 427 jeweils in der gleichen Ebene, also auf gleicher Höhe bzw. Strahlhöhe, auf die gleiche Spiegelfläche 119 treffen.
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Der leichte Versatz der beiden ausgesandten Laserstrahlen 415, 416 und der beiden reflektierten Laserstrahlen 425, 427 ist zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit in 4 eingezeichnet. Die Strahlengänge können jedoch auch näherungsweise ohne einen Versatz angeordnet sein.
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Anstatt der Anordnung des ersten Sendemoduls 406 und des zweiten Sendemoduls 407 als Sender 405 jeweils im Wesentlichen in Längsrichtung, also schematisch parallel zur y-Achse, können das erste Sendemodul 406 und das zweite Sendemodul 407 auch jeweils plan ausgebildet sein, ähnlich zum Sender 305 in 3. Das erste Sendemodul 406 kann auf dem ersten Sendepfad 410 über den ersten Umlenkspiegel 211 und die Spiegelfläche 119 des Polygonspiegels 117 Laserstrahlung 415 in das Sichtfeld 120 aussenden. Das zweite Sendemodul 407 kann über den zweiten Sendepfad 413 einen Laserstrahl 416 aussenden, der über den vierten Umlenkspiegel 412 im Wesentlichen rechtwinklig auf die Spiegelfläche 119 des Polygonspiegels 117 umgelenkt wird. Dies ist in Tabelle1 als Alternative zu 4 gekennzeichnet, wobei die beiden Sendemodule 406 und 407 in Tabelle1 als „2 Sender“ gekennzeichnet sind.
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Weiterhin ist denkbar, dass z.B. das erste Sendemodul 406 plan ausgebildet ist, und auf dem ersten Sendepfad 410 über den ersten Umlenkspiegel 211 und die Spiegelfläche 119 des Polygonspiegels 117 Laserstrahlung 415 in das Sichtfeld 120 aussenden. Das zweite Sendemodul 407 kann zum Beispiel im Wesentlichen in Längsrichtung, also schematisch parallel zur y-Achse angeordnet sein und z.B. über den zweiten Sendepfad 413 einen Laserstrahl 416 aussenden, der über einen vierten Umlenkspiegel 412 im Wesentlichen rechtwinklig auf die Spiegelfläche 119 des Polygonspiegels 117 umgelenkt wird. In Tabelle1 ist diese Variante jedoch nicht aufgeführt.
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Nicht dargestellt in den Figuren ist eine Steuereinheit, die mit Sender, Empfänger und Rotationsantriebseinheit kommunikativ verbunden ist. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass die LIDAR-Vorrichtungen 100, 200, 300, 400 jeweils eine solche Steuereinheit aufweisen können. Weiterhin ist aus Übersichtlichkeitsgründen in den 1 bis 4 die ein- bzw. zweiseitige Lagerung des Polygonspiegels 117 nicht dargestellt. Der Polygonspiegel 117 kann jedoch eine solche, nicht dargestellte Lagerung aufweisen.
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Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele können mit Ihren Varianten bzw. Alternativen tabellarisch z.B. wie folgt zusammengefasst werden: Tabelle1
| | Umlenkspiegel Sendepfad | Umlenkspiegel Empfangspfad | Empfänger plan | Sender plan | Empfänger in Längsrichtung | Sender in Längsrichtung | Zusätzlicher Umlenkspiegel |
| 2 | x | x | | | x | x | |
| Alternative zu 2 | x | | | | | x | |
| Alternative zu 2 | | x | | | x | | |
| 3 | x | | | x | | | |
| Alternative zu 3 | | x | x | | | | |
| Alternative zu 3 | x | x | x | x | | | |
| 4 | x | | | | | x (2 Sender) | x |
| Alternative zu 4 | x | | | x (2 Sender) | | | x |
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 500 zur optischen Erfassung eines Sichtfelds, z.B. das Sichtfeld 120 in den 1 bis 4, für ein Fahrzeug. In einem ersten Schritt 505 des Verfahrens 500 wird eine LIDAR-Vorrichtung 100, 200, 300, 400 mit den oben erläuterten Merkmalen und Komponenten bereitgestellt und in einem zweiten Schritt 510 wird das Sichtfeld 120 mithilfe der bereitgestellten LIDAR-Vorrichtung 100, 200, 300, 400 erfasst. Zudem können die erfassten Daten des Sichtfelds 120 noch ausgewertet werden, was in 5 nicht dargestellt ist und beispielsweise von einer Steuereinheit und/oder einem Computer durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung wurde im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Anstelle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind weitere Ausführungsbeispiele denkbar, welche weitere Abwandlungen oder Kombinationen von beschriebenen Merkmalen aufweisen können. Die Erfindung ist aus diesem Grund nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt, da vom Fachmann andere Variationen daraus abgeleitet werden können, ohne dabei den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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