DE102022208349A1 - Lidar device and method for operating a lidar device - Google Patents

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DE102022208349A1
DE102022208349A1 DE102022208349.0A DE102022208349A DE102022208349A1 DE 102022208349 A1 DE102022208349 A1 DE 102022208349A1 DE 102022208349 A DE102022208349 A DE 102022208349A DE 102022208349 A1 DE102022208349 A1 DE 102022208349A1
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Mustafa Kamil
Alexander Eeles
Moises Duarte
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lidar-Vorrichtung (100) mit einer Laserquelle (101), einer Detektoreinheit (103), einer Strahlablenkungseinheit (105) zum Ablenken ausgehenden Laserlichts (107) der Laserquelle (101) in vorbestimmte Raumrichtungen (D) und zum Ablenken von aus den Raumrichtungen (D) eingehenden Laserlichts (109) zur Detektoreinheit (103), einem Polarisator (111) zum Polarisieren des ausgehenden Laserlichts (107) und einer Auswerteeinheit (113) zum Analysieren einer Intensität des detektierten Laserlichts, wobei die Strahlablenkungseinheit (105) als ein um eine Drehachse (115) drehbares Facettenrad (117) mit einer Mehrzahl reflektierender Facettenflächen (119) ausgebildet ist, wobei über eine Drehung des Facettenrads (117) Facettenflächen (119) in einem Strahlengang (108) des ausgehenden Laserlichts (107) und in einem Strahlengang (110) des eingehenden Laserlichts (109) positionierbar sind, wobei an wenigstens einer Facettenfläche (121) ein Polarisationsfilter (123) zum Polarisieren von Laserlicht in eine Polarisationsrichtung (V) ausgebildet ist, und wobei über eine Positionierung der Facettenfläche (121) mit Polarisationsfilter (123) im Strahlengang (110) des eingehenden Laserlichts (109) eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts (109) bewirkbar ist.The invention relates to a lidar device (100) with a laser source (101), a detector unit (103), a beam deflection unit (105) for deflecting outgoing laser light (107) from the laser source (101) in predetermined spatial directions (D) and for deflecting from the spatial directions (D) incoming laser light (109) to the detector unit (103), a polarizer (111) for polarizing the outgoing laser light (107) and an evaluation unit (113) for analyzing an intensity of the detected laser light, the beam deflection unit (105) is designed as a facet wheel (117) rotatable about an axis of rotation (115) with a plurality of reflecting facet surfaces (119), with facet surfaces (119) being formed in a beam path (108) of the outgoing laser light (107) by rotation of the facet wheel (117) and can be positioned in a beam path (110) of the incoming laser light (109), a polarization filter (123) for polarizing laser light in a polarization direction (V) being formed on at least one facet surface (121), and wherein the facet surface (121) is positioned via positioning ) a polarization analysis of the incoming laser light (109) can be effected with a polarization filter (123) in the beam path (110) of the incoming laser light (109).

Description

Die Erfindung betrifft Lidar-Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung.The invention relates to a lidar device and a method for operating a lidar device.

Stand der TechnikState of the art

Für das Steuern von Fahrzeugen, insbesondere von autonom steuerbaren Fahrzeugen, sind Lidar-Sensoren ein essentieller Bestandteil. Bei stark reflektierenden Objekten besteht jedoch die Gefahr von Crosstalk-Effekten, bei denen in Bereichen benachbart zu dem stark reflektierenden Objekt aufgrund der hohen Reflektivität fehlerhafte Messwerte aufgenommen und fälschlicherweise Objekte detektiert werden können.Lidar sensors are an essential component for controlling vehicles, especially autonomously controllable vehicles. With highly reflective objects, however, there is a risk of crosstalk effects in which erroneous measured values can be recorded in areas adjacent to the highly reflective object due to the high reflectivity and objects can be falsely detected.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Lidar-Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide an improved lidar device and an improved method for operating a lidar device.

Diese Aufgabe wird durch die Lidar-Vorrichtung und das Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche.This task is solved by the lidar device and the method for operating a lidar device of the independent claims. Advantageous refinements are the subject of the subordinate claims.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Lidar-Vorrichtung mit einer Laserquelle, einer Detektoreinheit, einer Strahlablenkungseinheit zum Ablenken ausgehenden Laserlichts der Laserquelle in vorbestimmte Raumrichtungen und zum Ablenken von aus den Raumrichtungen eingehenden Laserlichts zur Detektoreinheit, einem Polarisator zum Polarisieren des ausgehenden Laserlichts und einer Auswerteeinheit zum Analysieren einer Intensität des detektierten Laserlichts bereitgestellt, wobei die Strahlablenkungseinheit als ein um eine Drehachse drehbares Facettenrad mit einer Mehrzahl reflektierender Facettenflächen ausgebildet ist, wobei über eine Drehung des Facettenrads Facettenflächen in einem Strahlengang des ausgehenden Laserlichts und in einem Strahlengang des eingehenden Laserlichts positionierbar sind, wobei an wenigstens einer Facettenfläche ein Polarisationsfilter zum Polarisieren von Laserlicht in eine Polarisationsrichtung ausgebildet ist, und wobei über eine Positionierung der Facettenfläche mit Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts bewirkbar ist.According to one aspect of the invention, a lidar device with a laser source, a detector unit, a beam deflection unit for deflecting outgoing laser light from the laser source in predetermined spatial directions and for deflecting laser light incoming from the spatial directions to the detector unit, a polarizer for polarizing the outgoing laser light and an evaluation unit for analyzing an intensity of the detected laser light, the beam deflection unit being designed as a facet wheel rotatable about an axis of rotation with a plurality of reflecting facet surfaces, facet surfaces being positionable in a beam path of the outgoing laser light and in a beam path of the incoming laser light by rotating the facet wheel, wherein a polarization filter for polarizing laser light in a polarization direction is formed on at least one facet surface, and a polarization analysis of the incoming laser light can be effected by positioning the facet surface with polarization filter in the beam path of the incoming laser light.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Lidar-Vorrichtung bereitgestellt werden kann, die eine Polarisationsanalyse des detektierten Laserlichts ermöglicht. Hierzu weist die Lidar-Vorrichtung einen Polarisator zum Polarisieren des Laserlichts der Laserquelle auf. Ferner weist die Lidar-Vorrichtung ein Polarisationsfilter auf, das an wenigstens einer Facettenfläche des Facettenrads der Strahlablenkungseinheit ausgebildet ist. Über eine Rotation des Facettenrads können die Facettenflächen des Facettenrads sowohl im Strahlengang des ausgehenden Laserlichts der Laserquelle als auch im Strahlengang des eingehenden Laserlichts positioniert werden. Durch eine Positionierung der Facettenfläche mit Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts kann somit eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts in Bezug eine Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters erreicht werden. Indem wenigstens eine Facettenfläche des Facettenrads ohne Polarisationsfilter ausgebildet ist und indem durch durchgehende Rotation des Facettenrads zeitlich nacheinander die Facettenfläche mit Polarisationsfilter und die Facettenfläche ohne Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts positioniert werden können, kann ein Vergleich der Intensität des von der Facettenfläche mit Polarisationsfilter und des von der Facettenfläche ohne Polarisationsfilter in den Detektor reflektierten Laserlichts ermittelt werden. Durch den Vergleich der Intensitäten des Laserlichts, einmal mit Reflexion an der Facettenfläche mit Polarisationsfilter und einmal ohne Polarisationsfilter, können Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des das Laserlicht der Lidar-Vorrichtung reflektierenden Objekts getroffen werden. Insbesondere können durch die Polarisationsanalyse Crosstalk-Effekte, die durch stark reflektierende Objekte hervorgerufen werden, ermittelt und korrigiert werden. Durch die Ausbildung des Polarisationsfilters an der Facettenfläche des Facettenrads kann somit ein passives Analyseelement zur Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts realisiert werden, das in passiver Weise zwischen zwei Polarisationszuständen verschaltet werden kann. Das Analyseelement ist hierbei durch die im Strahlengang des eingehenden Laserlichts positionierten Facettenflächen des Facettenrads gegeben. Durch Rotation des Facettenrads können zeitlich nacheinander Facettenflächen ohne Polarisationsfilter und die wenigstens eine Facettenfläche mit Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts positioniert werden. Das Analyseelement kann somit zwischen einem Analysezustand, in dem die Facettenfläche mit Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts angeordnet ist, und einem Zustand ohne Analyse, in dem eine Facettenfläche ohne Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts angeordnet ist, verschaltet werden. Die Verschaltung des Analyseelements zwischen den zwei genannten Zuständen wird durch die Rotation des Facettenrads bewirkt, sodass eine passive Verschaltung des Analyseelements ermöglicht ist. Dies führt zu einer robusten und technisch einfachen Ausgestaltung der Polarisationsanalyse.In this way, the technical advantage can be achieved that an improved lidar device can be provided, which enables polarization analysis of the detected laser light. For this purpose, the lidar device has a polarizer for polarizing the laser light from the laser source. Furthermore, the lidar device has a polarization filter which is formed on at least one facet surface of the facet wheel of the beam deflection unit. By rotating the facet wheel, the facet surfaces of the facet wheel can be positioned both in the beam path of the outgoing laser light from the laser source and in the beam path of the incoming laser light. By positioning the facet surface with polarization filter in the beam path of the incoming laser light, a polarization analysis of the incoming laser light can be achieved in relation to a polarization direction of the polarization filter. By designing at least one facet surface of the facet wheel without a polarization filter and by positioning the facet surface with polarization filter and the facet surface without polarization filter in the beam path of the incoming laser light one after the other through continuous rotation of the facet wheel, a comparison of the intensity of the facet surface with polarization filter and the Laser light reflected from the facet surface into the detector without a polarization filter can be determined. By comparing the intensities of the laser light, once with reflection on the facet surface with a polarization filter and once without a polarization filter, conclusions can be drawn about the nature of the object reflecting the laser light from the lidar device. In particular, polarization analysis can be used to determine and correct crosstalk effects caused by highly reflective objects. By forming the polarization filter on the facet surface of the facet wheel, a passive analysis element for polarization analysis of the incoming laser light can be realized, which can be switched passively between two polarization states. The analysis element is provided by the facet surfaces of the facet wheel positioned in the beam path of the incoming laser light. By rotating the facet wheel, facet surfaces without a polarization filter and the at least one facet surface with a polarization filter can be positioned one after the other in the beam path of the incoming laser light. The analysis element can thus be connected between an analysis state in which the facet surface with a polarization filter is arranged in the beam path of the incoming laser light, and a state without analysis, in which a facet surface without a polarization filter is arranged in the beam path of the incoming laser light. The connection of the analysis element between The two states mentioned are caused by the rotation of the facet wheel, so that a passive connection of the analysis element is possible. This leads to a robust and technically simple design of the polarization analysis.

Das Facettenrad kann im Sinne der Erfindung als ein Polygonspiegel mit mehreren Spiegelflächen ausgebildet sein.For the purposes of the invention, the facet wheel can be designed as a polygonal mirror with several mirror surfaces.

Nach einer Ausführungsform ist an wenigstens zwei weiteren Facettenflächen jeweils ein weiteres Polarisationsfilter zur Polarisation von Laserlicht in eine von der Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters unterschiedliche weitere Polarisationsrichtung ausgebildet, wobei die zwei weiteren Facettenflächen aneinander angrenzend angeordnet sind, und wobei der Polarisator durch die im Strahlengang des ausgehenden Laserlichts positionierten Facettenflächen mit Polarisationsfilter und/oder weiteren Facettenflächen mit weiteren Polarisationsfiltern gebildet ist.According to one embodiment, a further polarization filter for polarizing laser light in a further polarization direction different from the polarization direction of the polarization filter is formed on at least two further facet surfaces, the two further facet surfaces being arranged adjacent to one another, and the polarizer being in the beam path of the outgoing laser light positioned facet surfaces with polarization filters and/or further facet surfaces with further polarization filters.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass der Polarisator zum Polarisieren des Laserlichts der Laserquelle ebenfalls als ein passiv steuerbares Element ausgebildet werden kann. Durch die Rotation des Facettenrads können zeitlich nacheinander die Facettenfläche mit Polarisationsfilter und die weiteren Facettenflächen mit weiterem Polarisationsfilter im Strahlengang des ausgehenden Laserlichts positioniert werden. Durch die unterschiedlichen Polarisationsrichtungen der verschiedenen Polarisationsfilter kann der Polarisator somit zwischen zwei Polarisationsrichtungen passiv verschaltet werden, in denen eine Polarisation des ausgehenden Laserlichts in zwei verschiedene Polarisationsrichtungen bewirkt wird. Gleichzeitig kann durch die zeitlich nacheinanderfolgende Positionierung der verschiedenen Facettenflächen mit den unterschiedlichen Polarisationsfiltern im Strahlengang des eingehenden Laserlichts wieder eine passiv verschaltbare Polarisationsanalyse erreicht werden, in der das eingehende Laserlicht bezüglich der zwei verschiedenen Polarisationsrichtungen der verschiedenen Polarisationsfilter analysiert werden kann. Dies ermöglicht wiederum eine robuste und technisch einfach ausgestaltete Polarisationsanalyse.In this way, the technical advantage can be achieved that the polarizer for polarizing the laser light from the laser source can also be designed as a passively controllable element. By rotating the facet wheel, the facet surface with polarization filter and the other facet surfaces with further polarization filter can be positioned one after the other in the beam path of the outgoing laser light. Due to the different polarization directions of the different polarization filters, the polarizer can thus be passively connected between two polarization directions, in which a polarization of the outgoing laser light is effected in two different polarization directions. At the same time, by sequentially positioning the different facet surfaces with the different polarization filters in the beam path of the incoming laser light, a passively interconnectable polarization analysis can be achieved again, in which the incoming laser light can be analyzed with respect to the two different polarization directions of the different polarization filters. This in turn enables a robust and technically simple polarization analysis.

Nach einer Ausführungsform weist das Facettenrad eine polygonale Form mit wenigstens vier Facettenflächen auf, wobei das Facettenrad wenigstens zwei Facettenflächen mit Polarisationsfiltern und wenigstens zwei weitere Facettenflächen mit weiteren Polarisationsfiltern aufweist, und wobei die Facettenflächen und die weiteren Facettenflächen jeweils aneinander angrenzend angeordnet sind.According to one embodiment, the facet wheel has a polygonal shape with at least four facet surfaces, the facet wheel having at least two facet surfaces with polarization filters and at least two further facet surfaces with further polarization filters, and wherein the facet surfaces and the further facet surfaces are each arranged adjacent to one another.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine weitere Präzisierung der Polarisationsanalyse erreicht werden kann, indem vier verschiedene Polarisationskombinationen durch Anordnung der Facettenflächen mit Polarisationsfilter bzw. weiteren Facettenflächen mit weiteren Polarisationsfiltern in den Strahlengängen des ausgehenden bzw. eingehenden Laserlichts durch Rotation des Facettenrads erreicht werden können.In this way, the technical advantage can be achieved that a further precision of the polarization analysis can be achieved by achieving four different polarization combinations by arranging the facet surfaces with polarization filters or further facet surfaces with further polarization filters in the beam paths of the outgoing or incoming laser light by rotating the facet wheel can.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Facettenrad ferner wenigstens eine Facettenfläche ohne Polarisationsfilter.According to one embodiment, the facet wheel further comprises at least one facet surface without a polarization filter.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die Aufnahme der Facettenfläche ohne Polarisationsfilter die Strahlungsleistung der Lidar-Vorrichtung und damit verbunden die Reichweite der Lidar-Vorrichtung erhöht werden kann.In this way, the technical advantage can be achieved that by recording the facet surface without a polarization filter, the radiation power of the lidar device and the associated range of the lidar device can be increased.

Nach einer Ausführungsform ist der Polarisator in die Laserquelle integriert.According to one embodiment, the polarizer is integrated into the laser source.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine kompakte und raumsparende Lidar-Vorrichtung ermöglicht ist.In this way, the technical advantage can be achieved that a compact and space-saving lidar device is possible.

Nach einer Ausführungsform ist die Laserquelle als ein Kantenemitter ausgebildet.According to one embodiment, the laser source is designed as an edge emitter.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine leistungsstarke Laserquelle mit integriertem Polarisator bereitgestellt werden kann. Das bereitgestellte Laserlicht des Kantenemitters hat erfindungsgemäß eine Polarisationsvorzugsrichtung. Auf einen zusätzlichen Polarisator kann somit verzichtet werden.In this way, the technical advantage can be achieved that a powerful laser source with an integrated polarizer can be provided. According to the invention, the laser light provided by the edge emitter has a preferred polarization direction. An additional polarizer can therefore be dispensed with.

Nach einer Ausführungsform weisen die Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters und die weitere Polarisationsrichtung des weiteren Polarisationsfilters einen rechten Winkel zueinander auf.According to one embodiment, the polarization direction of the polarization filter and the further polarization direction of the further polarization filter have a right angle to one another.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Polarisationsanalyse ermöglicht ist. Stark reflektierende Objekte wie beispielsweise Retro-Reflektorelemente in Verkehrsschildern führen bei Reflexion des Laserlichts zu einer Drehung der Polarisationsrichtung des polarisierten Laserlichts um 90 Grad. Durch die Ausrichtung der beiden Polarisationsrichtungen der zwei verschiedenen Arten von Polarisationsfiltern im rechten Winkel zueinander kann somit eine präzise Polarisationsanalyse insbesondere in Bezug auf von Retro-Reflektorelementen reflektierten Laserlichts erreicht werden. Da derartige Retro-Reflektorelemente aufgrund ihrer starken Reflexionsfähigkeit eine Hauptursache für Crosstalk-Effekte sind, können durch die Polarisationsanalyse durch Verwendung der zwei verschiedenen Arten von Polarisationsfiltern von Retro-Reflektorelementen ausgelöste Crosstalk-Effekte präzise detektiert und somit anschließend korrigiert werden.In this way, the technical advantage can be achieved that a precise polarization analysis is possible. Highly reflective objects such as retro reflector elements in traffic signs cause the polarization direction of the polarized laser light to rotate by 90 degrees when the laser light is reflected. By aligning the two polarization directions of the two different types of polarization filters at right angles to one another, a precise polarization analysis can be achieved, particularly with regard to laser light reflected by retro-reflector elements. Since such retro-reflector elements are a main cause of crosstalk effects due to their strong reflectivity, crosstalk effects triggered by retro-reflector elements can be precisely detected and thus subsequently corrected by polarization analysis using the two different types of polarization filters of retro-reflector elements.

Nach einer Ausführungsform weist das Facettenrad eine dritte Facettenfläche auf, wobei an der dritten Facettenfläche ein drittes Polarisationsfilter zur Polarisation von Laserlicht in eine dritte Polarisationsrichtung ausgebildet ist, und wobei die dritte Polarisationsrichtung einen Winkel von 45 Grad zu der Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters und zur weiteren Polarisationsrichtung des weiteren Polarisationsfilters aufweist.According to one embodiment, the facet wheel has a third facet surface, wherein a third polarization filter for polarizing laser light in a third polarization direction is formed on the third facet surface, and wherein the third polarization direction forms an angle of 45 degrees to the polarization direction of the polarization filter and to the further polarization direction of the further polarization filter.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch den zusätzlichen Polarisationsfilter neben den Retro-Reflektorelementen weitere Materialtypen der reflektierenden Objekte ermittelt werden können.In this way, the technical advantage can be achieved that additional material types of the reflective objects can be determined in addition to the retro-reflector elements using the additional polarization filter.

Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung nach einer der voranstehenden Ausführungsformen bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

  • Polarisieren des ausgehenden Laserlichts der Laserquelle mit dem Polarisator und Positionieren einer Facettenfläche mit Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts in einem ersten Mess-Frame;
  • Drehen des Facettenrads und Positionieren einer weiteren Facettenfläche mit weiterem Polarisationsfilter oder einer Facettenfläche ohne Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts in einem zweiten Mess-Frame; Vergleichen einer Intensität des im ersten Mess-Frame detektierten Laserlichts und einer Intensität des im zweiten Mess-Frame detektierten Laserlichts; und Ermitteln eines Objekts basierend auf dem in den ersten und zweiten Mess-Frames detektierten Laserlichts, falls die Intensität des im ersten Mess-Frame detektierten Laserlichts gleich der Intensität des im zweiten Mess-Frame detektierten Laserlichts ist; oder
  • Identifizieren der gemessenen Intensität als ein Crosstalk-Effekt, falls die Intensität des im ersten Mess-Frame detektierten Laserlichts unterschiedlich zu der Intensität des im zweiten Mess-Frame detektierten Laserlichts ist.
According to a further aspect, a method for operating a lidar device according to one of the preceding embodiments is provided, the method comprising:
  • Polarizing the outgoing laser light from the laser source with the polarizer and positioning a facet surface with a polarization filter in the beam path of the incoming laser light in a first measurement frame;
  • Rotating the facet wheel and positioning a further facet surface with a further polarization filter or a facet surface without a polarization filter in the beam path of the incoming laser light in a second measurement frame; comparing an intensity of the laser light detected in the first measurement frame and an intensity of the laser light detected in the second measurement frame; and determining an object based on the laser light detected in the first and second measurement frames if the intensity of the laser light detected in the first measurement frame is equal to the intensity of the laser light detected in the second measurement frame; or
  • Identifying the measured intensity as a crosstalk effect if the intensity of the laser light detected in the first measurement frame is different from the intensity of the laser light detected in the second measurement frame.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung bereitgestellt werden kann, mittels dem Crosstalk-Effekte identifiziert werden können. Durch die Polarisationsanalyse des passiv betriebenen Analyseelements können eine präzise Analyse der Polarisationsrichtung des von den jeweiligen Objekten reflektierten Laserlichts bewirkt und hierdurch die entsprechenden Crosstalk-Effekte detektiert werden. Das passive Verschalten des Analyseelements zwischen den zwei Polarisationszuständen durch Drehen des Facettenrads ermöglicht eine robuste und zuverlässige Polarisationsanalyse.In this way, the technical advantage can be achieved that an improved method for operating a lidar device can be provided, by means of which crosstalk effects can be identified. Through the polarization analysis of the passively operated analysis element, a precise analysis of the polarization direction of the laser light reflected by the respective objects can be effected and the corresponding crosstalk effects can thereby be detected. Passively connecting the analysis element between the two polarization states by rotating the facet wheel enables robust and reliable polarization analysis.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Facettenrad wenigstens zwei Facettenflächen mit Polarisationsfiltern und wenigstens zwei weitere Facettenflächen mit weiteren Polarisationsfiltern, wobei das Polarisieren im ersten Mess-Frame umfasst:

  • Positionieren einer Facettenfläche mit Polarisationsfilter im Strahlengang des ausgehenden Laserlichts und Positionieren einer Facettenfläche mit Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts; wobei das Polarisieren im zweiten Mess-Frame umfasst:
    • Drehen des Facettenrads um die Drehachse und Positionieren einer weiteren Facettenfläche mit weiterem Polarisationsfilter im Strahlengang des ausgehenden Laserlichts und Positionieren einer Facettenfläche mit Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts; oder
    • Drehen des Facettenrads um die Drehachse und Positionieren einer Facettenfläche mit Polarisationsfilter im Strahlengang des ausgehenden Laserlichts und Positionieren einer weiteren Facettenfläche mit weiterem Polarisationsfilter oder einer Facettenfläche ohne Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts.
According to one embodiment, the facet wheel comprises at least two facet surfaces with polarization filters and at least two further facet surfaces with further polarization filters, the polarization in the first measurement frame comprising:
  • Positioning a facet surface with a polarization filter in the beam path of the outgoing laser light and positioning a facet surface with a polarization filter in the beam path of the incoming laser light; wherein polarizing in the second measurement frame includes:
    • Rotating the facet wheel about the axis of rotation and positioning a further facet surface with a further polarization filter in the beam path of the outgoing laser light and positioning a facet surface with a polarization filter in the beam path of the incoming laser light; or
    • Rotating the facet wheel around the axis of rotation and positioning a facet surface with a polarization filter in the beam path of the outgoing laser light and positioning another facet surface with it another polarization filter or a facet surface without a polarization filter in the beam path of the incoming laser light.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine weitere Präzisierung der Polarisationsanalyse ermöglicht ist.In this way, the technical advantage can be achieved that further precision of the polarization analysis is possible.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Lidar-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
  • 2 eine weitere schematische Darstellung einer Lidar-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 3 schematische Darstellungen einer Funktionsweise der Lidar-Vorrichtung;
  • 4 eine weitere schematische Darstellung einer Lidar-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 5 eine weitere schematische Darstellung einer Lidar-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 6 weitere schematische Darstellungen einer Funktionsweise der Lidar-Vorrichtung;
  • 7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Lidar-Vorrichtung.
Embodiments of the invention are explained using the following drawings. Shown in the drawings:
  • 1 a schematic representation of a lidar device according to an embodiment;
  • 2 a further schematic representation of a lidar device according to a further embodiment;
  • 3 schematic representations of how the lidar device works;
  • 4 a further schematic representation of a lidar device according to a further embodiment;
  • 5 a further schematic representation of a lidar device according to a further embodiment;
  • 6 further schematic representations of how the lidar device works;
  • 7 a flowchart of a method for operating the lidar device.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Lidar-Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. 1 shows a schematic representation of a lidar device 100 according to an embodiment.

In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Lidar-Vorrichtung 100 eine Laserquelle 101 zum Bereitstellen des ausgehenden Laserlichts 107, eine Detektoreinheit 103 zum Detektieren des von einem Objekt im Umfeld der Lidar-Vorrichtung 100 reflektierten eingehenden Laserlichts 109, eine Strahlablenkungseinheit 105, mittels der das ausgehende Laserlicht 107 in eine dafür vorgesehene Raumrichtung D abgelenkt werden und mittels der aus der genannten Raumrichtung D reflektiertes eingehendes Laserlicht 109 in die Detektoreinheit 103 abgelenkt werden kann. Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Auswerteeinheit 113, mittels der das über die Detektoreinheit 103 detektierte eingehende Laserlicht 109 analysiert werden kann. Die Lidar-Vorrichtung 100 umfasst ferner ein im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 zwischen der Strahlablenkungseinheit 105 und der Detektoreinheit 103 angeordnetes Spiegelelement 131, mittels dem das eingehende Laserlicht 109 von der Strahlablenkungseinheit 105 in die Detektoreinheit 103 geleitet werden kann. Ferner umfasst die Lidar-Vorrichtung 100 ein Schutzglas 129, mittels dem eine Abgrenzung der genannten Komponenten der Lidar-Vorrichtung 100 zu einem Umfeld der Lidar-Vorrichtung 100 ermöglicht ist. Die Lidar-Vorrichtung 100 kann ferner weitere Komponenten, wie beispielsweise ein Gehäuse, umfassen, die aus Übersichtlichkeitsgründen in den gezeigten Figuren jedoch nicht dargestellt sind.In the embodiment shown, the lidar device 100 comprises a laser source 101 for providing the outgoing laser light 107, a detector unit 103 for detecting the incoming laser light 109 reflected by an object in the vicinity of the lidar device 100, a beam deflection unit 105 by means of which the outgoing laser light 107 can be deflected in a designated spatial direction D and by means of the incoming laser light 109 reflected from said spatial direction D can be deflected into the detector unit 103. The device 100 further comprises an evaluation unit 113, by means of which the incoming laser light 109 detected via the detector unit 103 can be analyzed. The lidar device 100 further comprises a mirror element 131 arranged in the beam path 110 of the incoming laser light 109 between the beam deflection unit 105 and the detector unit 103, by means of which the incoming laser light 109 can be guided from the beam deflection unit 105 into the detector unit 103. Furthermore, the lidar device 100 includes a protective glass 129, by means of which a delimitation of the mentioned components of the lidar device 100 from an environment of the lidar device 100 is possible. The lidar device 100 may further comprise further components, such as a housing, which, however, are not shown in the figures shown for reasons of clarity.

In der gezeigten Ausführungsform ist die Strahlablenkungseinheit 105 als ein um eine Drehachse 115 drehbares Facettenrad 117 mit einer Mehrzahl verschiedener Facettenflächen 119 ausgebildet. Die Facettenflächen 119 sind eingerichtet, das ausgehende Laserlicht 107 wie auch das eingehende Laserlicht 109 zu reflektieren. Über eine Drehung des Facettenrads 117 um die Drehachse 115 kann eine Orientierung des Strahlengangs 108 des ausgehenden Laserlichts 107 zur jeweiligen Facettenfläche 119 verändert werden und somit das ausgehende Laserlicht 107 in veränderliche Raumrichtungen D von der jeweiligen Facettenfläche 119 reflektiert werden. Dies gilt analog für die im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 positionierte Facettenfläche 119 des Facettenrads 117, die durch Drehung des Facettenrads 117 in ihrer Orientierung zum Strahlengang 110 veränderlich positioniert werden kann, sodass eingehendes Laserlicht 109 aus verschiedenen Raumrichtungen D zu der Detektoreinheit 103 abgelenkt und somit detektiert werden kann. Über die Drehung des Facettenrads 117 ist somit ein Scanvorgang des Umfelds der Lidar-Vorrichtung 100 in verschiedene Raumrichtungen D ermöglicht.In the embodiment shown, the beam deflection unit 105 is designed as a facet wheel 117 that can be rotated about an axis of rotation 115 and has a plurality of different facet surfaces 119. The facet surfaces 119 are set up to reflect the outgoing laser light 107 as well as the incoming laser light 109. By rotating the facet wheel 117 about the axis of rotation 115, an orientation of the beam path 108 of the outgoing laser light 107 to the respective facet surface 119 can be changed and thus the outgoing laser light 107 can be reflected in variable spatial directions D from the respective facet surface 119. This applies analogously to the facet surface 119 of the facet wheel 117 positioned in the beam path 110 of the incoming laser light 109, which can be variably positioned in its orientation to the beam path 110 by rotating the facet wheel 117, so that incoming laser light 109 is deflected from different spatial directions D to the detector unit 103 and can therefore be detected. The rotation of the facet wheel 117 thus enables a scanning process of the surroundings of the lidar device 100 in different spatial directions D.

In der gezeigten Ausführungsform ist das Facettenrad 117 zwischen der Laserquelle 101 und der Detektoreinheit 103 angeordnet, sodass das ausgehende Laserlicht 107 und das eingehende Laserlicht 109 von zwei verschiedenen Facettenflächen 119 des Facettenrads 117 reflektiert werden.In the embodiment shown, the facet wheel 117 is arranged between the laser source 101 and the detector unit 103, so that the outgoing laser light 107 and the incoming laser light 109 are reflected by two different facet surfaces 119 of the facet wheel 117.

In der gezeigten Ausführungsform ist das Facettenrad 117 quadratisch ausgebildet und weist vier jeweils paarweise einander gegenüberliegend angeordnete Facettenflächen 119 auf.In the embodiment shown, the facet wheel 117 is square and has four facet surfaces 119 arranged in pairs opposite one another.

In der gezeigten Ausführungsform sind an den vier Facettenflächen 119 jeweils Polarisationsfilter 123, 127 ausgebildet. Über die Polarisationsfilter 123, 127 ist eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 ermöglicht. Hierzu weist das Facettenrad 117 zwei Facettenflächen 121 mit Polarisationsfiltern 123 und zwei weitere Facettenflächen 125 mit weiteren Polarisationsfiltern 127 auf. Die Polarisationsfilter 123 weisen eine Polarisationsrichtung V auf, während die weiteren Polarisationsfilter 127 eine Polarisationsrichtung H aufweisen. Die beiden Polarisationsrichtungen V, H sind erfindungsgemäß unterschiedlich und weisen gemäß einer Ausführungsform eine um 90 Grad verschiedene Ausrichtung zueinander auf.In the embodiment shown, polarization filters 123, 127 are formed on the four facet surfaces 119. A polarization analysis of the incoming laser light 109 is possible via the polarization filters 123, 127. For this purpose, the facet wheel 117 has two facet surfaces 121 with polarization filters 123 and two further facet surfaces 125 with further polarization filters 127. The polarization filters 123 have a polarization direction V, while the further polarization filters 127 have a polarization direction H. The two polarization directions V, H are different according to the invention and, according to one embodiment, have an orientation that is 90 degrees different from one another.

Erfindungsgemäß weist die Lidar-Vorrichtung 100 einen Polarisator 111 zum Polarisieren des ausgehenden Laserlichts 107 der Laserquelle 101 auf. In der gezeigten Ausführungsform ist der Polarisator 111 durch die im Strahlengang 108 des ausgehenden Laserlichts 107 positionierbaren Facettenflächen 121 mit Polarisationsfilter 123 bzw. weiteren Facettenflächen 125 mit weiterem Polarisationsfilter 127 gegeben. Durch eine Drehung des Facettenrads 117 um die Drehachse 115 lassen sich Facettenflächen 121 mit Polarisationsfiltern 123 und weitere Facettenflächen 125 mit weiteren Polarisationsfiltern 127 im Strahlengang 108 des ausgehenden Laserlichts 107 positionieren. Hierdurch lässt sich das ausgehende Laserlicht 107 abwechselnd gemäß der Polarisationsrichtung V bzw. der Polarisationsrichtung H der verschiedenen Polarisationsfilter 123, 127 polarisieren. Gleichzeitig lassen sich durch Drehung des Facettenrads 117 um die Drehachse 115 Facettenflächen 121 mit Polarisationsfiltern 123 und weitere Facettenflächen 125 mit weiteren Polarisationsfiltern 127 im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 positionieren. Hierüber ist somit eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 bezüglich der verschiedenen Polarisationsrichtungen V, H ermöglicht.According to the invention, the lidar device 100 has a polarizer 111 for polarizing the outgoing laser light 107 from the laser source 101. In the embodiment shown, the polarizer 111 is provided by the facet surfaces 121 with a polarization filter 123 or further facet surfaces 125 with a further polarization filter 127 that can be positioned in the beam path 108 of the outgoing laser light 107. By rotating the facet wheel 117 about the axis of rotation 115, facet surfaces 121 with polarization filters 123 and further facet surfaces 125 with further polarization filters 127 can be positioned in the beam path 108 of the outgoing laser light 107. This allows the outgoing laser light 107 to be polarized alternately according to the polarization direction V or the polarization direction H of the different polarization filters 123, 127. At the same time, by rotating the facet wheel 117 about the axis of rotation 115, facet surfaces 121 with polarization filters 123 and further facet surfaces 125 with further polarization filters 127 can be positioned in the beam path 110 of the incoming laser light 109. This enables a polarization analysis of the incoming laser light 109 with respect to the different polarization directions V, H.

In der gezeigten Ausführungsform sind jeweils die Facettenflächen 121 mit Polarisationsfilter 123 aneinander angrenzend angeordnet, während die weiteren Facettenflächen 125 mit weiterem Polarisationsfilter 127 ebenfalls aneinander angrenzend am Facettenrad 117 angeordnet sind.In the embodiment shown, the facet surfaces 121 with polarization filter 123 are arranged adjacent to one another, while the further facet surfaces 125 with further polarization filter 127 are also arranged adjacent to one another on the facet wheel 117.

Durch Drehungen des Facettenrads 117 um die Drehachse 115 um Vielfache von 90 Grad lassen sich somit verschiedene Polarisationskombinationen zwischen Polarisationsrichtung der Polarisation des ausgehenden Laserlichts 107 und Analyserichtung der Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 realisieren. In der gezeigten Stellung des Facettenrads 117 und der Positionierung der beiden Facettenflächen 121 mit Polarisationsfilter 123 sowohl im Strahlengang 108 des ausgehenden Laserlichts 107 als auch im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 erfolgt somit eine Polarisation des ausgehenden Laserlichts 107 in Polarisationsrichtung V und gleichzeitig eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 ebenfalls bezüglich der Polarisationsrichtung V. Bei Drehung des Facettenrads 117 um 90 Grad im Uhrzeigersinn erfolgt eine Polarisation des ausgehenden Laserlichts 107 in Polarisationsrichtung H und eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 bezüglich der Polarisationsrichtung V. Bei einer weiteren Drehung des Facettenrads 117 um 90 Grad im Uhrzeigersinn erfolgt eine Polarisation des ausgehenden Laserlichts 107 in Polarisationsrichtung H und eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 ebenfalls bezüglich der Polarisationsrichtung H. Bei einer weiteren Drehung des Facettenrads 117 um 90 Grad im Uhrzeigersinn erfolgt eine Polarisation des ausgehenden Laserlichts 107 in Polarisationsrichtung V und eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 bezüglich der Polarisationsrichtung H.By rotating the facet wheel 117 about the axis of rotation 115 by multiples of 90 degrees, various polarization combinations between the polarization direction of the polarization of the outgoing laser light 107 and the analysis direction of the polarization analysis of the incoming laser light 109 can be implemented. In the position of the facet wheel 117 shown and the positioning of the two facet surfaces 121 with polarization filter 123 both in the beam path 108 of the outgoing laser light 107 and in the beam path 110 of the incoming laser light 109, the outgoing laser light 107 is polarized in the polarization direction V and at the same time a polarization analysis of the incoming laser light 109 also with respect to the polarization direction V. When the facet wheel 117 is rotated 90 degrees clockwise, the outgoing laser light 107 is polarized in the polarization direction H and a polarization analysis of the incoming laser light 109 is carried out with respect to the polarization direction V. When the facet wheel 117 is rotated further by 90 Degrees clockwise, the outgoing laser light 107 is polarized in the polarization direction H and a polarization analysis of the incoming laser light 109 is also carried out with respect to the polarization direction H. When the facet wheel 117 is rotated further by 90 degrees in the clockwise direction, the outgoing laser light 107 is polarized in the polarization direction V and one Polarization analysis of the incoming laser light 109 with respect to the polarization direction H.

Durch Vergleich der Intensitäten des während dieser vier verschiedenen Stellungen des Facettenrads 117 durch die Detektoreinheit 103 detektierten eingehenden Laserlichts 109 durch die Auswerteeinheit 113 sind Rückschlüsse auf eine Beschaffenheit eines Objekts im Umfeld der Lidar-Vorrichtung 100 ermöglicht, die zur Reflexion des Laserlichts der Lidar-Vorrichtung 100 geführt hat. Insbesondere lassen sich verschiedene Komponenten der Müller-Matrix bezüglich der Reflexion eines reflektierenden Objekts berechnen und hierüber Aussagen bezüglich des Reflexionsvermögens bzw. der Materialbeschaffenheit des reflektierenden Objekts fällen. Hierüber können somit Materialeigenschaften des reflektierenden Objekts bestimmt werden. Darüber hinaus lassen sich Signale in Form von detektiertem eingehenden Laserlicht 109, die auf eine Positionierung eines reflektierenden schließen lassen, als Crosstalk-Effekt und damit verbunden als fehlerhafte Objektdetektionen identifizieren.By comparing the intensities of the incoming laser light 109 detected by the detector unit 103 during these four different positions of the facet wheel 117 by the evaluation unit 113, conclusions can be drawn about the nature of an object in the environment of the lidar device 100, which is used to reflect the laser light of the lidar device 100 led. In particular, various components of the Müller matrix can be calculated with regard to the reflection of a reflecting object and statements can be made regarding the reflectivity or the material properties of the reflecting object. This allows the material properties of the reflecting object to be determined. In addition, signals in the form of detected incoming laser light 109, which indicate the positioning of a reflective one, can be identified as a crosstalk effect and, associated with this, as incorrect object detections.

2 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Lidar-Vorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. 2 shows a further schematic representation of a lidar device 100 according to a further embodiment.

Die gezeigte Ausführungsform der Lidar-Vorrichtung 100 basiert auf der Ausführungsform der Lidar-Vorrichtung 100 in 1. Die in 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform in 1 lediglich durch das fehlende Spiegelelement 131. Die Funktionsweise der gezeigten Lidar-Vorrichtung 100 entspricht der Ausführungsform in 1. In den Graphiken a) und b) sind zwei verschiedene Stellungen des Facettenrads 117 relativ zu den Strahlengängen 108, 110 des ausgehenden bzw. eingehenden Laserlichts 107, 109 dargestellt. Durch die zwei verschiedenen Stellungen des Facettenrads 117 in den Graphiken a) und b) sind zwei der oben bereits beschriebenen Polarisationskombinationen bewirkt. In Graphik a) wird eine Polarisation des ausgehenden Laserlichts 107 in Polarisationsrichtung V und eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 in Bezug auf die Polarisationsrichtung V erreicht. In Graphik b) hingegen wird eine Polarisation des ausgehenden Laserlichts 107 in Polarisationsrichtung H und eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 in Bezug auf die Polarisationsrichtung V erreicht.The embodiment of the lidar device 100 shown is based on the embodiment of the lidar device 100 in 1 . In the 2 Embodiment shown differs from the embodiment in 1 only due to the missing mirror element 131. The functionality of the lidar device 100 shown corresponds to the embodiment in 1 . In the graphics a) and b) there are two different ones Positions of the facet wheel 117 relative to the beam paths 108, 110 of the outgoing and incoming laser light 107, 109 are shown. The two different positions of the facet wheel 117 in graphics a) and b) result in two of the polarization combinations already described above. In graphic a), a polarization of the outgoing laser light 107 in the polarization direction V and a polarization analysis of the incoming laser light 109 in relation to the polarization direction V are achieved. In graphic b), however, a polarization of the outgoing laser light 107 in the polarization direction H and a polarization analysis of the incoming laser light 109 in relation to the polarization direction V are achieved.

3 zeigt schematische Darstellungen einer Funktionsweise der Lidar-Vorrichtung 100. 3 shows schematic representations of how the lidar device 100 works.

3 zeigt eine graphische Darstellung des oben beschriebenen Messprinzips der erfindungsgemäßen Lidar-Vorrichtung 100, bei der vier verschiedene Polarisationskombinationen zwischen der Polarisation des ausgehenden Laserlichts 107 und der Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 durch Drehung des Facettenrads 117 um jeweils ein Vielfaches von 90 Grad bewirkt werden. In den Graphiken a) bis d) sind entsprechend vier verschiedene Mess-Frames der Lidar-Vorrichtung 100 dargestellt, die jeweils in unterschiedlichen Polarisationskombinationen aufgenommen wurden. Die Graphiken a) bis d) zeigen jeweils eine identische Umfeldsituation der Lidar-Vorrichtung 100. In der gezeigten Umfeldsituation ist ein Objekt 141 in Form eines Fußgängers dargestellt, der unterhalb eines Reflektorelements 137 in Form eines reflektierenden Verkehrsschilds angeordnet ist. Ferner sind in den Graphiken a bis d entlang einer y-Richtung verlaufende Laserliniensignale 135 der Lidar-Vorrichtung 100 dargestellt. Die Laserliniensignale 135 sind parallel entlang einer x-Richtung nebeneinander angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform ist die Lidar-Vorrichtung 100 als ein entsprechender Linienemitter ausgebildet und pro ausgesendetem Lasersignal wird eine der gezeigten Laserliniensignale 135 emittiert. Durch eine Drehung des Facettenrads 117 um die Drehachse 115 lassen sich die gezeigten verschiedenen Laserliniensignale 135 relativ zur gezeigten x-Achse beabstandet zueinander aussenden. 3 shows a graphic representation of the measuring principle of the lidar device 100 according to the invention described above, in which four different polarization combinations between the polarization of the outgoing laser light 107 and the polarization analysis of the incoming laser light 109 are effected by rotating the facet wheel 117 by a multiple of 90 degrees. Graphics a) to d) show four different measurement frames of the lidar device 100, each of which was recorded in different polarization combinations. Graphics a) to d) each show an identical environmental situation of the lidar device 100. In the environmental situation shown, an object 141 is shown in the form of a pedestrian, which is arranged below a reflector element 137 in the form of a reflective traffic sign. Furthermore, laser line signals 135 of the lidar device 100 running along a y-direction are shown in graphics a to d. The laser line signals 135 are arranged parallel to one another along an x-direction. In the embodiment shown, the lidar device 100 is designed as a corresponding line emitter and one of the laser line signals 135 shown is emitted per laser signal emitted. By rotating the facet wheel 117 about the axis of rotation 115, the different laser line signals 135 shown can be emitted at a distance from one another relative to the x-axis shown.

Ferner ist ein Effekt des Reflektorelements 137 dargestellt. Reflektorelemente 137 in Form von reflektierenden Verkehrsschildern, die als Retro-Reflektoren ausgebildet sind, führen aufgrund ihrer hohen Reflektivität zu Störeffekten in der Lidar-Messung. Zum einen führen die starken Reflexionen der Reflektorelemente 137 zu Sättigungen der Detektoren der entsprechen Lidar-Vorrichtung. Dies führt dazu, dass die Reflektorelemente 137 in der Lidar-Messung durch die jeweilige Lidar-Vorrichtung 100 aufgrund der Sättigung des jeweils verwendeten Detektors nicht wahrgenommen werden. Dies ist in den Graphiken a) bis d) durch die dargestellte Schraffur gekennzeichnet. Ferner führt die stärkere Reflektivität der Reflektorelemente 137 zu Crosstalk-Effekten. Diese führen zu Fehldetektionen von nicht-vorhandenen Objekten, in denen in den entsprechen Lidar-Messungen aufgrund der hohen Intensität der reflektierten Laserstrahlung Objekte detektiert werden, die im Umfeld der Lidar-Vorrichtung 100 gar nicht positioniert sind. Dies ist in den Graphiken a) bis d) durch den in y-Richtung oberhalb und unterhalb des Reflektorelements 137 dargestellten Balken gekennzeichnet, der die durch das Reflektorelement 137 hervorgerufene Crosstalk-Signale repräsentiert. In der gezeigten Umfeldsituation, in der das Objekt 141 in Form des Fußgängers unterhalb des Reflektorelements 137 angeordnet ist, wird das Objekt 141 durch den dominanten Crosstalk-Effekt 139 des Reflektorelements 137 nicht erkannt.Furthermore, an effect of the reflector element 137 is shown. Reflector elements 137 in the form of reflective traffic signs, which are designed as retro reflectors, lead to disruptive effects in the lidar measurement due to their high reflectivity. On the one hand, the strong reflections from the reflector elements 137 lead to saturation of the detectors of the corresponding lidar device. This leads to the reflector elements 137 not being perceived in the lidar measurement by the respective lidar device 100 due to the saturation of the detector used in each case. This is marked in graphics a) to d) by the hatching shown. Furthermore, the greater reflectivity of the reflector elements 137 leads to crosstalk effects. These lead to false detections of non-existent objects, in which objects are detected in the corresponding lidar measurements due to the high intensity of the reflected laser radiation, which are not positioned at all in the environment of the lidar device 100. This is marked in graphics a) to d) by the bar shown in the y direction above and below the reflector element 137, which represents the crosstalk signals caused by the reflector element 137. In the environmental situation shown, in which the object 141 in the form of the pedestrian is arranged below the reflector element 137, the object 141 is not recognized by the dominant crosstalk effect 139 of the reflector element 137.

Die vier Graphiken a) bis d) zeigen nun vier Mess-Frames, die von der gleichen Umfeldsituation aufgenommen worden sind. Diese vier Mess-Frames unterscheiden sich jeweils in der Polarisationskombination zwischen Polarisationsrichtung der Polarisation des ausgehenden Laserlichts 107 und Analyserichtung der Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109. In Graphik a) wird das ausgehende Laserlicht 107 in Polarisationsrichtung H polarisiert und das eingehende Laserlicht 109 in Bezug auf die Polarisationsrichtung H analysiert. Dieses ist durch die Buchstabenkombination HH in Graphik a) dargestellt.The four graphics a) to d) now show four measurement frames that were recorded from the same environmental situation. These four measurement frames each differ in the polarization combination between the polarization direction of the polarization of the outgoing laser light 107 and the analysis direction of the polarization analysis of the incoming laser light 109. In graphic a), the outgoing laser light 107 is polarized in the polarization direction H and the incoming laser light 109 in relation to the Polarization direction H analyzed. This is represented by the letter combination HH in graphic a).

In Graphik b) wird das ausgehende Laserlicht 107 in Polarisationsrichtung V polarisiert, während das eingehende Laserlicht 109 bezüglich der Polarisationsrichtung H analysiert wird.In graphic b), the outgoing laser light 107 is polarized in the polarization direction V, while the incoming laser light 109 is analyzed with respect to the polarization direction H.

In der Graphik c) wird das ausgehende Laserlicht 107 in Polarisationsrichtung V polarisiert, während das eingehende Laserlicht 109 bezüglich der Polarisationsrichtung V analysiert wird.In graphic c), the outgoing laser light 107 is polarized in the polarization direction V, while the incoming laser light 109 is analyzed with respect to the polarization direction V.

In Graphik d) wird ausgehende Laserlicht 107 in Polarisationsrichtung H polarisiert, während das eingehende Laserlicht 109 bezüglich der Polarisationsrichtung V analysiert wird.In graphic d), outgoing laser light 107 is polarized in the polarization direction H, while the incoming laser light 109 is analyzed with respect to the polarization direction V.

Die verschiedenen Polarisationskombinationen werden wie oben bereits beschrieben durch Drehung des Facettenrads 117 um die Drehachse 115 und die entsprechende Positionierung der Facettenflächen 121, 125 mit den jeweiligen Polarisationsfiltern 123, 127 in den Strahlengängen 108, 110 des ausgehenden bzw. eingehenden Laserlichts 107, 109 erreicht.The different polarization combinations are achieved as already described above by rotating the facet wheel 117 about the axis of rotation 115 and the corresponding positioning of the facet surfaces 121, 125 with the respective polarization filters 123, 127 in the beam paths 108, 110 of the outgoing and incoming laser light 107, 109.

In Graphik f) ist eine Positionierung des Facettenrads 117 dargestellt, die zur Polarisationskombination des in Graphik a) dargestellten Mess-Frames führt. Über Drehungen um ein Vielfaches von 90 Grad im Uhrzeigersinn können die weiteren Stellungen des Facettenrads 117 realisiert werden, die zu den Polarisationskombinationen der in den Graphiken b bis d dargestellten Mess-Frames führt.Graphic f) shows a positioning of the facet wheel 117, which leads to the polarization combination of the measurement frame shown in graphic a). The further positions of the facet wheel 117 can be realized by turning a multiple of 90 degrees clockwise, which leads to the polarization combinations of the measurement frames shown in graphics b to d.

Graphik e) zeigt ferner ein im Zuge der Polarisationsanalyse korrigiertes Messergebnis, in dem die Sättigung der Detektoreinheit 103 durch die starke Reflektivität des Reflektorelements 137 korrigiert und die Crosstalk-Effekte 139 des Reflektorelements 137 entfernt wurden. Durch die durchgeführte Korrektur kann somit das Reflektorelement 137 ohne Sättigung der Detektoreinheit 103 und das unter dem Reflektorelement 137 angeordnete Objekt 141 detektiert werden.Graphic e) also shows a measurement result corrected in the course of the polarization analysis, in which the saturation of the detector unit 103 was corrected by the strong reflectivity of the reflector element 137 and the crosstalk effects 139 of the reflector element 137 were removed. As a result of the correction carried out, the reflector element 137 can be detected without saturation of the detector unit 103 and the object 141 arranged under the reflector element 137.

Die Polarisationsanalyse umfasst hierbei den Vergleich der in den verschiedenen Mess-Frames zu den verschiedenen Polarisationskombinationen detektierten Intensitäten. Dies kann beispielsweise eine Addition bzw. Subtraktion der Intensitäten der verschiedenen Mess-Frames der verschiedenen Polarisationskombinationen umfassen. Die verschiedenen Kombinationen von Addition und Subtraktion der einzelnen Intensitäten der in den verschiedenen Mess-Frames detektierten Lasersignale können sich hierbei an den ersten Einträgen der Müller-Matrix orientieren. Es können für die folgenden vier Elemente der Müller-Matrix berechnet werden: m 00  entspricht HH + HV + VH + VV m 01  entspricht HH + HV VH VV m 10  entspricht HH HV + VH VV m 11  entspricht HH HV VH + VV

Figure DE102022208349A1_0001
The polarization analysis includes the comparison of the intensities detected in the different measurement frames to the different polarization combinations. This can include, for example, an addition or subtraction of the intensities of the different measurement frames of the different polarization combinations. The different combinations of addition and subtraction of the individual intensities of the laser signals detected in the different measurement frames can be based on the first entries of the Müller matrix. It can be calculated for the following four elements of the Müller matrix: m 00 corresponds to HH + HV + VH + VV m 01 corresponds to HH + HV VH VV m 10 corresponds to HH HV + VH VV m 11 corresponds to HH HV VH + VV
Figure DE102022208349A1_0001

Die genannten Polarisationskombinationen entsprechen den Polarisationskombinationen der gezeigten Mess-Frames der Graphiken a) bis e).The polarization combinations mentioned correspond to the polarization combinations of the measurement frames shown in graphics a) to e).

4 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Lidar-Vorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. 4 shows a further schematic representation of a lidar device 100 according to a further embodiment.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lidar-Vorrichtung 100. Die gezeigte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform in 1. Die gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform in 1 durch zwei jeweils in den Strahlengängen 108 des ausgehenden Laserlichts 107 und 110 des eingehenden Laserlichts 109 positionierte Reflektorelemente 137. Ferner unterscheidet sich die gezeigte Ausführungsform dadurch, dass das quadratische Facettenrad 117 lediglich eine Facettenfläche 121 mit Polarisationsfilter 123 umfasst. Die drei weiteren Facettenflächen 119 sind als Facettenflächen 133 ohne Polarisationsfilter ausgebildet. Die Facettenflächen 133 sind somit lediglich als Spiegelflächen ausgebildet und sind nicht in der Lage, eine Polarisation des reflektierenden Lichts zu bewirken. 4 shows another embodiment of the lidar device 100. The embodiment shown is based on the embodiment in 1 . The embodiment shown differs from the embodiment in 1 by two reflector elements 137 positioned in the beam paths 108 of the outgoing laser light 107 and 110 of the incoming laser light 109. Furthermore, the embodiment shown differs in that the square facet wheel 117 only includes a facet surface 121 with a polarization filter 123. The three further facet surfaces 119 are designed as facet surfaces 133 without a polarization filter. The facet surfaces 133 are therefore only designed as mirror surfaces and are not able to cause polarization of the reflected light.

Ferner unterscheidet sich die Ausführungsform von der Ausführungsform in 1 dadurch, dass der Polarisator 111 in der gezeigten Ausführungsform in die Laserquelle 101 integriert ist. Die Laserquelle 101 kann beispielsweise als ein Kantenemitter mit vorbestimmter Polarisationsrichtung des emittierten Laserlichts ausgebildet sein. Die vorbestimmte Polarisationsrichtung des Kantenemitters entspricht hierbei der Polarisationsrichtung V des Polarisationsfilters 123 der Facettenfläche 121 des Facettenrads 117.Furthermore, the embodiment differs from the embodiment in 1 in that the polarizer 111 is integrated into the laser source 101 in the embodiment shown. The laser source 101 can be designed, for example, as an edge emitter with a predetermined polarization direction of the emitted laser light. The predetermined polarization direction of the edge emitter corresponds to the polarization direction V of the polarization filter 123 of the facet surface 121 of the facet wheel 117.

In den Graphiken a) bis d) sind verschiedene Positionen des Facettenrads 117 dargestellt, in denen unterschiedliche Facettenflächen 121, 133 des Facettenrads 117 in den Strahlengängen 108, 110 des ausgehenden bzw. eingehenden Laserlichts 107, 109 positioniert sind.Graphics a) to d) show different positions of the facet wheel 117, in which different facet surfaces 121, 133 of the facet wheel 117 are positioned in the beam paths 108, 110 of the outgoing and incoming laser light 107, 109.

In der gezeigten Ausführungsform bleibt die Polarisationsrichtung V des ausgehenden Laserlichts 107 während der Drehung des Facettenrads 117 unverändert. Bei Reflexion des ausgehenden Laserlichts 107 einer Facettenfläche 133 ohne Polarisationsfilter bleibt die Polarisationsrichtung V des Laserlichts der Laserquelle 101 unverändert. Gleiches gilt für eine Reflexion des ausgehenden Laserlichts 107 an der Facettenfläche 121 mit Polarisationsfilter 123 und der passenden Polarisationsrichtung V des Laserlichts der Laserquelle 101 zur Polarisationsrichtung V des Polarisationsfilters 123 wird das vollständige ausgehende Laserlicht 107 an der Facettenfläche 121 reflektiert.In the embodiment shown, the polarization direction V of the outgoing laser light 107 remains unchanged during the rotation of the facet wheel 117. When the outgoing laser light 107 is reflected from a facet surface 133 without a polarization filter, the polarization direction V of the laser light from the laser source 101 remains unchanged. The same applies to a reflection of the outgoing laser light 107 on the facet surface 121 with polarization filter 123 and the matching polarization direction V of the laser light of the laser source 101 to the polarization direction V of the polarization filter 123, the complete outgoing laser light 107 is reflected on the facet surface 121.

Durch Drehung des Facettenrads 117 werden in dem Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 entweder die Facettenfläche 121 mit Polarisationsfilter 123 oder die Facettenflächen 133 ohne Polarisationsfilter positioniert. In den verschiedenen Mess-Frames erfolgt somit die Detektion einer Intensität des Laserlichts mit Polarisationsrichtung V bzw. die Detektion eines Laserlichts ohne durchgeführter Polarisationsanalyse. Ohne Polarisationsanalyse wird somit durch die Detektoreinheit 103 Intensität für beliebige Polarisationsrichtungen und insbesondere von unpolarisiertem Laserlicht detektiert. Durch den Vergleich des für die verschiedenen Intensitäten der in den verschiedenen Mess-Frames detektierten Laserlichts lässt sich ein Rückschluss auf die Beschaffenheit des jeweils das Laserlicht reflektierenden Objekts machen.By rotating the facet wheel 117, either the facet surface 121 with polarization filter 123 or the facet surfaces 133 without polarization filter are positioned in the beam path 110 of the incoming laser light 109. In the various measurement frames, an intensity of the laser light with polarization direction V is detected or a laser light is detected without polarization analysis being carried out. Without polarization analysis, the detector unit 103 detects intensity for any polarization directions and in particular of unpolarized laser light. By comparing the laser light detected for the different intensities of the different measurement frames, a conclusion can be drawn about the nature of the object reflecting the laser light.

In den unten angeführten Tabellen sind für verschieden beschaffene reflektierende Objekte die gemäß den in den Graphiken a) bis d) Stellungen des Facettenrads 117 detektierte Intensitäten dargestellt. In Tabelle 1 sind Intensitäten für einen Retro-Reflektor, in Tabelle 2 für einen Reflektor mit metallischer Oberfläche und in Tabelle 3 für einen unmetallischen Reflektor angeführt.The tables below show the intensities detected for different types of reflective objects according to the positions of the facet wheel 117 in graphics a) to d). Intensities are given in Table 1 for a retro reflector, in Table 2 for a reflector with a metallic surface and in Table 3 for a non-metallic reflector.

Die Tabellen berücksichtigen die Polarisationskonfigurationen der Graphiken a) bis d), in denen die Polarisationsrichtung V des Laserlichts der Laserquelle 101 der Polarisationsrichtung V des Polarisationsfilters 123 entspricht.The tables take into account the polarization configurations of graphics a) to d), in which the polarization direction V of the laser light from the laser source 101 corresponds to the polarization direction V of the polarization filter 123.

Für einen Retro-Reflektor erfolgt eine Drehung der Polarisationsrichtung des reflektierten Laserlichts um 90 Grad. Der Konfiguration der 4 folgend weist bei einer Reflexion an einem Retro-Reflektor das eingehende Laserlicht 109 nicht mehr die Polarisationsrichtung V des ausgehenden Laserlichts 107 auf. Für die Stellungen des Facettenrads 117 der Graphiken a), c) und d), in denen jeweils eine Facettenfläche 133 ohne Polarisationsfilter im Strahlengang des eingehenden Laserlichts 109 positioniert ist und somit keine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts 109 erfolgt, werden 100 Prozent des ausgehenden Laserlichts 107 detektiert. Für eine Stellung des Facettenrads 117 in Graphik b), in der die Facettenfläche 121 mit Polarisationsfilter 123 im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 positioniert ist, wird hingegen keine Intensität durch den Detektor 103 detektiert. Da die Polarisationsrichtung V des Polarisationsfilters 123 der Polarisationsrichtung V des ausgehenden Laserlichts 107 entspricht und da bei Reflexion des Laserlichts an dem Retro-Reflektor eine Drehung der Polarisationsrichtung um 90 Grad erfolgt, weist das eingehende Laserlicht 109 eine um 90 Grad verdrehte Polarisationsrichtung gegenüber der Polarisationsrichtung V des Polarisationsfilters 123 auf. Bei Auftreffen des eingehenden Laserlichts 109 auf den Polarisationsfilter 123, wird somit die volle Intensität des eingehenden Laserlichts 109 absorbiert bzw. transmittiert und somit kein Laserlicht in die Detektoreinheit 103 reflektiert.For a retro reflector, the polarization direction of the reflected laser light is rotated by 90 degrees. The configuration of the 4 Subsequently, when reflected on a retro reflector, the incoming laser light 109 no longer has the polarization direction V of the outgoing laser light 107. For the positions of the facet wheel 117 in graphics a), c) and d), in which a facet surface 133 without a polarization filter is positioned in the beam path of the incoming laser light 109 and thus no polarization analysis of the incoming laser light 109 takes place, 100 percent of the outgoing laser light 107 detected. However, for a position of the facet wheel 117 in graphic b), in which the facet surface 121 with polarization filter 123 is positioned in the beam path 110 of the incoming laser light 109, no intensity is detected by the detector 103. Since the polarization direction V of the polarization filter 123 corresponds to the polarization direction V of the outgoing laser light 107 and since the polarization direction is rotated by 90 degrees when the laser light is reflected at the retro reflector, the incoming laser light 109 has a polarization direction rotated by 90 degrees compared to the polarization direction V of the polarization filter 123. When the incoming laser light 109 hits the polarization filter 123, the full intensity of the incoming laser light 109 is absorbed or transmitted and thus no laser light is reflected into the detector unit 103.

Bei einer Reflexion des Laserlichts an einer metallischen Oberfläche bleibt hingegen die Polarisationsrichtung V des Laserlichts erhalten, sodass das eingehende Laserlicht 109 weiterhin die Polarisationsrichtung V des ausgehenden Laserlichts 107 aufweist. Da die Polarisationsrichtung V des eingehenden Laserlichts 109 somit der Polarisationsrichtung V des Polarisationsfilters 123 entspricht, werden für alle Stellungen des Facettenrads 117 der Graphiken a) bis d) 100 Prozent des eingehenden Laserlichts 109 durch die Facettenflächen 121 bzw. 133 in die Detektoreinheit 103 reflektiert.When the laser light is reflected on a metallic surface, however, the polarization direction V of the laser light is retained, so that the incoming laser light 109 continues to have the polarization direction V of the outgoing laser light 107. Since the polarization direction V of the incoming laser light 109 thus corresponds to the polarization direction V of the polarization filter 123, for all positions of the facet wheel 117 in graphics a) to d), 100 percent of the incoming laser light 109 is reflected through the facet surfaces 121 and 133 into the detector unit 103.

Bei einer Reflexion des Laserlichts an einer nicht-metallischen Oberfläche bleibt die Polarisationsrichtung V des ausgehenden Laserlichts 107 hingegen und das eingehende Laserlicht 109 ist unpolarisiert ohne Polarisationsvorzugsrichtung. In den Stellungen des Facettenrads 117 der Graphiken a), c) und d), in denen das eingehende Laserlicht 109 an den Facettenflächen 133 ohne Polarisationsfilter in die Detektoreinheit 103 reflektiert wird, wird weiterhin 100% des eingehenden Laserlichts 109 in die Detektoreinheit 103 reflektiert. In der Stellung des Facettenrads 117 der Graphik b) wird durch den Polarisationsfilter 123 hingegen 50% des eingehenden Laserlichts 109 herausgefiltert und nur 50% werden in die Detektoreinheit 103 reflektiert.However, when the laser light is reflected on a non-metallic surface, the polarization direction V of the outgoing laser light 107 remains and the incoming laser light 109 is unpolarized without a preferred polarization direction. In the positions of the facet wheel 117 in graphics a), c) and d), in which the incoming laser light 109 is reflected into the detector unit 103 on the facet surfaces 133 without a polarization filter, 100% of the incoming laser light 109 is still reflected into the detector unit 103. In the position of the facet wheel 117 in graphic b), however, 50% of the incoming laser light 109 is filtered out by the polarization filter 123 and only 50% is reflected into the detector unit 103.

Durch die Polarisationsanalyse lassen sich somit Rückschlüsse auf die Oberflächenbeschaffenheit des reflektierenden Objekts treffen und hierdurch die oben beschriebenen Korrekturmaßnahmen der detektierten Intensitäten des eingehenden Laserlichts 109 ausführen. Tabelle 1 Oberfläche mit 90° Rotation (e.g. Retro-Reflektor) Stellung des Facettenrads Polarisation des ausgehenden Laserlichts Senden Reflektion @ Target Polarisation des eingehenden Laserlichts Detektierte Intensität in Bezug auf das eingehende Laserlicht ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↺ 0° pol, = 100% ↔ 0° pol, = 100% ↔ 0° pol, = 100% 90° ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↺ 0° pol, 100% ↔ 0° pol, = 100% ↕ 90° pol, → 0% 180° ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↺ 0° pol, 100% ↔ 0° pol, = 100% ↔ 0° pol, = 100% 270° ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↺ 0° pol, 100% ↔ 0° pol, = 100% ↔ 0° pol, = 100% Tabelle 2 Metallische Oberfläche mit Reflexion bei Erhaltung der Polarisierungsrichtung Stellung des Facettenrads Polarisation des ausgehenden Laserlichts Senden Reflektion @ Target Polarisation des eingehenden Laserlichts Detektierte Intensität in Bezug auf das eingehende Laserlicht ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↕ 90° pol. = 100% ↕ 90° pol. = 100% ↕ 90° pol, → 100% 90° ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↕ 90° pol. = 100% ↕ 90° pol. = 100% ↕ 90° pol, → 100% 180° ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↕ 90° pol. = 100% ↕ 90° pol. = 100% ↕ 90° pol, → 100% 270° ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↕ 90° pol. = 100% ↕ 90° pol. = 100% ↕ 90° pol, → 100% Tabelle 3 Keine metallische Oberfläche mit unpolarisierter Reflexion Stellung des Facettenrads Polarisation des ausgehenden Laserlichts Senden Reflektion @ Target Polarisation des eingehenden Laserlichts Detektierte Intensität in Bezug auf das eingehende Laserlicht ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↔ ↕ unpol. = 100% ↔ ↕ unpol. = 100% ↔ ↕ unpol., = 100% 90° ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↔ ↕ unpol. = 100% ↔ ↕ unpol. = 100% ↕ 90° pol, → 50% 180° ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↔ ↕ unpol. = 100% ↔ ↕ unpol. = 100% ↔ ↕ unpol., = 100% 270° ↕ 90° pol, 100% ↕ 90° pol, → 100% ↔ ↕ unpol. = 100% ↔ ↕ unpol. = 100% ↔ ↕ unpol., = 100% The polarization analysis can therefore be used to draw conclusions about the surface properties of the reflecting object and thereby carry out the corrective measures described above for the detected intensities of the incoming laser light 109. Table 1 Surface with 90° rotation (eg retro reflector) Position of the facet wheel Polarization of the outgoing laser light Send Reflection @ Target Polarization of incoming laser light Detected intensity relative to the incoming laser light ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↺ 0° pole, = 100% ↔ 0° pole, = 100% ↔ 0° pole, = 100% 90° ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↺ 0° pole, 100% ↔ 0° pole, = 100% ↕ 90° pole, → 0% 180° ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↺ 0° pole, 100% ↔ 0° pole, = 100% ↔ 0° pole, = 100% 270° ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↺ 0° pole, 100% ↔ 0° pole, = 100% ↔ 0° pole, = 100% Table 2 Metallic surface with reflection while maintaining the direction of polarization Position of the facet wheel Polarization of the outgoing laser light Send Reflection @ Target Polarization of incoming laser light Detected intensity relative to the incoming laser light ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↕ 90° pole. = 100% ↕ 90° pole. = 100% ↕ 90° pole, → 100% 90° ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↕ 90° pole. = 100% ↕ 90° pole. = 100% ↕ 90° pole, → 100% 180° ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↕ 90° pole. = 100% ↕ 90° pole. = 100% ↕ 90° pole, → 100% 270° ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↕ 90° pole. = 100% ↕ 90° pole. = 100% ↕ 90° pole, → 100% Table 3 No metallic surface with unpolarized reflection Position of the facet wheel Polarization of the outgoing laser light Send Reflection @ Target Polarization of incoming laser light Detected intensity relative to the incoming laser light ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↔ ↕ non-pol. = 100% ↔ ↕ non-pol. = 100% ↔ ↕ unpolar, = 100% 90° ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↔ ↕ non-pol. = 100% ↔ ↕ non-pol. = 100% ↕ 90° pole, → 50% 180° ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↔ ↕ non-pol. = 100% ↔ ↕ non-pol. = 100% ↔ ↕ unpolar, = 100% 270° ↕ 90° pole, 100% ↕ 90° pole, → 100% ↔ ↕ non-pol. = 100% ↔ ↕ non-pol. = 100% ↔ ↕ unpolar, = 100%

5 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Lidar-Vorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. 5 shows a further schematic representation of a lidar device 100 according to a further embodiment.

Die Ausführungsform in 5 basiert auf der Ausführungsform in 4 und weist alle dort beschriebenen Merkmale auf. Die gezeigte Ausführungsform unterscheidet lediglich darin zu der Ausführungsform in 4, dass das Facettenrad 117 zwei einander gegenüberliegende Facettenflächen 121 mit Polarisationsfilter 123 aufweist.The embodiment in 5 based on the embodiment in 4 and has all the features described there. The embodiment shown differs only in this from the embodiment in 4 that the facet wheel 117 has two opposing facet surfaces 121 with polarization filter 123.

Durch die Facettenflächen 133 ohne Polarisationsfilter der Ausführungsformen in 4 und 5 lässt sich die Leistung der Lidar-Vorrichtung 100 und damit verbunden die Reichweite der Lidar-Vorrichtung 100 gegenüber der Ausführungsform in 1 und 2 verbessern, da lediglich eine Polarisationsfilterung des ausgehenden bzw. eingehenden Laserlichts 107, 109 für einen bzw. zwei der vier gezeigten Mess-Frames ausgeführt wird. Die durch die Polarisationsfilterung der Polarisationsfilter bewirkten Intensitätsverluste des ausgehenden bzw. eingehenden Laserlichts 107, 109 kann somit reduziert werden.Through the facet surfaces 133 without polarization filters of the embodiments in 4 and 5 The performance of the lidar device 100 and the associated range of the lidar device 100 can be compared to the embodiment in 1 and 2 improve, since only polarization filtering of the outgoing or incoming laser light 107, 109 is carried out for one or two of the four measurement frames shown. The intensity losses of the outgoing or incoming laser light 107, 109 caused by the polarization filtering of the polarization filters can thus be reduced.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Facettenrad 117 eine von der gezeigten quadratischen Form abweichende polygonale Form aufweisen und eine Vielzahl von Facettenflächen umfassen. Die Facettenflächen können hierbei als Facettenflächen 121 mit Polarisationsfilter 123, als Facettenflächen 125 mit weiterem Polarisationsfilter 127 oder als Facettenflächen 133 ohne Polarisationsfilter ausgebildet sein.According to one embodiment, the facet wheel 117 may have a polygonal shape other than the square shape shown and include a plurality of facet surfaces. The facet surfaces can be designed as facet surfaces 121 with polarization filter 123, as facet surfaces 125 with another polarization filter 127 or as facet surfaces 133 without polarization filter.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Facettenrad 117 ferner eine dritte Facettenfläche mit einem dritten Polarisationsfilter umfassen. Der dritte Polarisationsfilter kann hierbei eine Polarisationsrichtung aufweisen, die zu den Polarisationsrichtungen V des Polarisationsfilters 123 und H des Polarisationsfilters 127 um 45 Grad verdreht ist. Durch die zusätzliche Polarisationsrichtung können weitere Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der Oberfläche des reflektierenden Objekts getätigt werden.According to one embodiment, the facet wheel 117 may further include a third facet surface with a third polarization filter. The third polarization filter can have a polarization direction that is rotated by 45 degrees to the polarization directions V of the polarization filter 123 and H of the polarization filter 127. The additional polarization direction allows further conclusions to be drawn about the nature of the surface of the reflecting object.

6 zeigt weitere schematische Darstellungen einer Funktionsweise der Lidar-Vorrichtung 100. 6 shows further schematic representations of how the lidar device 100 works.

Graphik b) zeigt die Umfeldsituation eines Mess-Frames der Graphiken a) bis d) in 3. Graphik b) soll hierbei repräsentativ für verschiedene Mess-Frames mit unterschiedlichen Polarisationskombinationen stehen.Graphic b) shows the surrounding situation of a measurement frame in graphics a) to d) in 3 . Graphic b) is intended to be representative of different measurement frames with different polarization combinations.

Graphik a) zeigt hingegen vier Intensitätswinkeldiagramme für die oben genannten ersten vier Komponenten der Müller-Matrix. Die Intensität der verschiedenen Einträge m00, m01, m10 und m11 der Müller-Matrix sind hierbei gegenüber einem Winkel Pol-Dif aufgetragen. Der Winkel Pol-Dif beschreibt hierbei einen Differenzwinkel zwischen der Polarisationsrichtung des ausgehenden Laserlichts 107 und der Polarisationsrichtung des zur Polarisationsanalyse im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 positionierten Polarisationsfilters 123, 127.Graphic a), on the other hand, shows four intensity angle diagrams for the first four components of the Müller matrix mentioned above. The intensity of the various entries m 00 , m 01 , m 10 and m 11 of the Müller matrix are plotted against a Pol-Dif angle. The angle Pol-Dif describes a difference angle between the polarization direction of the outgoing laser light 107 and the polarization direction of the polarization filter 123, 127 positioned for polarization analysis in the beam path 110 of the incoming laser light 109.

Die Graphiken zeigen Intensitätswerte in Abhängigkeit des Differenzwinkels Pol-Diff für verschiedene Objektmaterialien wie Asphalt 143, Holz 145, metallische Fahrzeuglackierung 147, nicht-metallische Fahrzeuglackierung 149, nicht-reflektives Verkehrsschild 151 und retro-reflektives Verkehrsschild 153. Durch die gezeigten Analysen können somit auf Basis des Laserliniensignals 135 der Graphik b) das Reflektorelement 137 als ein retro-reflektierendes Verkehrsschild 153 der Asphalt 143 der Straße erkannt werden. Das Objekt 141 ermöglicht hingegen keine Erkennung aufgrund der diffus reflektierenden Oberfläche 155.The graphics show intensity values depending on the difference angle Pol-Diff for various object materials such as asphalt 143, wood 145, metallic vehicle paint 147, non-metallic vehicle paint 149, non-reflective traffic sign 151 and retro-reflective traffic sign 153. The analyzes shown can therefore be used to Based on the laser line signal 135 of the graphic b), the reflector element 137 can be recognized as a retro-reflective traffic sign 153, the asphalt 143 of the road. The object 141, on the other hand, does not enable detection due to the diffusely reflecting surface 155.

7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Betreiben der Lidar-Vorrichtung 100. 7 shows a flowchart of a method 200 for operating the lidar device 100.

Erfindungsgemäß werden zunächst in einem Verfahrensschritt 201 in einem ersten Mess-Frame das ausgehende Laserlicht 107 der Laserquelle 101 mit dem Polarisator 111 polarisiert und eine Facettenfläche 121 mit Polarisationsfilter 123 im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 positioniert.According to the invention, in a method step 201, the outgoing laser light 107 of the laser source 101 is first polarized with the polarizer 111 in a first measurement frame and a facet surface 121 with a polarization filter 123 is positioned in the beam path 110 of the incoming laser light 109.

Gemäß der gezeigten Ausführungsform werden hierzu in einem Verfahrensschritt 211 eine Facettenfläche 121 mit Polarisationsfilter 123 im Strahlengang 108 des ausgehenden Laserlichts 107 positioniert und eine Facettenfläche 121 mit Polarisationsfilter 123 im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 positioniert.According to the embodiment shown, in a method step 211 a facet surface 121 with polarization filter 123 is positioned in the beam path 108 of the outgoing laser light 107 and a facet surface 121 with polarization filter 123 is positioned in the beam path 110 of the incoming laser light 109.

In einem weiteren Verfahrensschritt 203 wird durch Drehung des Facettenrads 117 eine weitere Facettenfläche 125 mit weiterem Polarisationsfilter 127 oder eine Facettenfläche 133 ohne Polarisationsfilter im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 positioniert.In a further method step 203, a further facet surface 125 with a further polarization filter 127 or a facet surface 133 without a polarization filter is positioned in the beam path 110 of the incoming laser light 109 by rotating the facet wheel 117.

Hierzu wird gemäß der gezeigten Ausführungsform in einem Verfahrensschritt 213 das Facettenrad 117 derart um die Drehachse 115 gedreht, dass eine weitere Facettenfläche 125 mit weiterem Polarisationsfilter 127 im Strahlengang 108 des ausgehenden Laserlichts 107 positioniert wird und eine Facettenfläche 121 mit Polarisationsfilter 123 im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 positioniert wird.For this purpose, according to the embodiment shown, in a method step 213, the facet wheel 117 is rotated about the axis of rotation 115 in such a way that a further facet surface 125 with a further polarization filter 127 is positioned in the beam path 108 of the outgoing laser light 107 and a facet surface 121 with a polarization filter 123 is positioned in the beam path 110 of the incoming one Laser light 109 is positioned.

Alternativ hierzu kann in einem Verfahrensschritt 215 durch Drehen des Facettenrads 117 eine Facettenfläche 121 mit Polarisationsfilter 123 im Strahlengang 108 des ausgehenden Laserlichts 107 positioniert werden und eine weitere Facettenfläche 125 mit weiterem Polarisationsfilter 127 oder eine Facettenfläche 133 ohne Polarisationsfilter im Strahlengang 110 des eingehenden Laserlichts 109 positioniert werden.Alternatively, in a method step 215, a facet surface 121 with a polarization filter 123 can be positioned in the beam path 108 of the outgoing laser light 107 by rotating the facet wheel 117 and a further facet surface 125 with a further polarization filter 127 or a facet surface 133 without a polarization filter are positioned in the beam path 110 of the incoming laser light 109.

In einem weiteren Verfahrensschritt 205 werden Intensitäten des im ersten und zweiten Mess-Frame detektierten Laserlichts miteinander verglichen. Dies kann beispielsweise die oben beschriebenen Additionen bzw. Subtraktionen gemäß den beschriebenen Komponenten der Müller-Matrix umfassen.In a further method step 205, intensities of the laser light detected in the first and second measurement frames are compared with one another. This can include, for example, the additions or subtractions described above according to the components of the Müller matrix described.

In einem weiteren Verfahrensschritt 207 wird ein Objekt 141 basierend auf dem in den ersten und zweiten Mess-Frames detektierten Laserlicht ermittelt, falls die Intensität des im ersten Mess-Frame detektierten Laserlichts gleich der Intensität des im zweiten Mess-Frame detektierten Laserlichts ist.In a further method step 207, an object 141 is determined based on the laser light detected in the first and second measurement frames if the intensity of the laser light detected in the first measurement frame is equal to the intensity of the laser light detected in the second measurement frame.

Alternativ hierzu wird in einem Verfahrensschritt 209 die gemessene Intensität als ein Crosstalk-Effekt 139 identifiziert, falls die Intensität des im ersten Mess-Frame detektierten Laserlichts unterschiedlich zu der Intensität des im zweiten Mess-Frame detektierten Laserlichts ist.Alternatively, in a method step 209, the measured intensity is identified as a crosstalk effect 139 if the intensity of the laser light detected in the first measurement frame is different to the intensity of the laser light detected in the second measurement frame.

Claims (10)

Lidar-Vorrichtung (100) mit einer Laserquelle (101), einer Detektoreinheit (103), einer Strahlablenkungseinheit (105) zum Ablenken ausgehenden Laserlichts (107) der Laserquelle (101) in vorbestimmte Raumrichtungen (D) und zum Ablenken von aus den Raumrichtungen (D) eingehenden Laserlichts (109) zur Detektoreinheit (103), einem Polarisator (111) zum Polarisieren des ausgehenden Laserlichts (107) und einer Auswerteeinheit (113) zum Analysieren einer Intensität des detektierten Laserlichts, wobei die Strahlablenkungseinheit (105) als ein um eine Drehachse (115) drehbares Facettenrad (117) mit einer Mehrzahl reflektierender Facettenflächen (119) ausgebildet ist, wobei über eine Drehung des Facettenrads (117) Facettenflächen (119) in einem Strahlengang (108) des ausgehenden Laserlichts (107) und in einem Strahlengang (110) des eingehenden Laserlichts (109) positionierbar sind, wobei an wenigstens einer Facettenfläche (121) ein Polarisationsfilter (123) zum Polarisieren von Laserlicht in eine Polarisationsrichtung (V) ausgebildet ist, und wobei über eine Positionierung der Facettenfläche (121) mit Polarisationsfilter (123) im Strahlengang (110) des eingehenden Laserlichts (109) eine Polarisationsanalyse des eingehenden Laserlichts (109) bewirkbar ist.Lidar device (100) with a laser source (101), a detector unit (103), a beam deflection unit (105) for deflecting outgoing laser light (107) from the laser source (101) in predetermined spatial directions (D) and for deflecting out of the spatial directions ( D) incoming laser light (109) to the detector unit (103), a polarizer (111) for polarizing the outgoing laser light (107) and an evaluation unit (113) for analyzing an intensity of the detected laser light, the beam deflection unit (105) being one by one Axis of rotation (115) rotatable facet wheel (117) is formed with a plurality of reflecting facet surfaces (119), with a rotation of the facet wheel (117) facet surfaces (119) in a beam path (108) of the outgoing laser light (107) and in a beam path ( 110) of the incoming laser light (109) can be positioned, a polarization filter (123) being formed on at least one facet surface (121) for polarizing laser light in a polarization direction (V), and wherein the facet surface (121) is positioned with a polarization filter ( 123) a polarization analysis of the incoming laser light (109) can be effected in the beam path (110) of the incoming laser light (109). Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei an wenigstens zwei weiteren Facettenflächen (125) jeweils ein weiteres Polarisationsfilter (127) zur Polarisation von Laserlicht in eine von der Polarisationsrichtung (V) des Polarisationsfilters (123) unterschiedliche weitere Polarisationsrichtung (H) ausgebildet ist, wobei die zwei weiteren Facettenflächen (125) aneinander angrenzend angeordnet sind, und wobei der Polarisator (111) durch die im Strahlengang (108) des ausgehenden Laserlichts (107) positionierten Facettenflächen (121) mit Polarisationsfilter (123) und/oder weiteren Facettenflächen (125) mit weiteren Polarisationsfiltern (127) gebildet ist.Lidar device (100). Claim 1 , wherein a further polarization filter (127) is formed on at least two further facet surfaces (125) for polarizing laser light in a further polarization direction (H) that is different from the polarization direction (V) of the polarization filter (123), the two further facet surfaces (125 ) are arranged adjacent to one another, and wherein the polarizer (111) is positioned through the facet surfaces (121) with polarization filters (123) and/or further facet surfaces (125) with further polarization filters (127) positioned in the beam path (108) of the outgoing laser light (107). is formed. Lidar-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Facettenrad (117) eine polygonale Form mit wenigstens vier Facettenflächen (119) aufweist, wobei das Facettenrad (117) wenigstens zwei Facettenflächen (121) mit Polarisationsfiltern (123) und wenigstens zwei weitere Facettenflächen (125) mit weiteren Polarisationsfiltern (127) aufweist, und wobei die Facettenflächen (121) und die weiteren Facettenflächen (125) jeweils aneinander angrenzend angeordnet sind.Lidar device Claim 2 , wherein the facet wheel (117) has a polygonal shape with at least four facet surfaces (119), the facet wheel (117) having at least two facet surfaces (121) with polarization filters (123) and at least two further facet surfaces (125) with further polarization filters (127). has, and wherein the facet surfaces (121) and the further facet surfaces (125) are each arranged adjacent to one another. Lidar-Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Facettenrad (117) ferner wenigstens eine Facettenfläche (133) ohne Polarisationsfilter umfasst.Lidar device according to one of the preceding claims, wherein the facet wheel (117) further comprises at least one facet surface (133) without a polarization filter. Lidar-Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Polarisator (111) in die Laserquelle (101) integriert ist.Lidar device (100) according to one of the preceding claims, wherein the polarizer (111) is integrated into the laser source (101). Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei die Laserquelle (101) als ein Kantenemitter ausgebildet ist.Lidar device (100). Claim 5 , wherein the laser source (101) is designed as an edge emitter. Lidar-Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 6, wobei die Polarisationsrichtung (V) des Polarisationsfilters (123) und die weitere Polarisationsrichtung (H) des weiteren Polarisationsfilters (127) einen rechten Winkel zueinander aufweisen.Lidar device (100) according to one of the above Claims 2 until 6 , wherein the polarization direction (V) of the polarization filter (123) and the further polarization direction (H) of the further polarization filter (127) have a right angle to one another. Lidar-Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 7, wobei das Facettenrad (117) eine dritte Facettenfläche aufweist, wobei an der dritten Facettenfläche ein drittes Polarisationsfilter zur Polarisation von Laserlicht in eine dritte Polarisationsrichtung ausgebildet ist, und wobei die dritte Polarisationsrichtung einen Winkel von 45 Grad zu der Polarisationsrichtung (V) des Polarisationsfilters (123) und zur weiteren Polarisationsrichtung (H) des weiteren Polarisationsfilters (127) aufweist.Lidar device (100) according to one of the above Claims 2 until 7 , wherein the facet wheel (117) has a third facet surface, with a third polarization filter on the third facet surface is designed to polarize laser light in a third polarization direction, and wherein the third polarization direction has an angle of 45 degrees to the polarization direction (V) of the polarization filter (123) and to the further polarization direction (H) of the further polarization filter (127). Verfahren (200) zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8, umfassend: Polarisieren (201) des ausgehenden Laserlichts (107) der Laserquelle (101) mit dem Polarisator (111) und Positionieren einer Facettenfläche (121) mit Polarisationsfilter (123) im Strahlengang (110) des eingehenden Laserlichts (109) in einem ersten Mess-Frame; Drehen (203) des Facettenrads (117) und Positionieren einer weiteren Facettenfläche (125) mit weiterem Polarisationsfilter (127) oder einer Facettenfläche (133) ohne Polarisationsfilter im Strahlengang (110) des eingehenden Laserlichts (109) in einem zweiten Mess-Frame; Vergleichen (205) einer Intensität des im ersten Mess-Frame detektierten Laserlichts und einer Intensität des im zweiten Mess-Frame detektierten Laserlichts; und Ermitteln (207) eines Objekts (141) basierend auf dem in den ersten und zweiten Mess-Frames detektierten Laserlichts, falls die Intensität des im ersten Mess-Frame detektierten Laserlichts gleich der Intensität des im zweiten Mess-Frame detektierten Laserlichts ist; oder Identifizieren (209) der gemessenen Intensität als ein Crosstalk-Effekt (139), falls die Intensität des im ersten Mess-Frame detektierten Laserlichts unterschiedlich zu der Intensität des im zweiten Mess-Frame detektierten Laserlichts ist.Method (200) for operating a lidar device (100) according to one of the above Claims 1 until 8th , comprising: polarizing (201) the outgoing laser light (107) of the laser source (101) with the polarizer (111) and positioning a facet surface (121) with a polarization filter (123) in the beam path (110) of the incoming laser light (109) in a first measurement frame; Rotating (203) the facet wheel (117) and positioning a further facet surface (125) with a further polarization filter (127) or a facet surface (133) without a polarization filter in the beam path (110) of the incoming laser light (109) in a second measurement frame; Comparing (205) an intensity of the laser light detected in the first measurement frame and an intensity of the laser light detected in the second measurement frame; and determining (207) an object (141) based on the laser light detected in the first and second measurement frames if the intensity of the laser light detected in the first measurement frame is equal to the intensity of the laser light detected in the second measurement frame; or identifying (209) the measured intensity as a crosstalk effect (139) if the intensity of the laser light detected in the first measurement frame is different from the intensity of the laser light detected in the second measurement frame. Verfahren (200) nach Anspruch 9 wobei das Facettenrad (117) wenigstens zwei Facettenflächen (121) mit Polarisationsfiltern (123) und wenigstens zwei weitere Facettenflächen (125) mit weiteren Polarisationsfiltern (127) umfasst, und wobei das Polarisieren (201) im ersten Mess-Frame umfasst: Positionieren (211) einer Facettenfläche (121) mit Polarisationsfilter (123) im Strahlengang (108) des ausgehenden Laserlichts (107) und Positionieren einer Facettenfläche (121) mit Polarisationsfilter (123) im Strahlengang (110) des eingehenden Laserlichts (109); wobei das Polarisieren (203) im zweiten Mess-Frame umfasst: Drehen (213) des Facettenrads (117) um die Drehachse (115) und Positionieren einer weiteren Facettenfläche (125) mit weiterem Polarisationsfilter (127) im Strahlengang (108) des ausgehenden Laserlichts (107) und Positionieren einer Facettenfläche (121) mit Polarisationsfilter (123) im Strahlengang (110) des eingehenden Laserlichts; oder Drehen (215) des Facettenrads (117) um die Drehachse (115) und Positionieren einer Facettenfläche (121) mit Polarisationsfilter (123) im Strahlengang (108) des ausgehenden Laserlichts (107) und Positionieren einer weiteren Facettenfläche (125) mit weiterem Polarisationsfilter (127) oder einer Facettenfläche (133) ohne Polarisationsfilter im Strahlengang (110) des eingehenden Laserlichts (109).Procedure (200) according to Claim 9 wherein the facet wheel (117) comprises at least two facet surfaces (121) with polarization filters (123) and at least two further facet surfaces (125) with further polarization filters (127), and wherein polarizing (201) in the first measurement frame includes: positioning (211 ) a facet surface (121) with a polarization filter (123) in the beam path (108) of the outgoing laser light (107) and positioning a facet surface (121) with a polarization filter (123) in the beam path (110) of the incoming laser light (109); wherein polarizing (203) in the second measurement frame includes: rotating (213) the facet wheel (117) about the axis of rotation (115) and positioning a further facet surface (125) with a further polarization filter (127) in the beam path (108) of the outgoing laser light (107) and positioning a facet surface (121) with a polarization filter (123) in the beam path (110) of the incoming laser light; or rotating (215) the facet wheel (117) about the axis of rotation (115) and positioning a facet surface (121) with a polarization filter (123) in the beam path (108) of the outgoing laser light (107) and positioning a further facet surface (125) with a further polarization filter (127) or a facet surface (133) without a polarization filter in the beam path (110) of the incoming laser light (109).
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