EP3155449A1 - Fahrzeug-lidar-system - Google Patents

Fahrzeug-lidar-system

Info

Publication number
EP3155449A1
EP3155449A1 EP15727593.4A EP15727593A EP3155449A1 EP 3155449 A1 EP3155449 A1 EP 3155449A1 EP 15727593 A EP15727593 A EP 15727593A EP 3155449 A1 EP3155449 A1 EP 3155449A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
mirror
lidar system
vehicle lidar
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15727593.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Ridderbusch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3155449A1 publication Critical patent/EP3155449A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Definitions

  • the invention relates to a vehicle lidar system and to a use of the vehicle lidar system.
  • Optical system known for use in vehicle-based lidar systems.
  • the system includes a semiconductor laser array and a suitable lens or other optical system.
  • the system is operated in a way to replace lidar laser systems employing mechanically rotated or shifted reflective optics.
  • the object underlying the invention can be seen to provide a vehicle lidar system.
  • the object underlying the invention may further be seen to indicate a use of the vehicle lidar system.
  • a vehicle lidar system comprising: a solid-state laser with a brilliance of at least 100 kW / (mm 2 sr), which is designed to emit laser pulses having a wavelength of at least 900 nm, preferably of at least 1000 nm, and a maximum power per laser pulse of at least 50 W,
  • At least one deflectably arranged mirror for deflecting the laser pulses in the direction of objects to be detected
  • a receiver for detecting the laser pulses reflected from the objects.
  • the vehicle lidar system is used to detect objects around a vehicle.
  • a transit time measurement of the laser pulses is carried out by means of the vehicle lidar system, so that advantageously a distance measurement can be detected
  • Objects can be performed.
  • a vehicle including the vehicle lidar system is provided.
  • the technical advantage in particular that within an eye safety directive according to DIN 60825 a high range of up to, for example, 200 m and a high resolution of, for example, ⁇ 0.3 °, preferably ⁇ 0.15 ° are possible. Furthermore, at wavelengths greater than 900 nm, in particular greater than 1000 nm, the
  • the burden on the human eye is no longer so great due to the laser radiation, so that an eye-safe laser class 1 can be achieved advantageously even at higher pulse powers and energies, which in turn increases the range of the system.
  • an intensity of the solar radiation is reduced by a factor of approximately 2, so that a signal-to-noise ratio of the vehicle lidar system becomes better. This is in comparison to known laser systems for lidar systems, for example edge emitters, which emit at a wavelength of 850 nm to 950 nm.
  • the provision of the deflectable mirror in particular has the technical advantage that an illuminating surface or a region which can be illuminated by means of the laser pulses, in which the objects can be detected, can not be deflected by the mirror and / or a mirror, for example more depends on a specific beam size of the solid-state laser. Accordingly, the
  • Solid state laser can be sized smaller.
  • Beam diameter of the laser radiation are smaller dimensions.
  • the solid-state laser can be installed at any position in the vehicle. Because the deflection of the emitted laser pulses in the direction of objects to be detected is effected by means of the mirror. That is, an installation location of the solid-state laser in the vehicle is independent of the desired area to be illuminated in the vicinity of the vehicle.
  • the solid-state laser has a brilliance of at least 1 MW / (mm 2 sr).
  • the brilliance of the solid-state laser is preferably between 100 kW / (mm 2 sr) and 1 MW7 (mm 2 sr).
  • a higher brilliance advantageously means a higher one
  • the brilliance can be referred to in particular as a beam quality.
  • the brilliance in optics and in laser technology usually describes the bundling of a beam of electromagnetic radiation, here the laser beam.
  • a maximum power per laser pulse is between 50 W and 100 W. Again, higher maximum power means greater range.
  • a maximum performance per laser pulse is between 50 W and 100 W. Again, higher maximum power means greater range.
  • Laser pulse means that even laser pulses with a lower power can be emitted.
  • the maximum possible power per laser pulse is 50 W, 100 W or a value between 50 W or 100 W.
  • the laser pulses have a duration of ⁇ 100 ns, preferably of ⁇ 50 ns, in particular of ⁇ 10 ns, for example of ⁇ 1 ns, in particular between 2 ns and 20 ns, preferably between 2 ns and 4 ns, for example 2.2 ns.
  • the solid-state laser is electrically and / or optically pumpable or excitable. This means that the solid-state laser is or will be electrically or optically pumped or excited.
  • the solid-state laser is designed as a vertical resonator surface-emitting laser.
  • Vertical cavity surface emitting laser is commonly referred to as a vertical cavity surface emitting laser.
  • the corresponding abbreviation is: VCSEL.
  • a VCSEL can not be destroyed by an overcurrent and thus to high pulse power at a Auskoppelfacette. Rather, a VCSEL shows at most a thermal roll-over. Such a thermal roll-over does not lead to destruction and is advantageously reversible. Furthermore, a VCSEL on wafer level scale can be produced and tested, so that
  • Manufacturing costs are scalable, in particular similar to high-power LEDs are scalable.
  • the laser material is hotter, thereby reducing the efficiency, with the result that it is even hotter. From a certain reduction of Wrkungsgrades the laser goes out.
  • LED and vertical emitter radiate the power upwards.
  • the radiation properties can also be tested if the entire wafer has not yet been singulated. In contrast, a beaming
  • Duty Cycle is the ratio between "in operation, ie on" and “not in operation, that is off”. In one embodiment, a duty cycle of the
  • Solid state laser between 1% to 2%.
  • Known edge emitters for lidar applications are nowadays able to produce only less than 1% or less (eg OSRAM SPL PL90_3 with a duty factor of up to 0.1%).
  • the inventive brilliance or beam quality at output wavelengths ie wavelength of the laser pulses
  • the inventive brilliance or beam quality at output wavelengths ie wavelength of the laser pulses
  • the inventive brilliance or beam quality at output wavelengths ie wavelength of the laser pulses
  • the inventive brilliance or beam quality at output wavelengths ie wavelength of the laser pulses
  • the inventive brilliance or beam quality at output wavelengths ie wavelength of the laser pulses
  • a solid-state laser in particular comprises a laser-active material which is incorporated in a crystal lattice or other material.
  • solid-state lasers are: Neodymium or Ytterbium-doped yttrium aluminum garnet (Nd: YAG, Yb: YAG).
  • the solid-state laser may also be a semiconductor laser.
  • the semiconductor laser may be an aluminum gallium arsenide laser. This emits laser radiation having a wavelength of up to 1100 nm.
  • a semiconductor laser may comprise an indium or a phosphate-doped laser-active material. Such a semiconductor laser emits laser radiation in the wavelength range of> 1000 nm.
  • the mirror can be deflected in two different directions.
  • the technical advantage is achieved that a footprint or the illuminable area can be spanned by these two directions, within which objects can be detected.
  • the two are
  • each other Preferably, only a mirror is provided, which is deflectable in two different directions. According to another embodiment, it is provided that two mirrors are provided which are each deflectable in a different direction. This means that each of the mirrors can be deflected in each case in a different direction. Again, a footprint or a
  • the two mirrors are provided here, which can be deflected independently of each other in different directions, a particularly fast detection or detection of objects is made possible. Again, the two directions are preferably aligned perpendicular to each other. Preferably only two mirrors are provided.
  • the two mirrors are each deflectable exclusively in one direction, wherein these two directions are different, in particular aligned perpendicular to each other.
  • a plurality of mirrors are provided
  • Embodiments with regard to a plurality of mirrors result analogously from embodiments with regard to a mirror and vice versa.
  • Explanations, features and descriptions in connection with a mirror apply analogously to multiple mirrors and vice versa. This means that when using the singular for mirrors always the plural should be read and vice versa.
  • the mirror can be deflected magnetically and / or piezoelectrically.
  • a magnetic and / or piezoelectric deflectability is a particularly good accuracy and
  • a diameter of the mirror is greater than or equal to 1 mm, in particular greater than or equal to 3 mm, for example equal to 3.5 mm, for example between 1 mm and 8 mm, in particular between 3 mm and 5 mm.
  • the larger the mirror the less large is the requirement on the laser (for example the brilliance).
  • the larger the mirror the more light can be transported via the mirror (with a constant value of brilliance).
  • the mirror can be deflected over at least one angle of 20 °, in particular 30 °.
  • the mirror is deflectable relative to a center position over at least +/- 10 °, preferably +/- 15 °.
  • the deflectability of the mirror usually corresponds to the illuminable area by means of
  • the reflectivity relates in particular to the laser wavelength, ie to the wavelength of
  • the above reflectivities are preferably achieved at least at the laser wavelength.
  • Such a reflectivity can be effected, for example, by the mirror being coated according to one embodiment, that is to say having a coating, in particular an optical coating.
  • a coating may be, for example, a metal coating.
  • metal may be vapor-deposited on a mirror substrate.
  • the mirror is in particular coated with a metal, that is to say it has a metal layer, in particular a vapor-deposited metal layer.
  • a metal may be, for example, gold, silver, aluminum.
  • a coating in particular an optical coating.
  • a coating may be, for example, a metal coating.
  • metal may be vapor-deposited on a mirror substrate.
  • the mirror is in particular coated with a metal, that is to say it has a metal layer, in particular a vapor-deposited metal layer.
  • a metal may be, for example, gold, silver, aluminum.
  • a metal may be, for example, gold, silver, aluminum.
  • the coating may comprise gold, silver, aluminum, and / or any combination thereof.
  • the coating may comprise one or more dielectric layers.
  • Such dielectric layers preferably comprise a high refractive and a low refractive index material. As a result, an even higher reflectivity can be effected in an advantageous manner.
  • Layer thickness of the coating can be, for example, a maximum of 1 ⁇ .
  • dielectric layers for example, the following layer materials magnesium fluoride, silica, alumina,
  • the coating may comprise a plurality of layers, which are in particular the same or preferably formed differently.
  • the coating may be formed as a dichroic mirror. Such a mirror is a wavelength-selective mirror and allows only a certain wavelength range. Such a
  • Wavelength range may be 900 nm to 1200 nm in one embodiment.
  • a layer thickness of the coating can be less than 50 nm.
  • layer thicknesses of the coating of 100 nm, in particular of a few 100 nm, for example of up to 200 nm, can be provided.
  • the mirror is designed as a microelectromechanical mirror. That is, the microelectromechanical mirror is formed as a microelectromechanical element.
  • Evaluation device is formed, which is designed to determine a distance to a detected object based on the detected laser pulses. This in particular by means of a transit time measurement of the laser pulses.
  • the vehicle lidar system is used to detect or detect objects around the vehicle.
  • a transit time measurement of the laser pulses is performed. That is, the solid-state laser emits laser pulses. If these laser pulses hit objects, they are reflected by them. This at least partially in the direction of the receiver, which may also be referred to as a detector. Based on transit time measurements of the laser pulses, a distance between the object and the vehicle lidar system can then be determined in a manner known per se.
  • the receiver has a CMOS-compatible image sensor for detecting the reflected laser pulses and for capturing an image of a region that can be illuminated by means of the deflected laser pulses.
  • this embodiment thus encompasses the idea of providing a receiver (which can also be referred to as a detector) for detecting the laser pulses reflected by the objects, the receiver having a CMOS-compatible laser beam.
  • Image sensor includes, which can detect both the reflected laser pulses and record an image of an area illuminated by the deflected laser pulses area.
  • the CMOS-compatible image sensor according to the invention thus has a dual function: detecting the reflected laser pulses and taking an image.
  • a lidar function especially for range finding
  • an image capture function two sensors are necessary in the prior art for the aforementioned functions to be effected or provided.
  • the vehicle lidar system according to the invention is thus smaller and more compact in comparison to the known systems and can therefore be installed in a smaller installation space.
  • the CMOS compatible image sensor is a CMOS image sensor.
  • the CMOS process can be used without modification and / or modification.
  • the basic CMOS process is applicable, but changes in the process (modification, new process step %) are possible. This means that the CMOS
  • Image sensor is manufactured in the CMOS process.
  • the CMOS compatible image sensor was at least partially fabricated in the CMOS process, ie based on the CMOS manufacturing process, with respect to the CMOS manufacturing process changes and / or innovations in the production of the CMOS compatible image sensor were performed.
  • the CMOS-compatible image sensor comprises a plurality of pixels, and wherein evaluation electronics are provided, which are designed to read out signals of the pixels of the CMOS-compatible image sensor and, based on the read-out signals To determine distance to a detected object.
  • the technical advantage causes one for each pixel
  • each pixel signal per se can be used to determine the distance to a detected object.
  • a group of pixels is read, wherein the
  • TOF time of flight
  • an optical element for imaging the illuminable region is provided on the CMOS-compatible image sensor.
  • Image sensor can be imaged so that the CMOS-compatible image sensor can detect the entire area that can be illuminated and in this way also detect objects that are located in this illuminable area.
  • the optical element is for example a lens or a mirror, for example a parabolic mirror.
  • a plurality of optical elements are provided, which are formed in particular the same or different.
  • the optical element has a transmission of at least 95%, preferably> 99%, for a
  • the CMOS-compatible image sensor is designed to detect electromagnetic radiation having a wavelength of at least 900 nm, preferably of at least 1000 nm. This has the technical advantage in particular that the CMOS-compatible image sensor can also detect laser pulses that have a wavelength of at least 900 nm. In this wavelength range greater than 900 nm, the sensitivity to damage to the eye for this electromagnetic radiation is usually reduced, so that when using the vehicle lidar system generally no danger to road users in the vicinity of the vehicle emanates.
  • the CMOS-compatible image sensor has doped and / or surface-modified silicon as the sensor material. This has the particular technical advantage that such silicon is more sensitive to wavelengths greater than 1000 nm in comparison to undoped or not surface-modified silicon.
  • Such silicon is known, for example, as black silicon (black silicon) or as pink silicon (pink silicon).
  • sulfur can be provided as dopant.
  • the surface modification is for example by means of a
  • laser pulses have, for example, a pulse duration of ⁇ 10 ns, for example of ⁇ 1 ns.
  • Coating be performed. This means that the silicon is coated.
  • the technical effect is caused that thereby an absorption probability for photons is increased, so that a sensitivity of the detector is increased even at longer wavelengths.
  • Fig. 1 is a vehicle lidar system.
  • the system 101 includes a solid-state laser 103, which is referred to as a
  • VSEL Vertical resonator surface emitting laser
  • the VCSEL 103 may emit laser pulses upon appropriate excitation.
  • the system 101 includes a mirror 105, which is referred to as
  • microelectromechanical element is formed.
  • a mirror may also be referred to as a MEMS mirror.
  • the mirror 105 is deflectably arranged.
  • the mirror 105 deflects the laser pulses of the solid-state laser 103 in the direction of objects to be detected.
  • Such an object is identified here by way of example by the reference numeral 11 1.
  • an illuminable region can be formed by means of the deflected laser pulses. In English, such an illuminable area is also referred to as a "field of view”. If objects, here for example the object 11 1, are located within the illuminable area, then these can be detected by means of the vehicle lidar system.
  • the solid-state laser 103 comprises a vertical emitter 109 with a cavity 107, from which laser pulses are coupled out.
  • the decoupled laser pulses are only symbolically marked by an arrow with the reference numeral 108.
  • the laser radiation reflected by the mirror 105 is indicated by a solid arrow 110.
  • the mirror 105 is in its maximum possible deflection positions, the reflected
  • Laser radiation by means of two dashed arrows with the reference numerals 110a and 110b marked.
  • Laser radiation ie the laser pulses
  • Laser radiation which is deflected by means of the mirror 105 on the object 11 1
  • a solid arrow with the reference numeral 112.
  • the laser radiation From there, that is from the object 11 1, the laser radiation, so the laser pulses, in the direction a receiver or detector 113 of the system 101.
  • This reflected laser radiation is symbolically identified by the reference numeral 114 by means of a dashed arrow.
  • a filter 1 15 Based on the running direction of the laser radiation 1 14 in front of the detector or receiver 1 13, a filter 1 15 is provided so that only electromagnetic radiation with a wavelength corresponding to the filter to the receiver 1 13 is transmitted.
  • the filter 1 15 for a wavelength range of plus minus ⁇ 20nm, preferably plus minus ⁇ 10 nm, permeable to the laser wavelength and for the other wavelengths (ie not the laser wavelength including the above-mentioned plus-minus ranges) permeable with ⁇ 50% , preferably ⁇ 20%.
  • the receiver 113 is also shown symbolically by means of a switching symbol analogous to the solid-state laser 103.
  • the receiver 13 may comprise, for example, an indium gallium arsenide sensor or a PIN diode or an avalanche photodiode. "PIN” stands for "positive intrinsic negative diode”.
  • the vertical cavity surface emitting laser 103 has a brilliance of at least 100 kW / (mm 2 sr) and emits laser pulses of one
  • a maximum power per laser pulse is at least 50 W, preferably between 50 W and 100 W, in particular 100 W.
  • Such high beam qualities or brilliance can be realized or effected, for example, as follows ,
  • the resonator length (cavity) is increased.
  • less transversal modes can oscillate, which has a positive influence on the beam quality or brilliance.
  • a double cavity is preferably provided.
  • the inner mirror of the Double cavity has a lower reflectivity for the laser wavelength compared to the outer output mirror of the double cavity. Even with such a double cavity, the oscillation of higher transverse modes is made more difficult by a corresponding design of this double cavity, which advantageously increases a beam quality or brilliance.
  • the double cavity is usually referred to in English as "coupled cavity".

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Lidar-System (101), umfassend: • einen Festkörperlaser (103) mit einer Brillanz von mindestens 100 kW/(mm 2sr), der ausgebildet ist, Laserimpulse mit einer Wellenlänge von mindestens 900 nm und einer maximalen Leistung pro Laserimpuls von mindestens 50 W zu emittieren, • zumindest einen auslenkbar angeordneten Spiegel (105) zum Ablenken der Laserimpulse in Richtung zu detektierender Objekte (111), • einen Empfänger (113) zum Detektieren der von den Objekten reflektierten Laserimpulse.

Description

Beschreibung Titel
Fahrzeug-Lidar-System
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Lidar-System sowie eine Verwendung des Fahrzeug-Lidar-Systems.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 004 609 A1 ist ein Laser- und
Optiksystem zur Verwendung in fahrzeugbasierten Lidar-Systemen bekannt. Das System umfasst ein Halbleiterlaser-Array und ein geeignetes Linsen- oder ein anderes Optiksystem. Das System wird in einer Weise betrieben, dass es Lidar- Lasersysteme ersetzen soll, die mechanisch gedrehte oder verschobene reflektierende Optiken einsetzen.
Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Fahrzeug-Lidar-System bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann des Weiteren darin gesehen werden, eine Verwendung des Fahrzeug-Lidar-Systems anzugeben.
Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt wird ein Fahrzeug-Lidar-System bereitgestellt, umfassend: - einen Festkörperlaser mit einer Brillanz von mindestens 100 kW/(mm2 sr), der ausgebildet ist, Laserimpulse mit einer Wellenlänge von mindestens 900 nm, vorzugsweise von mindestens 1000 nm, und einer maximalen Leistung pro Laserimpuls von mindestens 50 W zu emittieren,
- zumindest einen auslenkbar angeordneten Spiegel zum Ablenken der Laserimpulse in Richtung zu detektierender Objekte,
- einen Empfänger zum Detektieren der von den Objekten reflektierten Laserimpulse.
Nach einem weiteren Aspekt wird das Fahrzeug-Lidar-System zum Erfassen von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs verwendet. Insbesondere wird mittels des Fahrzeug-Lidar-Systems eine Laufzeitmessung der Laserimpulse durchgeführt, so dass in vorteilhafter Weise eine Entfernungsmessung zu detektierten
Objekten durchgeführt werden kann.
Nach einem anderen Aspekt wird ein Fahrzeug umfassend das Fahrzeug-Lidar- System bereitgestellt.
Durch das Verwenden des Festkörperlasers mit den vorstehenden Eigenschaften für das Fahrzeug-Lidar-System wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass innerhalb einer Augensicherheitsrichtlinie gemäß der DIN 60825 eine hohe Reichweite von bis zu beispielsweise 200 m und eine hohe Auflösung von beispielsweise < 0,3°, vorzugsweise < 0, 15° ermöglicht sind. Ferner ist bei Wellenlängen größer als 900 nm, insbesondere größer als 1000 nm, die
Belastung für das menschliche Auge in der Regel nicht mehr so groß durch die Laserstrahlung, sodass eine augensichere Laserklasse 1 auch bei höheren Impulsleistungen und Energien in vorteilhafter Weise erreichbar ist, was wiederum eine Reichweite des Systems erhöht. Ferner ist bei Wellenlängen größer als 900 nm, vorzugsweise größer als 1000 nm, eine Intensität der Sonnenstrahlung etwa um den Faktor 2 geringer, sodass ein Signal-Rausch- Verhältnis des Fahrzeug-Lidar-Systems besser wird. Dies im Vergleich zu bekannten Lasersystemen für Lidarsysteme, zum Beispiel Kantenemitter, die bei einer Wellenlänge von 850 nm bis 950 nm emittieren. Durch das Vorsehen des auslenkbar angeordneten Spiegels wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Ausleuchtfläche oder ein mittels der Laserimpulse ausleuchtbarer Bereich, in der respektive dem Objekte detektiert werden können, von einer Auslenkbarkeit des Spiegels und/oder von einer Größe des Spiegels und beispielsweise nicht mehr von einer bestimmten Strahlgröße des Festkörperlasers abhängt. Entsprechend kann der
Festkörperlaser kleiner dimensioniert werden. Insbesondere kann ein
Strahldurchmesser der Laserstrahlung kleiner dimensioniert werden. Des Weiteren kann der Festkörperlaser an beliebigen Positionen im Fahrzeug eingebaut werden. Denn die Ablenkung der emittierten Laserimpulse in Richtung zu detektierender Objekte wird mittels des Spiegels bewirkt. Das heißt, dass ein Einbauort des Festkörperlasers im Fahrzeug unabhängig von dem gewünschten auszuleuchtenden Bereich im Umfeld des Fahrzeugs ist.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Festkörperlaser eine Brillanz von mindestens 1 MW/(mm2 sr) aufweist. Vorzugsweise liegt die Brillanz des Festkörperlasers zwischen 100 kW/(mm2 sr) und 1 MW7(mm2 sr). In der Regel bedeutet eine höhere Brillanz in vorteilhafter Weise eine höhere
Detektionsreichweite des Fahrzeug-Lidar-Systems. Das heißt, dass in vorteilhafter Weise auch Objekte in Abständen vom Festkörperlaser von bis zu 200 m und mehr detektiert oder erfasst werden können. Die Brillanz kann insbesondere als eine Strahlqualität bezeichnet werden. Die Brillanz beschreibt in der Optik und in der Lasertechnik üblicherweise die Bündelung eines Strahls von elektromagnetischer Strahlung, hier des Laserstrahls.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine maximale Leistung pro Laserimpuls zwischen 50 W und 100 W beträgt. Auch hier bedeutet eine höhere maximale Leistung eine höhere Reichweite. Eine maximale Leistung pro
Laserimpuls bedeutet, dass auch Laserimpulse mit einer geringeren Leistung emittiert werden können. Die maximal mögliche Leistung pro Laserimpuls beträgt entsprechend 50 W, 100 W oder ein Wert zwischen 50 W oder 100 W.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Laserimpulse eine Dauer von < 100 ns, vorzugsweise von < 50 ns, insbesondere von < 10 ns, beispielsweise von < 1 ns aufweisen, insbesondere zwischen 2 ns und 20 ns, vorzugsweise zwischen 2 ns und 4 ns, beispielsweise 2,2 ns. In der Regel bewirken kleinere Impulsdauern eine verbesserte Genauigkeit oder Auflösung hinsichtlich einer Entfernungsmessung. Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Festkörperlaser elektrisch und/oder optisch pumpbar oder anregbar ist. Das heißt, dass der Festkörperlaser elektrisch und/oder optisch gepumpt oder angeregt wird respektive werden kann.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Festkörperlaser als ein Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser ausgebildet ist. Ein solcher
Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser wird im Englischen üblicherweise als "vertical cavity surface emitting laser" bezeichnet. Die entsprechende Abkürzung ist: VCSEL. Durch das Vorsehen eines solchen Vertikalemitters kann in vorteilhafter Weise im Vergleich zu bekannten Kantenemittern die vorstehend genannte Strahlqualität oder Brillanz besonders einfach bewirkt werden. Dies insbesondere auch bei Reichweiten des Fahrzeug-Lidar-Systems von > 50 m, insbesondere bis zu 200 m bei vorstehend genannter Auflösung von
beispielsweise 1 x 1 m2 bei 200 m. Vorteilig ist weiterhin, dass ein solcher Vertikalemitter im Gegensatz zum bekannten Kantenemitter robuster ist.
Beispielsweise kann ein VCSEL nicht durch eine Überstromung und somit zu hoher Impulsleistung an einer Auskoppelfacette zerstört werden. Vielmehr zeigt ein VCSEL allenfalls ein thermisches Roll-over. Ein solcher thermischer Roll-over führt nicht zu einer Zerstörung und ist in vorteilhafter Weise reversibel. Ferner ist ein VCSEL auf Wafer-Ievel-Scale herstellbar und testbar, so dass
Herstellungskosten skalierbar sind, insbesondere ähnlich zu Hochleistungs-LEDs skalierbar sind. Bei einem thermischen Roll-over wird das Lasermaterial heißer, dadurch verringert sich der Wirkungsgrad, was zur Folge hat, dass es noch heißer wird. Ab einer bestimmten Verringerung des Wrkungsgrades geht der Laser aus. LED und Vertikalemitter strahlen die Leistung nach oben ab. Bei der Herstellung kann man die Strahlungseigenschaften auch dann testen, wenn der gesamte Wafer noch nicht vereinzelt ist. Im Gegensatz dazu strahlt ein
Kantenemitter zur Seite ab und ein Testen ist somit nicht möglich. Man muss den Wafer daher erst vereinzeln (zerschneiden), um den Laser zu testen. Daher kann ein Vertikalemitter getestet werden, wenn er noch auf dem Wafer angeordnet ist, also vor dem Vereinzeln. Denn er strahlt nach oben ab. Des Weiteren ist es in vorteilhafter Weise besonders einfach, mit solchen Vertikalemittern kurze Impulse von < 1 ns Impulsanstiegzeit zu generieren oder zu erzeugen. Dies insbesondere bei einem höheren Tastverhältnis im Vergleich zu bekannten Kantenemittern. Unter Tastverhältnis (im Englischen duty cycle) versteht man das Verhältnis zwischen„in Betrieb, also an" und„nicht in Betrieb, also aus". In einer Ausführungsform beträgt ein Tastverhältnis des
Festkörperlasers zwischen 1 % bis 2 %. Bekannte Kantenemitter für die Lidar Anwendung schaffen heute teilweise nur kleiner 1 % oder weniger (z. B. OSRAM SPL PL90_3 mit einem Tastverhältnis bis 0.1 %).
Des Weiteren kann mittels eines solchen Vertikalemitters die erfindungsgemäße Brillanz oder Strahlqualität bei Ausgangswellenlängen (also Wellenlänge der Laserimpulse) von größer als 900 nm, insbesondere größer als 1000 nm erreicht werden, vorzugsweise bei 1050 nm bis 1 100 nm.
Ein Festkörperlaser im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere ein laseraktives Material, welches in einem Kristallgitter oder einem anderen Wrtsmaterial eingebaut ist. Beispiele für solche Festkörperlaser sind: Neodymoder Ytterbium-dotiertes Yttrium-Aluminiumgranat (Nd:YAG, Yb:YAG). Des Weiteren kann nach anderen Ausführungsformen der Festkörperlaser auch ein Halbleiterlaser sein. Beispielsweise kann der Halbleiterlaser ein Aluminium- Galliumarsenid-Laser sein. Dieser emittiert Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von bis zu 1100 nm. Beispielsweise kann ein Halbleiterlaser ein Indium- oder ein Phosphat-dotiertes laseraktives Material umfassen. Ein solcher Halbleiterlaser emittiert Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von > 1000 nm.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spiegel in zwei unterschiedlichen Richtungen auslenkbar ist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Ausleuchtfläche oder der ausleuchtbarer Bereich durch diese zwei Richtungen aufgespannt werden kann, innerhalb welcher Objekte detektiert werden können. Insbesondere sind die zwei
Richtungen senkrecht zueinander ausgerichtet. Vorzugsweise ist ausschließlich ein Spiegel vorgesehen, der in zwei unterschiedlichen Richtungen auslenkbar ist. Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwei Spiegel vorgesehen sind, die jeweils in einer unterschiedlichen Richtung auslenkbar sind. Das heißt, dass jeder der Spiegel in jeweils einer unterschiedlichen Richtung ausgelenkt werden kann. Auch hier ist eine Ausleuchtfläche oder ein
ausleuchtbarer Bereich aufgespannt, innerhalb welcher die Objekte detektiert werden können. Da hier zwei Spiegel vorgesehen sind, die unabhängig voneinander in jeweils unterschiedlichen Richtungen ausgelenkt werden können, ist eine besonders schnelle Erfassung oder Detektion von Objekten ermöglicht. Auch hier sind die beiden Richtungen vorzugsweise senkrecht zueinander ausgerichtet. Vorzugsweise sind ausschließlich zwei Spiegel vorgesehen.
Vorzugsweise sind die beiden Spiegel jeweils ausschließlich in einer Richtung auslenkbar, wobei diese beiden Richtungen unterschiedlich sind, insbesondere senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
Nach einer Ausführungsform sind mehrere Spiegel vorgesehen, die
insbesondere gleich oder beispielsweise unterschiedlich gebildet sind.
Ausführungsformen hinsichtlich mehrerer Spiegel ergeben sich analog aus Ausführungsformen hinsichtlich eines Spiegels und umgekehrt. Erläuterungen, Merkmale und Beschreibungen im Zusammenhang mit einem Spiegel gelten analog für mehrere Spiegel und umgekehrt. Das heißt, dass bei der Verwendung des Singulars für Spiegel stets der Plural mitgelesen werden soll und umgekehrt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spiegel magnetisch und/oder piezoelektrisch auslenkbar ist. Durch eine solche magnetische und/oder piezoelektrische Auslenkbarkeit ist eine besonders gute Genauigkeit und
Schnelligkeit bei der Auslenkung gegeben.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Durchmesser des Spiegels größer gleich 1 mm, insbesondere größer gleich 3 mm, beispielsweise gleich 3,5 mm, beispielsweise zwischen 1 mm und 8 mm, insbesondere zwischen 3 mm und 5 mm, ist. Je größer der Spiegel, desto weniger groß ist die Anforderung an den Laser (zum Beispiel die Brillanz). Je größer der Spiegel, umso mehr Licht kann über den Spiegel transportiert werden (bei konstantem Wert der Brillanz). In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spiegel über mindestens einen Winkel von 20°, insbesondere 30°, auslenkbar ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Spiegel bezogen auf eine Mittelposition über mindestens +/- 10°, vorzugsweise +/- 15° auslenkbar ist. Die Auslenkbarkeit des Spiegels entspricht in der Regel dem ausleuchtbaren Bereich mittels der
Laserstrahlung. Das heißt, je größer die Auslenkbarkeit ist, desto größer ist der ausleuchtbare Bereich.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spiegel eine
Reflektivität von mindestens 80%, insbesondere von mindestens 90%, vorzugsweise von mindestens 95 %, insbesondere von mindestens 99 %, aufweist. Je höher die Reflektivität des Spiegels, desto höher ist in der Regel ein Wirkungsgrad des Fahrzeug-Lidar-Systems. Verluste an Laserstrahlung können somit in vorteilhafter Weise minimiert werden. Die Reflektivität bezieht sich insbesondere auf die Laserwellenlänge, also auf die Wellenlänge der
Laserimpulse. Das heißt, dass die vorstehenden Reflektivitäten vorzugsweise mindestens bei der Laserwellenlänge erreicht sind.
Eine solche Reflektivität kann beispielsweise bewirkt werden, indem der Spiegel nach einer Ausführungsform beschichtet ist, also eine Beschichtung aufweist, insbesondere eine optische Beschichtung. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise eine Metallbeschichtung sein. Insbesondere kann zum Bilden einer solchen Beschichtung Metall auf ein Spiegelsubstrat aufgedampft werden. Der Spiegel ist insbesondere mit einem Metall beschichtet, weist also eine Metallschicht auf, insbesondere eine aufgedampfte Metallschicht. Ein Metall kann beispielsweise Gold, Silber, Aluminium sein. Beispielsweise kann eine
Kombination der vorstehend genannten Metalle auf das Spiegelsubstrat aufgedampft sein. Das heißt, dass die Beschichtung Gold, Silber, Aluminium und/oder eine beliebige Kombination hiervon umfassen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung eine oder mehrere dielektrische Schichten umfassen. Solche dielektrischen Schichten umfassen vorzugsweise ein hochbrechendes und ein niedrigbrechendes Material. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine noch höhere Reflektivität bewirkt werden. Eine
Schichtdicke der Beschichtung kann beispielsweise maximal 1 μηι betragen. Für dielektrische Schichten können beispielsweise folgende Schichtmaterialien verwendet werden: Magnesiumfluorid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid,
Zirkoniumdioxid, Praseodym-Titanoxid, Titanoxid oder Zinksulfid oder eine Kombination hiervon. Insbesondere kann die Beschichtung mehrere Schichten umfassen, die insbesondere gleich oder vorzugsweise unterschiedlich gebildet sind. Insbesondere kann die Beschichtung als ein dichroitischer Spiegel ausgebildet sein. Ein solcher Spiegel ist ein wellenlängenselektiver Spiegel und lässt nur einen bestimmten Wellenlängenbereich durch. Ein solcher
Wellenlängenbereich kann nach einer Ausführungsform 900 nm bis 1200 nm sein. Insbesondere kann eine Schichtdicke der Beschichtung kleiner als 50 nm sein. Insbesondere können Schichtdicken der Beschichtung von 100 nm, insbesondere von einigen 100 nm, beispielsweise von bis zum 200 nm, vorgesehen sein.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spiegel als ein mikroelektromechanischer Spiegel ausgebildet ist. Das heißt, dass der mikroelektromechanische Spiegel als ein mikroelektromechanisches Element ausgebildet ist.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine
Auswerteeinrichtung gebildet ist, die ausgebildet ist, basierend auf den erfassten Laserimpulsen eine Entfernung zu einem detektierten Objekt zu bestimmen. Dies insbesondere mittels einer Laufzeitmessung der Laserimpulse.
Nach einer Ausführungsform wird das Fahrzeug-Lidar-System verwendet, um Objekte im Umfeld des Fahrzeugs zu erfassen oder zu detektieren. Insbesondere wird eine Laufzeitmessung der Laserimpulse durchgeführt. Das heißt, dass der Festkörperlaser Laserimpulse emittiert. Sofern diese Laserimpulse auf Objekte treffen, werden sie von diesen reflektiert. Dies zumindest teilweise in Richtung des Empfängers, der auch als ein Detektor bezeichnet werden kann. Basierend auf Laufzeitmessungen der Laserimpulse kann dann in an sich bekannter Weise eine Distanz zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug-Lidar-System bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Empfänger einen CMOS-kompatiblen-Bildsensor zum Erfassen der reflektierten Laserimpulse und zum Aufnehmen eines Bildes eines mittels der abgelenkten Laserimpulse ausleuchtbaren Bereichs umfasst. Diese Ausführungsform umfasst also insbesondere den Gedanken, einen Empfänger (, der auch als Detektor bezeichnet werden kann) zum Detektieren der von den Objekten reflektierten Laserimpulse vorzusehen, wobei der Empfänger einen CMOS-kompatiblen-
Bildsensor umfasst, der sowohl die reflektierten Laserimpulse erfassen als auch ein Bild eines mittels der abgelenkten Laserimpulse ausleuchtbaren Bereichs aufnehmen kann. Der erfindungsgemäße CMOS-kompatible-Bildsensor weist somit eine Doppelfunktion auf: Erfassen der reflektierten Laserimpulse und Aufnehmen eines Bildes. Es ist somit nur ein einziger Sensor notwendig, um sowohl eine Lidar-Funktion (insbesondere für eine Entfernungsmessung) als auch eine Bilderfassungsfunktion bereitzustellen. Im Gegensatz dazu sind im bekannten Stand der Technik zwei Sensoren notwendig, damit die vorstehend genannten Funktionen bewirkt oder bereitgestellt werden können. Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Lidar-System ist somit im Vergleich zu den bekannten Systemen kleiner und kompakter und kann deswegen in einem kleineren Einbauraum eingebaut werden.
Nach einer Ausführungsform ist der CMOS-kompatible-Bildsensor ein CMOS- Bildsensor.
Bei einem CMOS Bildsensor kann der CMOS Prozess ohne Abwandlung und/ oder Modifikation verwendet werden. Bei einem CMOS kompatiblen Bildsensor ist der CMOS Grundprozess anzuwenden, aber Änderungen im Prozess (Modifikation, neuer Prozessschritt ... ) sind möglich. Das heißt, dass der CMOS-
Bildsensor im CMOS-Prozess gefertigt ist. Der CMOS kompatible Bildsensor wurde zumindest teilweise im CMOS-Prozess gefertigt, basiert also auf dem CMOS-Fertigungsprozess, wobei gegenüber dem CMOS-Fertigungsprozess Änderungen und/oder Neuerungen in der Fertigung des CMOS kompatiblen Bildsensors durchgeführt wurden.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der CMOS-kompatible- Bildsensor mehrere Pixel umfasst und wobei eine Auswerteelektronik vorgesehen ist, die ausgebildet ist, Signale der Pixel des CMOS-kompatiblen- Bildsensors auszulesen und basierend auf den ausgelesenen Signalen eine Entfernung zu einem detektierten Objekt zu ermitteln. Dadurch wird
insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass für jeden Pixel eine
entsprechende Laufzeitmessung der Laserimpulse durchgeführt werden kann. Das heißt, dass jedes Pixelsignal an sich verwendet werden kann, um die Entfernung zu einem detektierten Objekt zu ermitteln. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Gruppe von Pixeln ausgelesen wird, wobei die
ausgelesenen Signale der Gruppe dieser Pixel verwendet wird, um eine
Entfernung zu einem detektierten Objekt zu ermitteln. Es wird somit in
vorteilhafter Weise eine sogenannte "Time of Flight (TOF)"-Messung
durchgeführt, auf Deutsch eine Laufzeitmessung.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein optisches Element zum Abbilden des ausleuchtbaren Bereichs auf den CMOS-kompatiblen- Bildsensor vorgesehen ist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der ausleuchtbare Bereich optimal auf den CMOS-kompatiblen-
Bildsensor abgebildet werden kann, sodass der CMOS-kompatiblen-Bildsensor den gesamten ausleuchtbaren Bereich erfassen und insofern Objekte, die sich in diesem ausleuchtbaren Bereich befinden, auch detektieren kann. Das optische Element ist beispielsweise eine Linse oder ein Spiegel, beispielsweise ein Parabolspiegel. Vorzugsweise sind mehrere optische Elemente vorgesehen, die insbesondere gleich oder unterschiedlich gebildet sind.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das optische Element eine Transmission von mindestens 95%, vorzugsweise > 99%, für einen
Wellenlängenbereich aufweist, der der Laserwellenlänge plus minus < 20 nm, vorzugsweise plus minus < 10 nm, entspricht, wobei die Transmission für Wellenlängen außerhalb des Wellenlängenbereichs kleiner als 50%,
vorzugsweise kleiner 20%, ist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis gesteigert werden kann.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der CMOS-kompatible- Bildsensor ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mindestens 900 nm, vorzugsweise von mindestens 1000 nm, zu detektieren. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der CMOS- kompatible-Bildsensor auch Laserimpulse erfassen kann, die eine Wellenlänge von mindestens 900 nm aufweisen. In diesem Wellenlängenbereich größer als 900 nm ist üblicherweise die Empfindlichkeit gegenüber einer Beschädigung des Auges für diese elektromagnetische Strahlung verringert, sodass bei der Verwendung des Fahrzeug-Lidar-Systems in der Regel keine Gefahr für Verkehrsteilnehmer im Umfeld des Fahrzeugs ausgeht.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der CMOS-kompatible- Bildsensor als Sensormaterial dotiertes und/oder oberflächenmodifiziertes Silizium aufweist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein solches Silizium für Wellenlängen größer als 1000 nm empfindlicher ist im Vergleich zu undotiertem oder nicht oberflächenmodifiziertem Silizium.
Solches Silizium ist beispielsweise als schwarzes Silizium (black Silicon) oder als rosa Silizium (pink Silicon) bekannt. Als Dotand kann beispielsweise Schwefel vorgesehen sein.
Bei einer Oberflächenmodifikation wird eine Reflektivität durch einen
Brechzahlsprung von Luft zu Silizium stark reduziert, sodass mehr eintreffende Photonen in den Bildsensor eindringen und dann entsprechend detektiert werden können. Die Oberflächenmodifikation wird beispielsweise mittels einer
Strukturierung mittels kurzer Laserimpulse durchgeführt. Diese Laserimpulse weisen beispielsweise eine Impulsdauer von < 10 ns, beispielsweise von < 1 ns, auf. Beispielsweise kann eine Oberflächenmodifikation mittels einer
Beschichtung durchgeführt werden. Das heißt, dass das Silizium beschichtet ist. Durch eine Dotierung des Siliziums wird insbesondere der technische Effekt bewirkt, dass dadurch eine Absorptionswahrscheinlichkeit für Photonen erhöht wird, sodass eine Empfindlichkeit des Detektors auch bei längeren Wellenlängen gesteigert wird. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 ein Fahrzeug-Lidar-System.
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug-Lidar-System 101. Das System 101 umfasst einen Festkörperlaser 103, der als ein
Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) ausgebildet ist. Das Bezugszeichen 103 zeigt einmal mittels eines Pfeils auf ein Schaltzeichen, der den Festkörperlaser symbolisch darstellen soll. Des Weiteren zeigt das
Bezugszeichen 103 auf eine geschweifte Klammer, die einen detaillierteren Aufbau des Vertikalresonatoroberflächenemissionslasers zeigt. Der VCSEL 103 kann bei entsprechender Anregung Laserimpulse emittieren.
Ferner umfasst das System 101 einen Spiegel 105, der als
mikroelektromechanisches Element ausgebildet ist. Ein solcher Spiegel kann auch als ein MEMS-Spiegel bezeichnet werden. Der Spiegel 105 ist auslenkbar angeordnet. Der Spiegel 105 lenkt die Laserimpulse des Festkörperlasers 103 ab in Richtung zu detektierender Objekte. Ein solches Objekt ist hier exemplarisch mit dem Bezugszeichen 11 1 gekennzeichnet. Aufgrund der Auslenkbarkeit des Spiegels 105 kann mittels der abgelenkten Laserimpulse ein ausleuchtbarer Bereich ausgebildet werden. Im Englischen wird ein solcher ausleuchtbarer Bereich auch als ein "field of view" bezeichnet. Wenn sich Objekte, hier als Beispiel das Objekt 11 1 , innerhalb des ausleuchtbaren Bereichs befinden, so können diese mittels des Fahrzeug-Lidar-Systems erfasst werden.
Der Festkörperlaser 103 umfasst einen Vertikalemitter 109 mit einer Kavität 107, aus der Laserimpulse ausgekoppelt werden. Die ausgekoppelten Laserimpulse sind lediglich symbolisch mittels eines Pfeils mit dem Bezugszeichen 108 gekennzeichnet.
Wenn sich der Spiegel 105 in seiner Mittelposition befindet, so wird die von dem Spiegel 105 reflektierte Laserstrahlung mit einem durchzogenen Pfeil mit dem Bezugszeichen 110 gekennzeichnet. Wenn sich der Spiegel 105 in seinen maximal möglichen Auslenkpositionen befindet, so wird die reflektierte
Laserstrahlung mittels zweier gestrichelter Pfeile mit den Bezugszeichen 110a und 1 10b gekennzeichnet. Laserstrahlung (also die Laserimpulse), welches mittels des Spiegels 105 auf das Objekt 1 11 abgelenkt wird, ist mit einem durchzogenen Pfeil mit dem Bezugszeichen 112 gekennzeichnet. Von dort, also von dem Objekt 11 1 , wird die Laserstrahlung, also die Laserimpulse, in Richtung eines Empfängers oder Detektors 113 des Systems 101 reflektiert. Diese reflektierte Laserstrahlung ist symbolisch mittels eines gestrichelten Pfeils mit dem Bezugszeichen 114 gekennzeichnet. Bezogen auf die Laufrichtung der Laserstrahlung 1 14 vor dem Detektor oder Empfänger 1 13 ist ein Filter 1 15 vorgesehen, sodass nur elektromagnetische Strahlung mit einer dem Filter entsprechenden Wellenlänge zum Empfänger 1 13 durchgelassen wird. Hierbei ist das Filter 1 15 für einen Wellenlängenbereich von plus minus < 20nm, vorzugsweise plus minus < 10 nm, um die Laserwellenlänge durchlässig und für die weiteren Wellenlängen (also nicht die Laserwellenlänge umfassend die vorstehend genannten plus minus-Bereiche) durchlässig mit < 50%, vorzugsweise < 20%.
Der Empfänger 113 ist analog zum Festkörperlaser 103 ebenfalls mittels eines Schaltzeichens symbolisch dargestellt. Der Empfänger 1 13 kann beispielsweise einen Indium-Galliumarsenid-Sensor umfassen oder eine PIN-Diode oder eine Avalanche-Photodiode.„PIN" steht für„positive intrinsic negative diode".
Es ist somit in vorteilhafter Weise eine Laufzeitmessung der Laserimpulse ermöglicht, sodass ein Abstand 117 zwischen dem Objekt 1 11 und dem System 101 ermittelt oder bestimmt werden kann.
Der Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser 103 weist eine Brillanz von mindestens 100 kW/(mm2 sr) auf und emittiert Laserimpulse mit einer
Wellenlänge von mindestens 900 nm, vorzugsweise zwischen 1000 nm bis 1100 nm. Ferner beträgt eine maximale Leistung pro Laserimpuls mindestens 50 W, vorzugsweise zwischen 50 W und 100 W, insbesondere 100 W. Solche hohen Strahlqualitäten oder Brillanzen können beispielsweise wie folgt realisiert oder bewirkt werden.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Resonatorlänge (Kavität) vergrößert wird. Dadurch können weniger transversale Moden anschwingen, was einen positiven Einfluss auf die Strahlqualität oder Brillanz hat. Zusätzlich oder anstelle der Verlängerung der Kavität ist vorzugsweise eine Doppel-Kavität vorgesehen. Bei einer solchen Doppel-Kavität wird nicht nur ein Auskoppelspiegel für den Resonator verwendet, sondern zwei. Vorzugsweise weist der innere Spiegel der Doppel-Kavität eine geringere Reflektivität für die Laserwellenlänge auf im Vergleich zu dem äußeren Auskoppelspiegel der Doppel-Kavität. Auch bei einer solchen Doppel-Kavität wird durch eine entsprechende Auslegung dieser Doppel- Kavität das Anschwingen von höheren transversalen Moden erschwert, was in vorteilhafter Weise eine Strahlqualität oder Brillanz erhöht. Die Doppel-Kavität wird im Englischen in der Regel als "coupled cavity" bezeichnet.

Claims

Fahrzeug-Lidar-System (101), umfassend:
- einen Festkörperlaser (103) mit einer Brillanz von mindestens 100 kW/(mm2 sr), der ausgebildet ist, Laserimpulse mit einer Wellenlänge von mindestens 900 nm und einer maximalen Leistung pro
Laserimpuls von mindestens 50 W zu emittieren,
- zumindest einen auslenkbar angeordneten Spiegel (105) zum
Ablenken der Laserimpulse in Richtung zu detektierender Objekte (1 1 1),
- einen Empfänger (1 13) zum Detektieren der von den Objekten (11 1) reflektierten Laserimpulse.
Fahrzeug-Lidar-System (101) nach Anspruch 1 , wobei der Festkörperlaser (103) als ein Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (103) ausgebildet ist.
Fahrzeug-Lidar-System (101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Spiegel (105) in zwei unterschiedlichen Richtungen auslenkbar ist.
Fahrzeug-Lidar-System (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwei Spiegel vorgesehen sind, die jeweils in einer unterschiedlichen Richtung auslenkbar sind.
Fahrzeug-Lidar-System (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Spiegel (105) magnetisch und/oder piezoelektrisch auslenkbar ist.
Fahrzeug-Lidar-System (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Durchmesser des Spiegels (105) größer gleich 1 mm, insbesondere größer gleich 3 mm, ist.
7. Fahrzeug-Lidar-System (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Spiegel (105) über mindestens einen Winkel von 20°, insbesondere 30°, auslenkbar ist
8. Fahrzeug-Lidar-System (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Spiegel (105) eine Reflektivität von mindestens 80 %, insbesondere von mindestens 90 %, aufweist.
9. Fahrzeug-Lidar-System (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Spiegel (105) als ein mikroelektromechanischer Spiegel (105) ausgebildet ist.
10. Verwendung des Fahrzeug-Lidar-Systems (101) nach einem der vorherigen Ansprüche zum Erfassen von Objekten (11 1) im Umfeld eines Fahrzeugs.
EP15727593.4A 2014-06-11 2015-05-26 Fahrzeug-lidar-system Withdrawn EP3155449A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014211073.4A DE102014211073A1 (de) 2014-06-11 2014-06-11 Fahrzeug-Lidar-System
PCT/EP2015/061539 WO2015189024A1 (de) 2014-06-11 2015-05-26 Fahrzeug-lidar-system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3155449A1 true EP3155449A1 (de) 2017-04-19

Family

ID=53365989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP15727593.4A Withdrawn EP3155449A1 (de) 2014-06-11 2015-05-26 Fahrzeug-lidar-system

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10386488B2 (de)
EP (1) EP3155449A1 (de)
JP (1) JP2017525940A (de)
KR (1) KR20170010064A (de)
CN (1) CN106461784A (de)
DE (1) DE102014211073A1 (de)
WO (1) WO2015189024A1 (de)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9880267B2 (en) 2015-09-04 2018-01-30 Microvision, Inc. Hybrid data acquisition in scanned beam display
US10503265B2 (en) 2015-09-08 2019-12-10 Microvision, Inc. Mixed-mode depth detection
US10145680B2 (en) 2016-08-12 2018-12-04 Microvision, Inc. Devices and methods for providing depth mapping with scanning laser image projection
US9766060B1 (en) 2016-08-12 2017-09-19 Microvision, Inc. Devices and methods for adjustable resolution depth mapping
US10200683B2 (en) 2016-12-21 2019-02-05 Microvision, Inc. Devices and methods for providing foveated scanning laser image projection with depth mapping
DE102017200803A1 (de) 2017-01-19 2018-07-19 Robert Bosch Gmbh Überwachungsvorrichtung eines Lidarsystems
DE102017206923B4 (de) * 2017-04-25 2020-12-31 Robert Bosch Gmbh Steuerung einer gerichteten Lichtquelle
DE102017208052A1 (de) * 2017-05-12 2018-11-15 Robert Bosch Gmbh Senderoptik für ein LiDAR-System, optische Anordnung für ein LiDAR-System, LiDAR-System und Arbeitsvorrichtung
DE102017208736A1 (de) * 2017-05-23 2018-11-29 Robert Bosch Gmbh LIDAR-Vorrichtung mit erhöhter Abtastfrequenz und Verfahren zum Abtasten eines Abtastbereiches
DE102017208898A1 (de) * 2017-05-26 2018-11-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastbereiches durch Strahlen mit angepasster Wellenlänge
US11163042B2 (en) 2017-06-06 2021-11-02 Microvision, Inc. Scanned beam display with multiple detector rangefinding
DE102017219502A1 (de) * 2017-11-02 2019-05-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
DE102018201506A1 (de) 2018-02-01 2019-08-01 Robert Bosch Gmbh Sendeeinheit und LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastbereichs
US10627487B2 (en) * 2018-02-10 2020-04-21 Delphi Technologies, Llc Enclosure
CN108761421A (zh) * 2018-03-20 2018-11-06 深圳市速腾聚创科技有限公司 一种固态激光雷达
CN108318873A (zh) * 2018-03-20 2018-07-24 深圳市速腾聚创科技有限公司 一种固态激光雷达
DE102018112071A1 (de) 2018-05-18 2019-11-21 Jenoptik Optical Systems Gmbh LIDAR-Objektiv
KR20200009757A (ko) * 2018-07-20 2020-01-30 현대모비스 주식회사 라이다 시스템 및 그의 동작 방법
CN109623852B (zh) * 2019-01-10 2024-03-29 苏州苏相机器人智能装备有限公司 一种悬崖探测传感装置以及移动服务机器人
US11796643B2 (en) 2019-05-30 2023-10-24 Microvision, Inc. Adaptive LIDAR scanning methods
US11754682B2 (en) 2019-05-30 2023-09-12 Microvision, Inc. LIDAR system with spatial beam combining
US11828881B2 (en) 2019-05-30 2023-11-28 Microvision, Inc. Steered LIDAR system with arrayed receiver
US11480660B2 (en) 2019-07-09 2022-10-25 Microvision, Inc. Arrayed MEMS mirrors for large aperture applications
US11579256B2 (en) 2019-07-11 2023-02-14 Microvision, Inc. Variable phase scanning lidar system
US11556000B1 (en) 2019-08-22 2023-01-17 Red Creamery Llc Distally-actuated scanning mirror
DE102019131000B3 (de) 2019-11-15 2020-10-01 Jenoptik Optical Systems Gmbh Objektiv, Verwendung eines Objektivs und Messsystem
DE102019131001B3 (de) 2019-11-15 2020-10-08 Jenoptik Optical Systems Gmbh Objektiv, Verwendung eines Objektivs und Messsystem
DE102020115494B3 (de) 2020-05-19 2021-04-22 Jenoptik Optical Systems Gmbh Objektiv, Verwendung eınes Objektivs, Messsystem mit einem Objektiv sowie Verwendung einer biasphärischen Kunststofflinse in einem Objektiv

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07280939A (ja) 1994-04-13 1995-10-27 Nippondenso Co Ltd 反射測定装置
JPH10325872A (ja) * 1997-05-23 1998-12-08 Mitsubishi Electric Corp 光レーダ装置
US8676383B2 (en) 2002-12-23 2014-03-18 Applied Biosystems, Llc Device for carrying out chemical or biological reactions
JP2006078457A (ja) * 2004-09-06 2006-03-23 Oputouea Kk 高さ測定を有する基板検査装置
US7544945B2 (en) 2006-02-06 2009-06-09 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) array laser scanner
US8027029B2 (en) * 2007-11-07 2011-09-27 Magna Electronics Inc. Object detection and tracking system
JP5257053B2 (ja) * 2008-12-24 2013-08-07 株式会社豊田中央研究所 光走査装置及びレーザレーダ装置
US8665439B2 (en) * 2009-06-30 2014-03-04 Microbix Biosystems, Inc. Method and apparatus for limiting effects of refraction in cytometry
EP2315045B1 (de) * 2009-10-22 2012-08-01 Sick Ag Messung von Entfernungen oder Entfernungsänderungen
DE102010005993B4 (de) 2010-01-27 2016-10-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Laserscanner-Einrichtung und Verfahren zur dreidimensionalen berührungslosen Umgebungserfassung mit einer Laserscanner-Einrichtung
US20110305256A1 (en) * 2010-03-05 2011-12-15 TeraDiode, Inc. Wavelength beam combining based laser pumps
JP5707962B2 (ja) * 2011-01-20 2015-04-30 株式会社リコー 障害物検知装置
AU2013219966B2 (en) * 2012-02-15 2015-04-02 Apple Inc. Scanning depth engine
CN103457158A (zh) 2012-05-31 2013-12-18 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种TM偏振的GaAsP/GaInP有源区808nm量子阱激光器
EP2856260A1 (de) * 2012-06-01 2015-04-08 ASML Netherlands BV Anordnung zur modifizierung der eigenschaften einer vielzahl von strahlenbündeln, lithografische vorrichtung, verfahren zur modifizierung der eigenschaften einer vielzahl von strahlenbündeln und vorrichtungsherstellungsverfahren
CN103760025B (zh) * 2014-02-10 2016-10-05 深圳三思纵横科技股份有限公司 引伸计及其测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JEAN-FRANCOIS SEURIN ET AL: "High-power high-efficiency 2D VCSEL arrays", PROCEEDINGS OF SPIE, vol. 6908, 29 January 2008 (2008-01-29), US, pages 1 - 14, XP055416515, ISBN: 978-1-5106-1533-5, DOI: 10.1117/12.774126 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015189024A1 (de) 2015-12-17
CN106461784A (zh) 2017-02-22
JP2017525940A (ja) 2017-09-07
US10386488B2 (en) 2019-08-20
US20170090034A1 (en) 2017-03-30
DE102014211073A1 (de) 2015-12-17
KR20170010064A (ko) 2017-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3155449A1 (de) Fahrzeug-lidar-system
EP3155450A1 (de) Fahrzeug-lidar-system
EP2910969B1 (de) Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Objekterfassung in einem Überwachungsbereich
DE102016213446B4 (de) Optisches System zur Erfassung eines Abtastfelds
EP3415950B1 (de) Distanzmesser mit spad-anordnung und range walk kompensation
EP2476013B1 (de) Photonendetektor mit paralysierbarem photonen-empfindlichem element, insbesondere spad, sowie entfernungsmessgerät mit solchem photonendetektor
DE112017004806T5 (de) Optisches system zur sammlung von entfernungsinformationen in einem feld
DE212017000247U1 (de) LiDAR-Vorrichtung
EP2708914A1 (de) Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung einer Tiefenkarte
DE102011005740A1 (de) Messvorrichtung zur Messung einer Entfernung zwischen der Messvorrichtung und einem Zielobjekt mit Hilfe optischer Messstrahlung
DE212017000248U1 (de) LiDAR-Vorrichtung
DE202014100836U1 (de) Optoelektronischer Sensor zur Objekterfassung in einem Überwachungsbereich
DE202013105389U1 (de) Optoelektronischer Sensor mit im Geiger-Modus betriebenen Lawinenphotodiodenelementen
WO2014060156A1 (de) Optoelektronische detektionseinrichtung mit reduzierter energieaufnahme, kraftfahrzeug und entsprechendes verfahren
DE102017213729B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung eines Detektionssignals für zu detektierende Objekte
WO2022058577A1 (de) Optische messvorrichtung zur ortsaufgelösten abstandsbestimmung
US7548367B2 (en) Laser active optronic system with improved detectivity
DE102018213377A1 (de) Spektrometer und Verfahren zur Kalibrierung des Spektrometers
WO2019141646A1 (de) Optisches sensorsystem, insbesondere für ein lidar-system in einem fahrzeug, und verfahren zum betreiben desselben
DE102017207571A1 (de) Sensorvorrichtung mit einer Optikeinrichtung und Abrasterverfahren
DE102022204772A1 (de) Lidarsensor
DE102020200618A1 (de) LiDAR-Sendeanordnung, LiDAR-System und Fahrzeug
DE202022101298U1 (de) Optisches Empfangselement
DE102019129303A1 (de) Scanvorrichtung zum Auslesen einer belichteten Speicherfolie
AT508504A1 (de) Vorrichtung zur entfernungsmessung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20170111

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ROBERT BOSCH GMBH

17Q First examination report despatched

Effective date: 20200512

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20200923