EP3397992A1 - Deflection device for a lidar sensor - Google Patents

Deflection device for a lidar sensor

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Publication number
EP3397992A1
EP3397992A1 EP16797532.5A EP16797532A EP3397992A1 EP 3397992 A1 EP3397992 A1 EP 3397992A1 EP 16797532 A EP16797532 A EP 16797532A EP 3397992 A1 EP3397992 A1 EP 3397992A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
deflection device
view
field
optical
lidar sensor
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.)
Pending
Application number
EP16797532.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Kaestner
Siegwart Bogatscher
Hans-Jochen Schwarz
Jan Sparbert
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 EP3397992A1 publication Critical patent/EP3397992A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
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    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning

Definitions

  • the invention relates to a deflection device for a lidar sensor.
  • the invention further relates to a lidar sensor.
  • the invention further relates to a method for producing a deflection device for a lidar sensor.
  • lidar sensors for example in the motor vehicle sector
  • a deflecting mirror or transmission optics
  • the mirror or an imaging end can be a plane or "simply” curved surface.
  • An object of the invention is to provide an improved deflection device for a lidar sensor.
  • the invention provides a deflection device for a lidar sensor, comprising:
  • the deflection device is designed to illuminate a field of view of the lidar sensor defined
  • an illumination region of the lidar sensor can be specifically expanded, wherein in particular a limited possibility of movement of a movable micromirror can be supplemented.
  • This makes it possible to illuminate peripheral areas of a field of view that are not high resolution but are able to detect the presence of objects or people in the peripheral areas.
  • a safety of a motor vehicle with a lidar sensor with the proposed deflection device can be advantageously increased in this way.
  • the object is achieved with a method for producing a deflection device for a lidar sensor, comprising the steps:
  • optical placement element is arranged in relation to the main optical element such that a defined field of view can be illuminated by means of the deflection device;
  • Preferred embodiments of the deflection device are the subject of dependent claims.
  • a preferred embodiment of the deflection device is characterized in that the optical placement element is arranged in a corner region of the main optical element. Thereby, a specifically definable extension of a main illumination area of the main optical element can be provided. Furthermore, it is advantageously supported that areas must be misplaced or resorted to the smallest possible angle.
  • a further preferred embodiment of the deflection device is characterized in that a horizontal extension of the field of view can be expanded by means of the optical placement element.
  • a detection range of a lidar sensor can advantageously be extended, whereby a safety level of a motor vehicle is advantageously increased.
  • a further preferred embodiment of the illumination device is characterized in that pixels of the field of view placed by means of the optical placement element are elongated. This way, an advantageous extension of a detection range of the lidar sensor can be realized because, although the resolution is not high by means of the elongated pixels, there is a possibility of detecting moving objects. In this way, safety and assistance systems in motor vehicles can be adapted accordingly.
  • a further preferred embodiment of the deflection device is characterized in that the optical placement element is designed as a reflective, or as a refractive or as a diffractive optical element. This supports the fact that various optical principles can be used to realize targeted formations of the field of view.
  • a further preferred embodiment of the deflection device is characterized in that the deflection device has a reflective and / or a refractive and / or as a diffractive optical placement element. This supports the fact that various optical principles can be used to realize targeted formations of the field of view.
  • a further preferred embodiment of the deflecting device is characterized in that the deflecting device has properties which place it only at a defined distance between the deflecting device and the field of view.
  • the deflecting device has properties which place it only at a defined distance between the deflecting device and the field of view.
  • Disclosed device features result analogously from corresponding disclosed method features and vice versa. This means, in particular, that features, technical advantages and designs relating to the deflection device result analogously from corresponding embodiments, features and advantages of the method for producing the deflection device and vice versa.
  • FIG. 1 shows a lighting device with a conventional deflection device for a lidar sensor
  • FIG. 2 shows a further illumination device with a further conventional deflection device for a lidar sensor
  • 3-5 different exemplary fields of view or illumination areas which can be realized with the proposed deflection device; a lighting device with a first embodiment of a deflecting device for a lidar sensor; a lighting device with a second embodiment ei ner deflection for a Lidarsensor; a schematic representation of a principal mode of operation of the deflection device; and a basic procedure of an embodiment of a method for producing a deflection device for a lidar sensor.
  • Description of embodiments 1 shows in principle a structure of a lighting device 100 with a conventional deflection device 30 for a lidar sensor.
  • the illumination device 100 comprises a radiation generation device 10, preferably a laser, which emits an electromagnetic emission beam S in the form of light onto a movable micromirror 20.
  • the micromirror 20 reflects the transmission beam S onto the deflection device 30 in the form of a reflecting mirror, which illuminates a field of view (FOV) 200.
  • FOV field of view
  • a basic shape of the field of view 200 essentially corresponds to a basic shape of the deflection device 30.
  • the transmission beam S is guided over the deflection device 30 and thereby illuminates the entire field of view 200.
  • the transmission beam S is reflected, wherein reflected radiation is detected and used to determine a distance of the object.
  • FIG. 1 shows a deflection device 30 according to the reflection principle.
  • FIG. 2 shows a further illumination device 100 with a further conventional deflection device 30, which is designed according to the transmission principle.
  • the deflection device 30 consists of a transmission optical system, which has for the transmit beam S in the middle of merging and spreading at the edge or widening properties.
  • the central region A of the field of view 200 has round image or scan points P and the edge regions B, C of the field of view 200 spread or oblong oval image or image Have scan points P.
  • Reception optics of Lidarsensors be realized, which allows any redistribution and change in shape of scan points P in the field of view 200.
  • the predetermined by a deflection unit in the form of the movable micromirror 20 "mechanical" field of view is mounted by a mounted in the optical path adapted optical element such that the pixels arise in an actually interesting detection area.
  • optical element reflective (e.g., mirrors), refractive (e.g., transmission optics), diffractive (e.g., diffractive optical element, DOE).
  • reflective e.g., mirrors
  • refractive e.g., transmission optics
  • diffractive e.g., diffractive optical element, DOE
  • the edge area of the field of view 200 is not needed in a high resolution.
  • a lidar sensor with the deflection device in the motor vehicle for example, it is important that vehicles are detected at an early time in a driving tube of the vehicle. The closer the Einscherer, the more dangerous this is for the ego vehicle. The closer the Einscherer is to the ego vehicle, the larger it appears as an object. Since it is a large object, it will fill the entire vertical field of view. Therefore, a high vertical resolution is not required in this case. Much more important is the extension of the horizontal field of view of the fiber optic sensor. In the center of the image, all vertical pixels are then again recorded in accordance with the mechanical field of view, in order to enable as high a resolution as possible object detection or free area detection.
  • FIGS. 3 to 5 show different possibilities of the changes of the
  • Field of view 200 in particular to a horizontal expansion of the field of view 200.
  • a number of pixels P of the modified field of view 200 is preferably the same as a number of pixels P of the original field of view 100 in all variants shown.
  • FIG. 3 shows on the left a conventional field of view 200, as can be realized, for example, with a deflection device 30 of FIG.
  • a modified field of view 200 can be seen, in which pixels P are missing in the upper area, which are added to the left and right in the middle area.
  • FIG. 4 shows a further variant of a modified field of view 200.
  • the top and bottom lines of the pixels P of the field of view 200 are added offset to the top and bottom of the field of view 200.
  • FIG. 5 shows a further variant of a modified field of view 200, wherein in this variant regions with pixels P are inserted to the left and right of the main field. be added, which are spread in the vertical direction. In this way, low vertical sensitivity and increased horizontal sensitivity of the illumination device 100 (not shown) are supported. In this way, with all the aforementioned modified fields of view 200 a
  • Detecting regions left and right beyond the source region of the field of view 200 which means a horizontal extension of the field of view 200.
  • a lidar system with a wider field of vision or detection area is made possible, which is better able to detect, in particular, moving objects.
  • FIG. 6 shows an illumination device 100 with a first embodiment of a deflection device 30 for a lidar sensor. It can be seen that the deflection device 30 comprises a main optical element 31 and optical placement elements 32a, 32b, which serve as optical wedge-shaped optics to the optical
  • Main element 32 are added or integrated into this. As a result, this provides a kind of "split" optic of the redirector 30. In this way, an upper placement element 32a assists in illuminating a left area 200a of the field of view 200. A lower placement element 32b allows a transmit beam to cover the right area 200b of the field of view 200. As a result, it is made possible that the overall field of view is expanded horizontally.
  • FIG. 7 shows an illumination device 100 having a radiation generating device 10 with a further embodiment of a proposed deflection device 30. It can be seen that a total of four positioning elements 32a... 32d are provided, which are arranged in corner regions of the deflection device 30, the corner regions of Field of view 200 (not shown) illuminate. Any desired transformation of "mechanical" into “real" detection regions (rectangular to round, etc.) via reflective optical elements is possible with the deflection devices 30 mentioned, whose reflection region can be a defined geometric or defined free-form optical surface. In order to implement the desired effects, a defined number of reflective, and / or transmissive and / or diffraction-changing elements can be used. the. Furthermore, for this purpose, any combination of said elements is possible.
  • the deflection device 30 shows, in principle, that a defined minimum distance z2 of the field of view 200 from the deflection device 30 is required for achieving the proposed effect of the deflection device 30.
  • the distance z1 is too small, the areas A, B, C of the field of view 200 are arranged overlapping each other ("near zone") .Almost in the "far range” at a distance z2 which is approximately ten times the geometric diameter x of the deflection device 30, the areas A, B, C of the field of view 200 become separately visible.
  • the deflection device 30 can be formed as a one-piece device having separate or integrally formed placement elements 32a ... 32d.
  • FIG. 9 shows a basic sequence of an embodiment of the proposed method for producing a deflecting device 30 for a lidar sensor.
  • a main optical element 30 is provided.
  • a step 310 at least one optical placement element 32a ... 32d is provided.
  • the optical placement element 31 a ... 31 d is arranged in relation to the main optical element 30 in such a way that a defined field of view 200 can be illuminated by means of the deflection device 30, a defined number of times being determined by means of the optical placement element 32 a Pixel of the field of view is defined placeable.
  • the order of providing the main optical element 30 and the at least one optical placement element 32a ... 32d is freely selectable.
  • the present invention provides an improved deflection device for a lidar sensor, with which various possibilities for light redistribution in lidar systems can be realized, the deflection device permitting an expansion of the limited possibilities of micromirror movement.
  • the lidar sensor with the proposed deflection device can preferably be used in the automotive sector for distance and speed measurement of objects.
  • an improved lidar sensor can be realized, which provides a specifically extended detection range and can thereby significantly increase a safety level of the motor vehicle.
  • a preconditioning of a brake booster or another assistance system of the motor vehicle is undertaken.

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Abstract

The invention relates to a deflection device (30) for a Lidar sensor, comprising: - an optical main element (30); and - at least one optical placement element (32a...32d); - wherein the deflection device (30) is designed to illuminate in a defined manner a field of view (200) of the Lidar sensor; - wherein a defined number of image points (P) of the field of view (200) can be placed in a defined manner by means of the optical placement element (32a...32d).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor  Deflection device for a lidar sensor
Die Erfindung betrifft eine Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Lidarsensor. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor. The invention relates to a deflection device for a lidar sensor. The invention further relates to a lidar sensor. The invention further relates to a method for producing a deflection device for a lidar sensor.
Stand der Technik State of the art
Im Stand der Technik sind Lidarsensoren (zum Beispiel im Kraftfahrzeugbereich) bekannt, die über einen Umlenkspiegel (oder eine Transmissionsoptik) ein Sendelicht in die Umgebung leiten und dabei reflektierte Strahlung erfassen. Dabei kann der Spiegel bzw. eine Abbildende eine ebene oder„einfach" gekrümmte Fläche sein. In the prior art, lidar sensors (for example in the motor vehicle sector) are known, which conduct a transmitted light into the environment via a deflecting mirror (or transmission optics) and thereby detect reflected radiation. In this case, the mirror or an imaging end can be a plane or "simply" curved surface.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist eine Bereitstellung einer verbesserten Umlenkein- richtung für einen Lidarsensor. An object of the invention is to provide an improved deflection device for a lidar sensor.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor, aufweisend: According to a first aspect, the invention provides a deflection device for a lidar sensor, comprising:
ein optisches Hauptelement; und  an optical main element; and
- wenigstens ein optisches Platzierelement;  - At least one optical placement element;
wobei die Umlenkeinrichtung ausgebildet sind, ein Sichtfeld des Lidar- sensors definiert auszuleuchten;  wherein the deflection device is designed to illuminate a field of view of the lidar sensor defined;
wobei mittels des optischen Platzierelements eine definierte Anzahl von Bildpunkten des Sichtfelds definiert platzierbar ist. Dadurch ist vorteilhaft unterstützt, dass ein Ausleuchtbereich des Lidarsensors spezifisch erweiterbar ist, wobei insbesondere eine beschränkte Bewegungsmöglichkeit eines beweglichen Mikrospiegels ergänzt werden kann. Dadurch ist es möglich, Randbereiche eines Sichtfelds auszuleuchten, die zwar nicht hoch auflösend sind, aber in der Lage sind, ein Vorhandensein von Objekten oder Personen in den Randbereichen zu erkennen. Eine Sicherheit eines Kraftfahrzeugs mit einem Lidarsensor mit der vorgeschlagenen Umlenkeinrichtung kann auf diese Weise vorteilhaft erhöht sein. wherein a defined number of pixels of the field of view can be placed in a defined manner by means of the optical placement element. As a result, it is advantageously supported that an illumination region of the lidar sensor can be specifically expanded, wherein in particular a limited possibility of movement of a movable micromirror can be supplemented. This makes it possible to illuminate peripheral areas of a field of view that are not high resolution but are able to detect the presence of objects or people in the peripheral areas. A safety of a motor vehicle with a lidar sensor with the proposed deflection device can be advantageously increased in this way.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor, aufweisend die Schritte: According to a second aspect, the object is achieved with a method for producing a deflection device for a lidar sensor, comprising the steps:
Bereitstellen eines optischen Hauptelements;  Providing an optical main element;
Bereitstellen von wenigstens einem optischen Platzierelement;  Providing at least one optical placement element;
wobei das optische Platzierelement in Relation zum optischen Hauptelement derart angeordnet wird, dass mittels der Umlenkeinrichtung ein definiertes Sichtfeld ausleuchtbar ist;  wherein the optical placement element is arranged in relation to the main optical element such that a defined field of view can be illuminated by means of the deflection device;
wobei mittels des optischen Platzierelements eine definierte Anzahl von Bildpunkten des Sichtfelds definiert platzierbar ist.  wherein a defined number of pixels of the field of view can be placed in a defined manner by means of the optical placement element.
Bevorzugte Ausführungsformen der Umlenkeinrichtung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen. Preferred embodiments of the deflection device are the subject of dependent claims.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Umlenkeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das optische Platzierelement in einem Eckbereich des optischen Hauptelements angeordnet ist. Dadurch kann eine spezifisch definierbare Erweiterung eines Hauptausleuchtbereichs des optischen Hauptelements bereitgestellt werden. Ferner ist dadurch vorteilhaft unterstützt, dass Bereiche um möglichst kleine Winkel deplatziert bzw. umsortiert werden müssen. A preferred embodiment of the deflection device is characterized in that the optical placement element is arranged in a corner region of the main optical element. Thereby, a specifically definable extension of a main illumination area of the main optical element can be provided. Furthermore, it is advantageously supported that areas must be misplaced or resorted to the smallest possible angle.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Umlenkeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels des optischen Platzierelements eine horizontale Ausdehnung des Sichtfelds erweiterbar ist. Auf diese Weise kann ein Erkennungsbereich eines Lidarsensors vorteilhaft erweitert werden, wodurch ein Sicherheitsniveau eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft erhöht ist. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Ausleuchtvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels des optischen Platzierelements platzierte Bildpunkte des Sichtfelds länglich ausgebildet sind. Diese Weise ist eine vorteilhaft Erweiterung eines Erfassungsbereichs des Lidarsensors realisierbar, weil zwar mittels der länglichen Bildpunkte die Auflösung nicht hoch ist, jedoch eine Möglichkeit zur Erkennung von sich bewegenden Objekten gegeben ist. Auf diese Weise können Sicherheits- bzw. Assistenzsysteme in Kraftfahrzeugen entsprechend angepasst werden. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Umlenkeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das optische Platzierelement als ein reflektives, oder als ein refraktives oder als ein beugendes optisches Element ausgebildet ist. Dadurch ist unterstützt, dass verschiedene optische Prinzipien verwendet werden können, um gezielte Ausbildungen des Sichtfelds zu realisieren. A further preferred embodiment of the deflection device is characterized in that a horizontal extension of the field of view can be expanded by means of the optical placement element. In this way, a detection range of a lidar sensor can advantageously be extended, whereby a safety level of a motor vehicle is advantageously increased. A further preferred embodiment of the illumination device is characterized in that pixels of the field of view placed by means of the optical placement element are elongated. This way, an advantageous extension of a detection range of the lidar sensor can be realized because, although the resolution is not high by means of the elongated pixels, there is a possibility of detecting moving objects. In this way, safety and assistance systems in motor vehicles can be adapted accordingly. A further preferred embodiment of the deflection device is characterized in that the optical placement element is designed as a reflective, or as a refractive or as a diffractive optical element. This supports the fact that various optical principles can be used to realize targeted formations of the field of view.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Umlenkeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung ein reflektives und/oder ein refraktives und/oder als ein beugendes optisches Platzierelement aufweist. Dadurch ist unterstützt, dass verschiedene optische Prinzipien verwendet werden können, um gezielte Ausbildungen des Sichtfelds zu realisieren. A further preferred embodiment of the deflection device is characterized in that the deflection device has a reflective and / or a refractive and / or as a diffractive optical placement element. This supports the fact that various optical principles can be used to realize targeted formations of the field of view.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Umlenkeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung platzierende Eigenschaften erst ab einer definierten Entfernung zwischen der Umlenkeinrichtung und dem Sichtfeld aufweist. Vorteilhaft ist dadurch unterstützt, dass nicht mehrere separate optische Hauptelemente erforderlich sind. Dadurch ist unterstützt, dass die Umlenkeinrichtung einstückig mit integrierten Platzierelementen technisch realisiert werden kann. Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Dabei bilden alle offenbarten Merkmale, unabhängig von ihrer Rückbeziehung in den Patentansprüchen sowie unabhängig von ihrer Darstellung in der Beschreibung und in den Figuren den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Gleiche oder funktionsgleiche Bauele- mente haben gleiche Bezugszeichen. Die Figuren sind insbesondere dazu ge- dacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind bedingt maßstabsgetreu dargestellt. A further preferred embodiment of the deflecting device is characterized in that the deflecting device has properties which place it only at a defined distance between the deflecting device and the field of view. Advantageously supported by the fact that not several separate optical main elements are required. This assists that the deflection device can be technically realized in one piece with integrated placement elements. The invention will be described below with further features and advantages with reference to several figures in detail. In this case, all disclosed features, regardless of their relationship in the claims and regardless of their representation in the description and in the figures form the subject of the present invention. Identical or functionally identical components have the same reference numerals. The figures are particularly thought to clarify the principles essential to the invention and are shown to scale to scale.
Offenbarte Vorrichtungsmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden of- fenbarten Verfahrensmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend die Umlenkeinrichtung in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen des Verfahrens zur Herstellung der Umlenkeinrichtung ergeben und umgekehrt. Disclosed device features result analogously from corresponding disclosed method features and vice versa. This means, in particular, that features, technical advantages and designs relating to the deflection device result analogously from corresponding embodiments, features and advantages of the method for producing the deflection device and vice versa.
In den Figuren zeigt: In the figures shows:
Fig. 1 eine Ausleuchtvorrichtung mit einer herkömmlichen Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor; 1 shows a lighting device with a conventional deflection device for a lidar sensor;
Fig. 2 eine weitere Ausleuchtvorrichtung mit einer weiteren herkömmlichen Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor; 2 shows a further illumination device with a further conventional deflection device for a lidar sensor;
Fig. 3-5 Unterschiedliche beispielhafte Sichtfelder bzw. Ausleucht- bereiche, die mit der vorgeschlagenen Umlenkeinrichtung realisierbar sind; eine Ausleuchtvorrichtung mit einer ersten Ausführungsform einer Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor; eine Ausleuchtvorrichtung mit einer zweiten Ausführungsform ei ner Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor; eine prinzipielle Darstellung einer prinzipiellen Wirkungsweise der Umlenkeinrichtung; und einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor. 3-5 different exemplary fields of view or illumination areas, which can be realized with the proposed deflection device; a lighting device with a first embodiment of a deflecting device for a lidar sensor; a lighting device with a second embodiment ei ner deflection for a Lidarsensor; a schematic representation of a principal mode of operation of the deflection device; and a basic procedure of an embodiment of a method for producing a deflection device for a lidar sensor.
Beschreibung von Ausführungsformen Fig. 1 zeigt prinzipiell einen Aufbau einer Ausleuchtvorrichtung 100 mit einer herkömmlichen Umlenkeinrichtung 30 für einen Lidarsensor. Die Ausleuchtvorrichtung 100 umfasst eine Strahlungserzeugungseinrichtung 10, vorzugsweise einen Laser, der einen elektromagnetischen Sendestrahl S in Form von Licht auf einen beweglichen Mikrospiegel 20 emittiert. Vom Mikrospiegel 20 wird der Sendestrahl S auf die Umlenkeinrichtung 30 in Form eines reflektierenden Spiegels reflektiert, der ein Sichtfeld bzw. einen Ausleuchtbereich 200 (engl, field of view, FOV) ausleuchtet. Mit Hilfe der Umlenkeinrichtung 30 kann das Sichtfeld 200 in seiner Größe definiert ausgebildet werden. Eine Grundform des Sichtfelds 200 entspricht dabei im Wesentlichen einer Grundform der Umlenkeinrichtung 30.Description of embodiments 1 shows in principle a structure of a lighting device 100 with a conventional deflection device 30 for a lidar sensor. The illumination device 100 comprises a radiation generation device 10, preferably a laser, which emits an electromagnetic emission beam S in the form of light onto a movable micromirror 20. The micromirror 20 reflects the transmission beam S onto the deflection device 30 in the form of a reflecting mirror, which illuminates a field of view (FOV) 200. With the help of the deflection device 30, the field of view 200 can be formed defined in its size. A basic shape of the field of view 200 essentially corresponds to a basic shape of the deflection device 30.
Durch eine periodische Bewegung des Mikrospiegels 20 wird erreicht, dass der Sendestrahl S über die Umlenkeinrichtung 30 geführt wird und dadurch das gesamte Sichtfeld 200 ausleuchtet. An einem im Sichtfeld 200 angeordneten Objekt (nicht dargestellt) wird der Sendestrahl S reflektiert, wobei reflektierte Strahlung erfasst und zu einer Ermittlung eines Abstands des Objekts verwendet wird. Fig.By a periodic movement of the micromirror 20 it is achieved that the transmission beam S is guided over the deflection device 30 and thereby illuminates the entire field of view 200. On an object (not shown) arranged in the field of view 200, the transmission beam S is reflected, wherein reflected radiation is detected and used to determine a distance of the object. FIG.
1 zeigt eine Umlenkeinrichtung 30 nach dem Reflexionsprinzip. 1 shows a deflection device 30 according to the reflection principle.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausleuchtvorrichtung 100 mit einer weiteren herkömmlichen Umlenkeinrichtung 30, die nach dem Transmissionsprinzip ausgebildet ist. In diesem Fall besteht die Umlenkeinrichtung 30 aus einer Transmissionsoptik, die für den Sendestrahl S in der Mitte zusammenführende und am Rand spreizende bzw. aufweitende Eigenschaften aufweist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass, wie in Fig. 2 prinzipiell dargestellt, der mittlere Bereich A des Sichtfelds 200 runde Bild- bzw. Scanpunkte P aufweist und die Randbereiche B, C des Sichtfelds 200 gespreizte bzw. länglich oval ausgebildete Bild- bzw. Scanpunkte P aufweisen. FIG. 2 shows a further illumination device 100 with a further conventional deflection device 30, which is designed according to the transmission principle. In this case, the deflection device 30 consists of a transmission optical system, which has for the transmit beam S in the middle of merging and spreading at the edge or widening properties. In this way, it can be achieved that, as shown in principle in FIG. 2, the central region A of the field of view 200 has round image or scan points P and the edge regions B, C of the field of view 200 spread or oblong oval image or image Have scan points P.
Vorgeschlagen wird, den ausgeleuchteten Bereich bzw. das Sichtfeld 200 derart zu verändern, dass für den Lidarsensor ein vordefinierter Erfassungsbereich um- gesetzt werden kann. Im Ergebnis kann damit eine Anpassung einer Sende- undIt is proposed to change the illuminated area or field of view 200 in such a way that a predefined detection area can be converted for the lidar sensor. As a result, an adaptation of a transmission and
Empfangsoptik des Lidarsensors realisiert werden, die eine beliebige Umverteilung und Formveränderung von Scanpunkten P im Sichtfeld 200 ermöglicht. Reception optics of Lidarsensors be realized, which allows any redistribution and change in shape of scan points P in the field of view 200.
Das durch eine Ablenkeinheit in Form des beweglichen Mikrospiegels 20 vorgegebene„mechanische" Sichtfeld wird durch ein im optischen Pfad angebrachtes optisches Element derart angepasst, dass die Bildpunkte in einem tatsächlich interessierenden Erfassungsbereich entstehen. The predetermined by a deflection unit in the form of the movable micromirror 20 "mechanical" field of view is mounted by a mounted in the optical path adapted optical element such that the pixels arise in an actually interesting detection area.
Für das optische Element gibt es dafür mehrere physikalische Möglichkeiten: re- flektiv (z.B. Spiegel), refraktiv (z.B. Transmissionsoptik), beugend (z.B. diffrakti- ves optisches Element, DOE).  There are several physical possibilities for the optical element: reflective (e.g., mirrors), refractive (e.g., transmission optics), diffractive (e.g., diffractive optical element, DOE).
Typischerweise wird der Randbereich des Sichtfelds 200 nicht in einer hohen Auflösung benötigt. Wichtig ist zum Beispiel bei einer Verwendung eines Lidar- sensors mit der Umlenkeinrichtung im Kraftfahrzeug, dass frühzeitig ein Einsche- ren von Fahrzeugen in einen Fahrschlauch des Fahrzeugs erkannt wird. Je näher der Einscherer, desto gefährlicher ist dies für das Ego-Fahrzeug. Je näher der Einscherer sich zum Ego-Fahrzeug befindet, desto größer erscheint er als Objekt. Da es sich um ein großes Objekt handelt, wird es das gesamte vertikale Sichtfeld ausfüllen. Daher ist in diesem Fall eine hohe vertikale Auflösung nicht erforderlich. Viel wichtiger ist die Erweiterung des horizontalen Sichtfelds des Li- darsensors. In der Bildmitte werden dann wieder alle vertikalen Bildpunkte entsprechend des mechanischen Sichtfelds erfasst, um eine möglichst hochaufgelöste Objekterfassung oder Freiflächenerkennung zu ermöglichen. Die Figuren 3 bis 5 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Änderungen desTypically, the edge area of the field of view 200 is not needed in a high resolution. When using a lidar sensor with the deflection device in the motor vehicle, for example, it is important that vehicles are detected at an early time in a driving tube of the vehicle. The closer the Einscherer, the more dangerous this is for the ego vehicle. The closer the Einscherer is to the ego vehicle, the larger it appears as an object. Since it is a large object, it will fill the entire vertical field of view. Therefore, a high vertical resolution is not required in this case. Much more important is the extension of the horizontal field of view of the fiber optic sensor. In the center of the image, all vertical pixels are then again recorded in accordance with the mechanical field of view, in order to enable as high a resolution as possible object detection or free area detection. FIGS. 3 to 5 show different possibilities of the changes of the
Sichtfelds 200, insbesondere zu einer horizontalen Aufweitung des Sichtfelds 200. Eine Anzahl an Bildpunkten P des abgeänderten Sichtfelds 200 ist bei allen gezeigten Varianten vorzugsweise gleich wie eine Anzahl an Bildpunkten P des ursprünglichen Sichtfelds 100. Field of view 200, in particular to a horizontal expansion of the field of view 200. A number of pixels P of the modified field of view 200 is preferably the same as a number of pixels P of the original field of view 100 in all variants shown.
Fig. 3 zeigt links ein herkömmliches Sichtfeld 200, wie zu Beispiel mit einer Umlenkeinrichtung 30 von Fig. 1 realisiert werden kann. Im rechten Bereich der Fig. 3 ist ein abgeändertes Sichtfeld 200 erkennbar, bei dem im oberen Bereich Bildpunkte P fehlen, die im Mittelbereich links und rechts angefügt sind. FIG. 3 shows on the left a conventional field of view 200, as can be realized, for example, with a deflection device 30 of FIG. In the right-hand area of FIG. 3, a modified field of view 200 can be seen, in which pixels P are missing in the upper area, which are added to the left and right in the middle area.
Fig. 4 zeigt eine weitere Variante eines abgeänderten Sichtfelds 200. In diesem Fall wird die oberste und unterste Linie der Bildpunkte P des Sichtfelds 200 jeweils versetzt oben und unten zum Sichtfeld 200 hinzugefügt. FIG. 4 shows a further variant of a modified field of view 200. In this case, the top and bottom lines of the pixels P of the field of view 200 are added offset to the top and bottom of the field of view 200.
Fig. 5 zeigt eine weitere Variante eines abgeänderten Sichtfelds 200, wobei bei dieser Variante links und rechts vom Hauptfeld Bereiche mit Bildpunkten P einge- fügt werden, die in vertikaler Richtung aufgespreizt sind. Auf diese Weise sind eine geringe vertikale Sensitivität und eine erhöhte horizontale Sensitivität der Ausleuchtvorrichtung 100 (nicht dargestellt) unterstützt. Auf diese Weise wird mit allen vorgenannten abgeänderten Sichtfeldern 200 eineFIG. 5 shows a further variant of a modified field of view 200, wherein in this variant regions with pixels P are inserted to the left and right of the main field. be added, which are spread in the vertical direction. In this way, low vertical sensitivity and increased horizontal sensitivity of the illumination device 100 (not shown) are supported. In this way, with all the aforementioned modified fields of view 200 a
Erfassung von Bereichen links und rechts über den Ursprungsbereich des Sichtfelds 200 hinaus ermöglicht, was eine horizontale Erweiterung des Sichtfelds 200 bedeutet. Im Ergebnis ist dadurch ein Lidarsystem mit einem breiteren Sichtfeld bzw. Erkennungsbereich ermöglicht, das insbesondere bewegte Objekte besser zu erfassen vermag. Detecting regions left and right beyond the source region of the field of view 200, which means a horizontal extension of the field of view 200. As a result, a lidar system with a wider field of vision or detection area is made possible, which is better able to detect, in particular, moving objects.
Fig. 6 zeigt eine Ausleuchtvorrichtung 100 mit einer ersten Ausführungsform einer Umlenkeinrichtung 30 für einen Lidarsensor. Man erkennt, dass die Umlenkeinrichtung 30 ein optisches Hauptelement 31 und optische Platzierelemente 32a, 32b umfasst, die als optische keilförmige Optiken an das optische 6 shows an illumination device 100 with a first embodiment of a deflection device 30 for a lidar sensor. It can be seen that the deflection device 30 comprises a main optical element 31 and optical placement elements 32a, 32b, which serve as optical wedge-shaped optics to the optical
Hauptelement 32 hinzugefügt bzw. in dieses integriert sind. Im Ergebnis wird auf diese Weise eine Art„gesplittete" Optik der Umlenkeinrichtung 30 bereitgestellt. Auf diese Weise ist unterstützt, dass ein oberes Platzierelement 32a einen linken Bereich 200a des Sichtfelds 200 ausleuchtet. Ein unteres Platzierelement 32b ermöglicht, dass ein Sendestrahl den rechten Bereich 200b des Sichtfelds 200 ausleuchtet. Im Ergebnis ist dadurch ermöglicht, dass das Gesamtsichtfeld horizontal erweitert ist.  Main element 32 are added or integrated into this. As a result, this provides a kind of "split" optic of the redirector 30. In this way, an upper placement element 32a assists in illuminating a left area 200a of the field of view 200. A lower placement element 32b allows a transmit beam to cover the right area 200b of the field of view 200. As a result, it is made possible that the overall field of view is expanded horizontally.
Fig. 7 zeigt eine Ausleuchtvorrichtung 100 mit einer Strahlungserzeugungs- einrichtung 10 mit einer weiteren Ausführungsform einer vorgeschlagenen Umlenkeinrichtung 30. Es ist erkennbar, dass insgesamt vier Platzierelemente 32a...32d vorgesehen sind, die in Eckbereichen der Umlenkeinrichtung 30 angeordnet sind, die Eckbereiche des Sichtfelds 200 (nicht dargestellt) ausleuchten. Es ist mit den genannten Umlenkeinrichtungen 30 eine beliebige Transformation von„mechanischen" in„reale" Erfassungsbereiche (rechteckig nach rund, usw.) über reflektive optische Elemente möglich, deren Reflexionsbereich eine definierte geometrische oder definierte optische Freiformfläche sein kann. Zur Umsetzung der angestrebten Effekte können eine definierte Anzahl von reflektiven, und/oder transmissiven und/oder beugungsändernden Elemente verwendet wer- den. Ferner ist zu diesem Zweck auch eine beliebige Kombination der genannten Elemente möglich. FIG. 7 shows an illumination device 100 having a radiation generating device 10 with a further embodiment of a proposed deflection device 30. It can be seen that a total of four positioning elements 32a... 32d are provided, which are arranged in corner regions of the deflection device 30, the corner regions of Field of view 200 (not shown) illuminate. Any desired transformation of "mechanical" into "real" detection regions (rectangular to round, etc.) via reflective optical elements is possible with the deflection devices 30 mentioned, whose reflection region can be a defined geometric or defined free-form optical surface. In order to implement the desired effects, a defined number of reflective, and / or transmissive and / or diffraction-changing elements can be used. the. Furthermore, for this purpose, any combination of said elements is possible.
Fig. 8 zeigt prinzipiell, dass für die Erzielung der vorgeschlagenen Wirkung der Umlenkeinrichtung 30 ein definierter Mindestabstand z2 des Sichtfelds 200 von der Umlenkeinrichtung 30 erforderlich ist. Im Falle, dass der Abstand z1 zu gering ist, sind die Bereiche A, B, C des Sichtfelds 200 ineinander überlappend angeordnet („Nahbereich"). Erst im„Fernbereich" bei einem Abstand z2, der ungefähr dem zehnfachen geometrischen Durchmesser x der Umlenkeinrichtung 30 entspricht, werden die Bereiche A, B, C des Sichtfelds 200 getrennt sichtbar. Auf diese Weise ist unterstützt, dass die Umlenkeinrichtung 30 als eine einstückige Einrichtung ausgebildet werden kann, die separate oder integriert ausgebildete Platzierelemente 32a...32d aufweist. 8 shows, in principle, that a defined minimum distance z2 of the field of view 200 from the deflection device 30 is required for achieving the proposed effect of the deflection device 30. In the case that the distance z1 is too small, the areas A, B, C of the field of view 200 are arranged overlapping each other ("near zone") .Almost in the "far range" at a distance z2 which is approximately ten times the geometric diameter x of the deflection device 30, the areas A, B, C of the field of view 200 become separately visible. In this way it is supported that the deflection device 30 can be formed as a one-piece device having separate or integrally formed placement elements 32a ... 32d.
Fig. 9 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens zum Herstellen einer Umlenkeinrichtung 30 für einen Lidarsensor. 9 shows a basic sequence of an embodiment of the proposed method for producing a deflecting device 30 for a lidar sensor.
In einem Schritt 300 wird ein optisches Hauptelement 30 bereitgestellt. In a step 300, a main optical element 30 is provided.
In einem Schritt 310 wird wenigstens ein optisches Platzierelement 32a...32d bereitgestellt. In a step 310, at least one optical placement element 32a ... 32d is provided.
In einem Schritt 320 wird das optische Platzierelement 31 a...31 d in Relation zum optischen Hauptelement 30 derart angeordnet, dass mittels der Umlenkeinrichtung 30 ein definiertes Sichtfeld 200 ausleuchtbar ist, wobei mittels des optischen Platzierelements 32a...32d eine definierte Anzahl von Bildpunkten des Sichtfelds definiert platzierbar ist. In a step 320, the optical placement element 31 a ... 31 d is arranged in relation to the main optical element 30 in such a way that a defined field of view 200 can be illuminated by means of the deflection device 30, a defined number of times being determined by means of the optical placement element 32 a Pixel of the field of view is defined placeable.
Vorteilhaft ist die Reihenfolge des Bereitstellens des optischen Hauptelements 30 und des wenigstens einen optischen Platzierelements 32a...32d frei wählbar. Advantageously, the order of providing the main optical element 30 and the at least one optical placement element 32a ... 32d is freely selectable.
Im Ergebnis wird auf diese Weise eine verbesserte Sendeoptik für einen Lidarsensor bereitgestellt, wobei es sich von selbst versteht, dass für den Lidarsensor auch mehrere Sendeoptiken in Kombination verwendet werden können. Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Umlenkeinrichtung für einen Lidarsensor bereitgestellt, mit der vielfältige Möglichkeiten zu einer Lichtumverteilung bei Lidarsystemen realisierbar sind, wobei die Umlenkeinrichtung eine Erweiterung der begrenzten Möglichkeiten der Mikrospie- gelbewegung ermöglicht. Der Lidarsensor mit der vorgeschlagenen Umlenkeinrichtung kann vorzugsweise im KFZ-Bereich zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung von Objekten verwendet werden. As a result, an improved transmission optics for a lidar sensor is provided in this way, it being understood that multiple transmission optics can be used in combination for the lidar sensor. In summary, the present invention provides an improved deflection device for a lidar sensor, with which various possibilities for light redistribution in lidar systems can be realized, the deflection device permitting an expansion of the limited possibilities of micromirror movement. The lidar sensor with the proposed deflection device can preferably be used in the automotive sector for distance and speed measurement of objects.
Im Ergebnis ist dadurch ein verbesserter Lidarsensor realisierbar, der einen spezifisch erweiterten Erfassungsbereich bereitstellt und dadurch ein Sicherheitsniveau des Kraftfahrzeugs bedeutend erhöhen kann. Insbesondere ist zum Beispiel denkbar, dass bei einer Erkennung von Objekten eine Vorkonditionierung eines Bremskraftverstärkers oder eines sonstigen Assistenzsystems des Kraftfahrzeugs vorgenommen wird. As a result, an improved lidar sensor can be realized, which provides a specifically extended detection range and can thereby significantly increase a safety level of the motor vehicle. In particular, it is conceivable, for example, that upon detection of objects, a preconditioning of a brake booster or another assistance system of the motor vehicle is undertaken.
Der Fachmann erkennt, dass eine Vielzahl von Abwandlungen der Erfindung möglich ist, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Those skilled in the art will recognize that a variety of modifications of the invention are possible without departing from the gist of the invention.

Claims

Ansprüche claims
1 . Umlenkeinrichtung (30) für einen Lidarsensor aufweisend: 1 . Deflection device (30) for a lidar sensor comprising:
ein optisches Hauptelement (30); und  an optical main element (30); and
wenigstens ein optisches Platzierelement (32a...32d);  at least one optical placement element (32a ... 32d);
wobei die Umlenkeinrichtung (30) ausgebildet sind, ein Sichtfeld (200) des Lidarsensors definiert auszuleuchten;  wherein the deflecting device (30) is designed to illuminate a field of view (200) of the lidar sensor in a defined manner;
wobei mittels des optischen Platzierelements (32a...32d) eine definierte Anzahl von Bildpunkten (P) des Sichtfelds (200) definiert platzierbar ist.  wherein by means of the optical placement element (32a ... 32d) a defined number of pixels (P) of the field of view (200) can be placed in a defined manner.
Umlenkeinrichtung (30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das optische Platzierelement (32a...32d) in einem Eckbereich des optischen Hauptelements (30) angeordnet ist. Deflection device (30) according to claim 1, characterized in that the optical placement element (32a ... 32d) is arranged in a corner region of the main optical element (30).
Umlenkeinrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des optischen Platzierelements (32a...32d) eine horizontale Ausdehnung des Sichtfelds (200) erweiterbar ist. Deflection device (30) according to claim 1 or 2, characterized in that by means of the optical placement element (32a ... 32d), a horizontal extension of the field of view (200) is expandable.
Umlenkeinrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des optischen Platzierelements (32a...32d) platzierte Bildpunkte (P) des Sichtfelds (200) länglich ausgebildet sind. Deflection device (30) according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the optical placement element (32a ... 32d) placed pixels (P) of the field of view (200) are elongated.
Umlenkeinrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Platzierelement (32a...32d) als ein reflektives, oder als ein refraktives oder als ein beugendes optisches Element ausgebildet ist. Deflection device (30) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical placement element (32a ... 32d) is designed as a reflective, or as a refractive or as a diffractive optical element.
Umlenkeinrichtung (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (30) ein reflektives und/oder ein refraktives und/oder ein beugendes optisches Platzierelement (32a...32d) aufweist. Deflection device (30) according to claim 5, characterized in that the deflection device (30) has a reflective and / or a refractive and / or a diffractive optical placement element (32a ... 32d).
7. Umlenkeinrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umlenkeinrichtung (100) platzierende Eigenschaften erst ab einer definierten Entfernung zwischen der Umlenkeinrichtung (30) und dem Sichtfeld (200) aufweist. 7. deflection device (30) according to any one of the preceding claims, wherein the deflection device (100) has properties placing only at a defined distance between the deflection device (30) and the field of view (200).
8. Umlenkeinrichtung (30) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung zwischen der Umlenkeinrichtung (30) und dem Sichtfeld (200) ca. die zehnfache optische Ausdehnung der Umlenkeinrichtung (30) ist. 8. deflection device (30) according to claim 7, characterized in that the distance between the deflection device (30) and the field of view (200) is approximately ten times the optical extent of the deflection device (30).
9. Lidarsensor, aufweisend eine Umlenkeinrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 9. Lidarsensor, comprising a deflection device (30) according to one of the preceding claims.
10. Verfahren zum Herstellen einer Umlenkeinrichtung (30) für einen Lidarsensor, aufweisend die Schritte: 10. A method for producing a deflection device (30) for a lidar sensor, comprising the steps:
Bereitstellen eines optischen Hauptelements (30);  Providing an optical main element (30);
Bereitstellen von wenigstens einem optischen Platzierelement  Providing at least one optical placement element
(32a...32d);  (32a ... 32d);
wobei das optische Platzierelement (32a...32d) in Relation zum optischen Hauptelement (30) derart angeordnet wird, dass mittels der Umlenkeinrichtung (30) ein definiertes Sichtfeld (200) ausleuchtbar ist;  the optical placement element (32a ... 32d) being arranged in relation to the main optical element (30) such that a defined field of view (200) can be illuminated by means of the deflection device (30);
wobei mittels des optischen Platzierelements (32a...32d) eine definierte Anzahl von Bildpunkten des Sichtfelds (200) definiert platzierbar ist.  wherein by means of the optical placement element (32a ... 32d) a defined number of pixels of the field of view (200) can be placed in a defined manner.
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