EP3622316A1 - Lidar device and method having simplified detection - Google Patents

Lidar device and method having simplified detection

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Publication number
EP3622316A1
EP3622316A1 EP18718461.9A EP18718461A EP3622316A1 EP 3622316 A1 EP3622316 A1 EP 3622316A1 EP 18718461 A EP18718461 A EP 18718461A EP 3622316 A1 EP3622316 A1 EP 3622316A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mirror
detector
lidar device
reflected
scanning
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
EP18718461.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Annemarie Holleczek
Matthias Baier
Remigius Has
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 EP3622316A1 publication Critical patent/EP3622316A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
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    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
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    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/10—Mirrors with curved faces

Definitions

  • the invention relates to a LIDAR device for scanning a
  • LIDAR light detection and ranging
  • a radiation source is often arranged stationary.
  • the generated beams are directed to a rotatable about a rotation axis deflection unit and deflected there controlled by a pivotable mirror in the direction of the scanning.
  • Beams reflected on objects can then be received by receiving optics and directed to detectors.
  • stationary detectors can be rotationally symmetrical.
  • the received beams are directed to different detector cells of the rotationally symmetrical shaped detector.
  • such detectors are in the form of concentric rings with a plurality of detector cells.
  • Detectors such as CMOS sensors are used, wherein an evaluation of the detected beams of such a sensor is expensive.
  • detectors of LIDAR devices are usually complex or shaped or must be evaluated by a complicated evaluation process. Disclosure of the invention
  • the object underlying the invention can be seen to propose a method and a LIDAR device for scanning a scanning area with a reduced rotating mass and with a reduced detector size.
  • a LIDAR device for scanning a scan area with at least one beam.
  • the LIDAR device has at least one radiation source for generating at least one beam and a mirror for deflecting the at least one generated beam in the direction of the scanning region.
  • the LIDAR device further comprises a detector mirror for deflecting at least one beam reflected from an object onto a region of a detector, wherein the mirror and the detector mirror are rotatable about a vertical axis of rotation via a rotor and wherein the detector mirror projects at least one reflected beam onto the detector Detector bundles.
  • backscattered or reflected to the LIDAR device beams can be directed from different directions of incidence by the detector mirror on the detector and bundled.
  • the scanning region can be scanned in pulses by generating at least one beam and then detecting a reflection of the generated beam.
  • each generated beam is used selectively or area by section of the
  • the at least one reflected beam is focused by the detector mirror onto the detector. This process then begins again, with the mirror directing the generated beam to another portion of the scan area.
  • the detector is designed to detect at least one reflected beam and its intensity.
  • a spatial resolution of the LIDAR device can be implemented by the radiation source in combination with an alignment of the mirror or the deflection unit and not by a detector.
  • a laser spot or a pulse-shaped beam can be directed onto a mirror, which can be, for example, an oscillating micromirror (MEMS).
  • MEMS oscillating micromirror
  • Oscillation frequency of the mirror can be made any vertical resolutions. All reflected rays are directed to the detector. Due to the bundling of the reflected beams onto the entire detector, it is not decisive where a reflected beam is detected on the detector.
  • the detector can thereby be designed to be technically simple and an evaluation of measurement signals of the detector can be simplified.
  • the measurement signal detected by the detector can be assigned to an exposed partial area of the scanning area, for example, depending on the orientation of the mirror and the emission direction of the at least one generated beam determined therefrom.
  • a scanning area may be exposed stepwise or continuously, for example meandering, in the form of an interlace method or the like.
  • detector mirrors and the mirror for deflecting the generated beams may be driven by the rotor or may be rotatable as parts of the rotor. Since only these two components are arranged on the rotor, the rotor has a low rotational mass. Furthermore, only a few electrical lines to and from the rotor (bilateral) are necessary. According to one embodiment of the LIDAR device focuses the
  • Detector mirror reflected rays of a rinsestrahl Kunststoffes on the detector can be directed from the return beam area to the detector.
  • the reverberation range corresponds to the scanning range of the LIDAR device.
  • the detector can be made smaller in this case, since reflected beams are no longer given their local assignment or resolution by the detector.
  • the LIDAR device According to one embodiment of the LIDAR device, the
  • Detector mirror on a focal length wherein the detector is disposed in a focal point of the detector mirror.
  • the detector mirror is in this case designed such that it reflects all the reflected rays at its focal point.
  • all the reflected beams can be imaged by the detector mirror in a single point or locally concentrated on a defined area of the detector.
  • the detector is designed as a point detector. Since the reflected rays are highly concentrated at the focus regardless of an angle of incidence of the reflected rays by the detector mirror, the detector can be used as a point detector such as an avalanche
  • the mirror is pivotable about a horizontal axis of rotation.
  • the mirror can deflect a generated beam along a vertical angle.
  • a vertical scanning angle can be exposed or scanned stepwise by at least one generated beam.
  • the mirror can oscillate at any frequency and deflect rays generated along the vertical scanning region in the direction of the scanning region. Since the mirror is arranged on the rotor, with the aid of a superimposed rotational movement about the vertical axis of rotation, the at least one beam can also be directed to any horizontal scanning angle.
  • the horizontal scanning angle and the vertical scanning angle span the scanning area.
  • a stationary mirror pivotable about a horizontal axis of rotation deflects at least one generated beam onto the mirror which is rotatable about the vertical axis of rotation.
  • the pivotable about a horizontal axis of rotation mirror is arranged statically or outside of the rotor and directs the at least one generated beam at different angles to a mirror which is arranged passively on the rotor and the rotor by a rotation or pivotal movement about the vertical axis of rotation can perform.
  • the passive mirror is positioned on the rotor next to the detector mirror.
  • only passive components that do not require energy or data transmission are arranged on the rotor.
  • the rotor is thus performed technically easier and has a low susceptibility to errors.
  • the stationary, in particular not rotatable about a vertical axis of rotation, mirror can by a pivoting movement about the horizontal axis of rotation of the at least one beam along a horizontal
  • At least one optical element guides the at least one deflected beam over the passive mirror rotatable about the vertical axis of rotation.
  • the generated beams which are deflectable by the stationary arranged and pivotable about a horizontal axis of rotation mirror, are optimally guided on the passive arranged on the rotor mirror.
  • the passive mirror can be optimally illuminated and possible losses, for example due to generated beams that miss the passive mirror, can be reduced.
  • the optical element may for example be a lens system, which may also be partially arranged on the rotor and partially static.
  • the detector mirror is a free-form mirror.
  • the detector mirror may be adapted to a geometry and a range of use of the LIDAR device.
  • the detector mirror may have an adapted curvature and shape, so that all the reflected beams are independent of the latter
  • Incident angle can always be focused on a point or at least on a limited area area.
  • the detector mirror may in this case preferably be arranged on the rotor and be designed, for example, as a parabolic mirror.
  • the detector can be placed stationary outside of the rotor and designed to be small or punctiform.
  • the detector and the detector mirror must be positioned so that they are arranged opposite one another on the vertical axis of rotation.
  • a method of operating a LIDAR device for scanning a scan angle with at least one beam In one step at least one beam is generated. Subsequently, the at least one generated beam is deflected along a horizontal scanning angle and a vertical scanning angle, wherein at least one reflected beam on an object is focused by a detector mirror onto a detector.
  • the at least one generated beam can hereby be continuously or stepwise deflected by a mirror arranged on a rotor along the horizontal scanning angle.
  • a detector mirror is also arranged on the rotor. The detector mirror has a curved or shaped
  • the detector mirror is preferably a free-form mirror such as a parabolic mirror.
  • the detector mirror can deflect reflected incoming beams and focus such that the reflected beams are always incident on a defined detector surface of the detector. This is preferably done independently of an angle of incidence of the reflected rays.
  • a respective beam is generated in a pulse shape and a vertical and horizontal deflection of a mirror in the
  • the detector only fulfills the task of registering or detecting reflected beams.
  • information relating to a location or an explicitly exposed partial area of the scanning area can be assigned to the reflected and detected beam.
  • the complexity of the detector and an evaluation of the detector can be reduced.
  • such a detector can be made smaller or more compact.
  • each reflected beam from a return beam region is focused precisely on the detector.
  • all reflected rays are focused in one point.
  • this point may be a focal point of the detector mirror.
  • the detector may be implemented as a point detector.
  • the detector may be an avalanche photodiode. The following are based on highly simplified schematic
  • FIG. 1 is a schematic representation of a LIDAR device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic representation of a LIDAR device according to a second embodiment
  • Fig. 3 is a schematic representation of a LIDAR device according to a third embodiment.
  • the LIDAR device 1 shows a schematic representation of a LIDAR device 1 according to a first embodiment.
  • the LIDAR device 1 has a radiation source 2 for generating pulsed rays 3.
  • the radiation source 2 for generating pulsed rays 3.
  • the laser beams 3 generated with a defined pulse duration and at certain time intervals.
  • the generated beams 3 are congruent with a horizontal
  • Rotation axis V generated and emitted to a pivotable about a horizontal axis of rotation H mirror 4.
  • the mirror 4 is positioned on a rotatable about the vertical axis of rotation V rotor 6 and directs the generated rays
  • the rotor 6 is rotated continuously or stepwise via a drive mechanism, not shown.
  • data lines 8 are provided in addition to electrical lines.
  • the data lines 8 are connected to the mirror 4, the rotor 6, a detector 10 and an evaluation unit 12. Furthermore, a detector mirror 14 is disposed on the rotor 6.
  • Detector mirror 14 is according to the embodiment, a parabolic mirror 14.
  • the detector mirror 14 can reflected at an object 16 rays 13 from reflect different directions of incidence such that the reflected beams 13 are focused in one focal point.
  • the focal point has a distance from the detector mirror 14, which is a focal length of the
  • Detector mirror 14 corresponds.
  • the detector 10 also has a distance corresponding to the focal length of the detector mirror 14.
  • a detector surface of the detector 10 is located at a focal point of the detector mirror 14.
  • the detector 10 is according to the embodiment, a point detector in the form of an avalanche photodiode. In order for the focal point of the detector mirror 14 to be independent of an orientation of the rotor 6, the focal point of the detector mirror 14 and a detector surface of the detector 10 must be on the vertical
  • Rotation axis V lie.
  • the vertical axis of rotation V and the horizontal axis of rotation H are for convenience referred to an orientation and positioning of the LIDAR device 1 in the figures and need not necessarily be vertical or horizontal. Rather, the axes of rotation can be reversed according to a positioning of the LIDAR device 1 or arranged diagonally. However, the vertical rotation axis V and the horizontal rotation axis H are always orthogonal to each other.
  • the pulsed beams 3 are emitted by the mirror 4 in accordance with its deflection and the position of the rotor 6 in different portions of the scanning range. Subsequently, reflected beams 13 of the generated beams 3 can be registered by the detector 10. In this case, the detector 10 can determine only one intensity of the reflected beam and forward it to the evaluation unit 12 as an electrical measurement signal.
  • Evaluation unit 12 determines the position of the mirror 4 and the rotor 6 of the generated to a detected reflex 13 generated beam 3. Based on this information, the detected beam, a location dependence can be assigned and the subregion of the scanning are identified.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a LIDAR device 1 according to a second exemplary embodiment.
  • the LIDAR device 1 has a pivotable mirror 18, which is arranged stationarily outside the rotor 6.
  • the pivotable mirror 4a is passive according to the embodiment executed and is positioned in a defined position on the rotor 6.
  • the stationary arranged mirror 18 directs the beam 3 generated by the radiation source 2 on the passive mirror 4 a, which is positioned on the rotor 6. By pivoting the mirror 18, the generated beam 3 is directed to different areas of the passive mirror 4a.
  • an angle of incidence of the generated beam 3 on the passive mirror 4 a is varied by the mirror 18.
  • a vertical scanning angle is clamped or the scanning region is exposed in its vertical extent as a function of the pivoting of the mirror 18.
  • the pivotable mirror 18 instead of the radiation source 2 on the horizontal axis of rotation V
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a LIDAR device 1 according to a third exemplary embodiment. Unlike the second
  • the LIDAR device 1 here an additional optical element 20.
  • the optical element 20 is arranged on the rotor 6 between the passive mirror 4 a and the pivotable mirror 18.
  • the optical element 20 serves as a beam guide and directs the generated beams 3, which are directed by the pivotable mirror 18 onto the passive mirror 4a.
  • the optical element 20 serves to correct the generated beams 3 and to optimize a beam path of the generated beams 3 onto the passive mirror 4a.
  • FIG. 4 illustrates a method 22 for operating a LIDAR device 1 according to the first exemplary embodiment. At least one beam 3 is generated 24 and a pivotable mirror 4 of the
  • the generated beam 3 is deflected by the pivotable mirror 4 along the vertical scanning angle 26. Since the mirror 4 is arranged on a rotor 6, the generated beam 3 is also along the When a beam 3 emitted into the scanning region strikes an object 16 or obstruction, at least a portion of the generated beam 3 is reflected back as a reflected beam 13 to the LIDAR device 28. The reflected beam 13 is reflected by received the detector mirror 14 and focused on the detector 10 deflected 30. Based on the
  • the localized resolution or a defined range of the scanning range can be assigned by the evaluation unit 12 to the detected 30 beam 32.

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Abstract

The invention relates to a LIDAR device for scanning a scanning region by means of at least one beam, having at least one beam source for generating the at least one beam, having a mirror for deflecting the at least one generated beam in the direction of the scanning region and having a detector mirror for deflecting at least one beam reflected on an object to a defined region of a detector, wherein the mirror and the detector mirror are rotatably arranged about a vertical rotation axis on a rotor and wherein the detector mirror bundles the at least one reflected beam on the detector. The invention further relates to a method for operating a LIDAR device.

Description

Beschreibung  description
Titel title
LIDAR-Vorrichtung und Verfahren mit vereinfachter Detektion  LIDAR device and method with simplified detection
Die Erfindung betrifft eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines The invention relates to a LIDAR device for scanning a
Abtastbereiches mit mindestens einem Strahl sowie ein Verfahren zum Betrieb einer LIDAR-Vorrichtung. Scanning area with at least one beam and a method for operating a LIDAR device.
Stand der Technik State of the art
LIDAR (Light detection and ranging)-Vorrichtungen erzeugen Licht- oder Laserstrahlen und lenken diese anschließend ab. Mit den Strahlen werden definierte vertikale und horizontale Abtastwinkel abgetastet, die einen LIDAR (light detection and ranging) devices generate light or laser beams and then deflect them. With the beams defined vertical and horizontal scanning angles are scanned, the one
Abtastbereich aufspannen. Hierzu ist oftmals eine Strahlenquelle stationär angeordnet. Die erzeugten Strahlen werden auf eine um eine Rotationsachse rotierbare Ablenkeinheit gelenkt und dort von einem schwenkbaren Spiegel in Richtung des Abtastbereiches kontrolliert abgelenkt. An Objekten reflektierte Strahlen können anschließend von einer Empfangsoptik empfangen und auf Detektoren gelenkt werden. Um eine Ortsauflösung der reflektierten Strahlen zu ermöglichen können stationäre Detektoren rotationssymmetrisch geformt sein. Hierbei werden die empfangenen Strahlen auf unterschiedliche Detektorzellen des rotationssymmetrisch geformten Detektors gelenkt. Üblicherweise sind derartige Detektoren in Form von konzentrischen Ringen mit einer Vielzahl an Detektorzellen ausgeführt. Alternativ können auch rechteckig geformte Span scanning area. For this purpose, a radiation source is often arranged stationary. The generated beams are directed to a rotatable about a rotation axis deflection unit and deflected there controlled by a pivotable mirror in the direction of the scanning. Beams reflected on objects can then be received by receiving optics and directed to detectors. In order to enable a spatial resolution of the reflected beams stationary detectors can be rotationally symmetrical. Here, the received beams are directed to different detector cells of the rotationally symmetrical shaped detector. Typically, such detectors are in the form of concentric rings with a plurality of detector cells. Alternatively, rectangular shaped
Detektoren wie beispielsweise CMOS-Sensoren verwendet werden, wobei eine Auswertung der detektierten Strahlen eines derartigen Sensors aufwändig ist. Somit sind Detektoren von LIDAR-Vorrichtungen üblicherweise komplex aufgebaut bzw. geformt oder müssen durch ein kompliziertes Auswerteverfahren ausgewertet werden. Offenbarung der Erfindung Detectors such as CMOS sensors are used, wherein an evaluation of the detected beams of such a sensor is expensive. Thus, detectors of LIDAR devices are usually complex or shaped or must be evaluated by a complicated evaluation process. Disclosure of the invention
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren und eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastbereiches mit einer verringerten rotierenden Masse und mit einer reduzierten Detektorgröße vorzuschlagen. The object underlying the invention can be seen to propose a method and a LIDAR device for scanning a scanning area with a reduced rotating mass and with a reduced detector size.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen. This object is achieved by means of the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of each dependent subclaims.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastbereiches mit mindestens einem Strahl bereitgestellt. Die LIDAR- Vorrichtung weist mindestens eine Strahlenquelle zum Erzeugen mindestens eines Strahls und einen Spiegel zum Ablenken des mindestens einen erzeugten Strahls in Richtung des Abtastbereiches auf. Des Weiteren weist die LIDAR- Vorrichtung einen Detektorspiegel zum Ablenken mindestens eines an einem Objekt reflektierten Strahls auf einen Bereich eines Detektors auf, wobei der Spiegel und der Detektorspiegel um eine vertikale Rotationsachse über einen Rotor drehbar sind und wobei der Detektorspiegel mindestens einen reflektierten Strahl auf den Detektor bündelt. According to one aspect of the invention, a LIDAR device is provided for scanning a scan area with at least one beam. The LIDAR device has at least one radiation source for generating at least one beam and a mirror for deflecting the at least one generated beam in the direction of the scanning region. The LIDAR device further comprises a detector mirror for deflecting at least one beam reflected from an object onto a region of a detector, wherein the mirror and the detector mirror are rotatable about a vertical axis of rotation via a rotor and wherein the detector mirror projects at least one reflected beam onto the detector Detector bundles.
Hierdurch können rückgestreute oder zur LIDAR-Vorrichtung reflektierte Strahlen aus unterschiedlichen Einfallsrichtungen durch den Detektorspiegel auf den Detektor gelenkt und gebündelt werden. Der Abtastbereich kann pulsweise abgetastet werden, indem mindestens ein Strahl erzeugt und anschließend eine Reflektion des erzeugten Strahls detektiert wird. Hierbei wird jeder erzeugte Strahl dazu genutzt punktuell oder flächenweise einen Teilabschnitt des As a result, backscattered or reflected to the LIDAR device beams can be directed from different directions of incidence by the detector mirror on the detector and bundled. The scanning region can be scanned in pulses by generating at least one beam and then detecting a reflection of the generated beam. In this case, each generated beam is used selectively or area by section of the
Abtastbereiches zu belichten. Anschließend wird der mindestens eine reflektierte Strahl von dem Detektorspiegel auf den Detektor fokussiert. Dieser Ablauf beginnt anschließend erneut, wobei der Spiegel den erzeugten Strahl auf einen anderen Teilbereich des Abtastbereiches lenkt. Der Detektor ist dazu ausgelegt mindestens einen reflektierten Strahl und seine Intensität zu detektierten. To expose scanning range. Subsequently, the at least one reflected beam is focused by the detector mirror onto the detector. This process then begins again, with the mirror directing the generated beam to another portion of the scan area. The detector is designed to detect at least one reflected beam and its intensity.
Informationen über einen Ort, von dem der reflektierte Strahl kommt, werden nicht durch den Detektor ermittelt, sondern basierend auf der Ausrichtung des Spiegels bzw. des belichteten Teilbereichs dem detektierten Strahl nachträglich zugewiesen. Hierdurch kann eine Ortsauflösung der LIDAR-Vorrichtung durch die Strahlenquelle in Kombination mit einer Ausrichtung des Spiegels bzw. der Ablenkeinheit und nicht durch einen Detektor umgesetzt werden. Es kann beispielsweise ein Laserpunkt bzw. ein pulsformiger Strahl auf einen Spiegel, der beispielsweise ein oszillierender Mikrospiegel (MEMS) sein kann, gerichtet werden. Durch eine Pulsfrequenz der Strahlenquelle und eine Information about a location from which the reflected beam comes is not determined by the detector, but subsequently retrieved based on the orientation of the mirror or exposed portion of the detected beam assigned. In this way, a spatial resolution of the LIDAR device can be implemented by the radiation source in combination with an alignment of the mirror or the deflection unit and not by a detector. For example, a laser spot or a pulse-shaped beam can be directed onto a mirror, which can be, for example, an oscillating micromirror (MEMS). By a pulse rate of the radiation source and a
Oszillationsfrequenz des Spiegels können beliebige vertikale Auflösungen ermöglicht werden. Sämtliche reflektierte Strahlen werden hierbei auf den Detektor gelenkt. Durch die Bündelung der reflektierten Strahlen auf den gesamten Detektor ist es nicht ausschlaggebend, wo auf dem Detektor ein reflektierter Strahl detektiert wird. Der Detektor kann dadurch technisch einfach ausgeführt sein und eine Auswertung von Messsignalen des Detektors vereinfacht werden. Das von dem Detektor detektierte Messsignal kann beispielsweise abhängig von der Ausrichtung des Spiegels und der hieraus ermittelten Abstrahlrichtung des mindestens einen erzeugten Strahls einem belichteten Teilbereich des Abtastbereiches zugeordnet werden. Somit kann ein Abtastbereich beispielsweise mäanderförmig, in Form eines Interlace-Verfahrens oder dergleichen schrittweise oder kontinuierlich belichtet werden. Der Oscillation frequency of the mirror can be made any vertical resolutions. All reflected rays are directed to the detector. Due to the bundling of the reflected beams onto the entire detector, it is not decisive where a reflected beam is detected on the detector. The detector can thereby be designed to be technically simple and an evaluation of measurement signals of the detector can be simplified. The measurement signal detected by the detector can be assigned to an exposed partial area of the scanning area, for example, depending on the orientation of the mirror and the emission direction of the at least one generated beam determined therefrom. Thus, a scanning area may be exposed stepwise or continuously, for example meandering, in the form of an interlace method or the like. Of the
Detektorspiegel und der Spiegel zum Ablenken der erzeugten Strahlen können beispielsweise von dem Rotor angetrieben werden oder als Teile des Rotors drehbar sein. Da lediglich diese beiden Komponenten auf dem Rotor angeordnet sind, weist der Rotor eine geringe Rotationsmasse auf. Des Weiteren sind nur wenige elektrische Leitungen zum und vom Rotor (bilateral) notwendig. Nach einem Ausführungsbeispiel der LIDAR-Vorrichtung fokussiert der For example, detector mirrors and the mirror for deflecting the generated beams may be driven by the rotor or may be rotatable as parts of the rotor. Since only these two components are arranged on the rotor, the rotor has a low rotational mass. Furthermore, only a few electrical lines to and from the rotor (bilateral) are necessary. According to one embodiment of the LIDAR device focuses the
Detektorspiegel reflektierte Strahlen eines Rückstrahlbereiches auf den Detektor. Hierdurch können reflektierte Strahlen aus dem Rückstrahlbereich auf den Detektor gelenkt werden. Vorzugsweise entspricht der Rückstrahlbereich dem Abtastbereich der LIDAR-Vorrichtung. Insbesondere kann der Detektor hierbei kleiner ausgeführt sein, da reflektierte Strahlen nicht mehr durch den Detektor ihre örtliche Zuordnung bzw. Auflösung erhalten.  Detector mirror reflected rays of a Rückstrahlbereiches on the detector. As a result, reflected beams can be directed from the return beam area to the detector. Preferably, the reverberation range corresponds to the scanning range of the LIDAR device. In particular, the detector can be made smaller in this case, since reflected beams are no longer given their local assignment or resolution by the detector.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels der LIDAR-Vorrichtung weist der According to one embodiment of the LIDAR device, the
Detektorspiegel eine Brennweite auf, wobei der Detektor in einem Brennpunkt des Detektorspiegels angeordnet ist. Der Detektorspiegel ist hierbei derart ausgelegt, dass er alle reflektierten Strahlen in seinem Brennpunkt abbildet. Somit können alle reflektierten Strahlen durch den Detektorspiegel in einem einzigen Punkt bzw. örtlich konzentriert auf einen definierten Bereich des Detektors abgebildet werden. Durch eine Positionierung des Detektors im Brennpunkt des Detektorspiegels kann der Detektor sehr klein ausgeführt sein. Detector mirror on a focal length, wherein the detector is disposed in a focal point of the detector mirror. The detector mirror is in this case designed such that it reflects all the reflected rays at its focal point. Thus, all the reflected beams can be imaged by the detector mirror in a single point or locally concentrated on a defined area of the detector. By positioning the detector in the focal point of the detector mirror, the detector can be made very small.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der LIDAR-Vorrichtung ist der Detektor als ein Punktdetektor ausgeführt. Da die reflektierten Strahlen unabhängig von einem Einfallswinkel der reflektierten Strahlen durch den Detektorspiegel stark konzentriert in dem Brennpunkt abgebildet werden, kann der Detektor als ein Punktdetektor, wie beispielsweise eine Avalanche According to another embodiment of the LIDAR device, the detector is designed as a point detector. Since the reflected rays are highly concentrated at the focus regardless of an angle of incidence of the reflected rays by the detector mirror, the detector can be used as a point detector such as an avalanche
Photodiode, ausgeführt sein.  Photodiode to be executed.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der LIDAR-Vorrichtung ist der Spiegel um eine horizontale Rotationsachse schwenkbar. Durch eine Schwingung um eine horizontale Rotationsachse kann der Spiegel einen erzeugten Strahl entlang eines vertikalen Winkels ablenken. Hierdurch kann kontinuierlich oder schrittweise ein vertikaler Abtastwinkel durch mindestens einen erzeugten Strahl schrittweise belichtet bzw. abgetastet werden. Der Spiegel kann hierbei mit einer beliebigen Frequenz schwingen und erzeugte Strahlen entlang des vertikalen Abtastbereiches in Richtung des Abtastbereiches ablenken. Da der Spiegel auf dem Rotor angeordnet ist, kann mit Hilfe einer überlagerten Rotationsbewegung um die vertikale Rotationsachse der mindestens eine Strahl auch in beliebige horizontale Abtastwinkel gelenkt werden. Der horizontale Abtastwinkel und der vertikale Abtastwinkel spannen hierbei den Abtastbereich auf. According to a further embodiment of the LIDAR device, the mirror is pivotable about a horizontal axis of rotation. By oscillating about a horizontal axis of rotation, the mirror can deflect a generated beam along a vertical angle. In this way, continuously or stepwise, a vertical scanning angle can be exposed or scanned stepwise by at least one generated beam. In this case, the mirror can oscillate at any frequency and deflect rays generated along the vertical scanning region in the direction of the scanning region. Since the mirror is arranged on the rotor, with the aid of a superimposed rotational movement about the vertical axis of rotation, the at least one beam can also be directed to any horizontal scanning angle. The horizontal scanning angle and the vertical scanning angle span the scanning area.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der LIDAR-Vorrichtung lenkt ein um eine horizontale Rotationsachse schwenkbarer stationärer Spiegel mindestens einen erzeugten Strahl auf den um die vertikale Rotationsachse drehbaren Spiegel ab. Hierbei ist der um eine horizontale Rotationsachse schwenkbare Spiegel statisch bzw. außerhalb des Rotors angeordnet und lenkt den mindestens einen erzeugten Strahl unter unterschiedlichen Winkeln auf einen Spiegel, der passiv auf dem Rotor angeordnet ist und durch den Rotor eine Rotation bzw. Schwenkbewegung um die vertikale Rotationsachse vollführen kann. Somit ist auf dem Rotor neben dem Detektorspiegel nur der passive Spiegel positioniert. Auf dem Rotor sind hierdurch nur passive Komponenten angeordnet, die keine Energie- oder Datenübertragung benötigen. Der Rotor ist somit technisch einfacher ausgeführt und weist eine geringe Fehleranfälligkeit auf. Der stationär, insbesondere nicht um eine vertikale Rotationsachse rotierbare, Spiegel kann durch eine Schwenkbewegung um die horizontale Rotationsachse den mindestens einen Strahl entlang eines horizontalen According to a further embodiment of the LIDAR device, a stationary mirror pivotable about a horizontal axis of rotation deflects at least one generated beam onto the mirror which is rotatable about the vertical axis of rotation. Here, the pivotable about a horizontal axis of rotation mirror is arranged statically or outside of the rotor and directs the at least one generated beam at different angles to a mirror which is arranged passively on the rotor and the rotor by a rotation or pivotal movement about the vertical axis of rotation can perform. Thus, only the passive mirror is positioned on the rotor next to the detector mirror. As a result, only passive components that do not require energy or data transmission are arranged on the rotor. The rotor is thus performed technically easier and has a low susceptibility to errors. The stationary, in particular not rotatable about a vertical axis of rotation, mirror can by a pivoting movement about the horizontal axis of rotation of the at least one beam along a horizontal
Abtastwinkels ablenken und über den auf dem Rotor positionierten passiven Spiegel den Abtastbereich belichten. Distract the scanning angle and expose the scanning range over the passive mirror positioned on the rotor.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der LIDAR-Vorrichtung führt mindestens ein optisches Element den mindestens einen abgelenkten Strahl über den um die vertikale Rotationsachse drehbaren passiven Spiegel. Hierdurch können die erzeugten Strahlen, die durch den stationär angeordneten und um eine horizontale Rotationsachse schwenkbaren Spiegel ablenkbar sind, optimal auf den passiven auf dem Rotor angeordneten Spiegel geführt werden. According to another embodiment of the LIDAR device, at least one optical element guides the at least one deflected beam over the passive mirror rotatable about the vertical axis of rotation. In this way, the generated beams, which are deflectable by the stationary arranged and pivotable about a horizontal axis of rotation mirror, are optimally guided on the passive arranged on the rotor mirror.
Insbesondere kann hierbei der passive Spiegel optimal ausgeleuchtet und mögliche Verluste, beispielsweise durch erzeugte Strahlen, die den passiven Spiegel verfehlen, reduziert werden. Das optische Element kann beispielsweise ein Linsensystem sein, welches auch teilweise auf dem Rotor und teilweise statisch angeordnet sein kann. In particular, in this case the passive mirror can be optimally illuminated and possible losses, for example due to generated beams that miss the passive mirror, can be reduced. The optical element may for example be a lens system, which may also be partially arranged on the rotor and partially static.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der LIDAR-Vorrichtung ist der Detektorspiegel ein Freiformspiegel. Der Detektorspiegel kann an eine Geometrie und an einen Einsatzbereich der LIDAR-Vorrichtung angepasst sein. Insbesondere kann basierend auf möglichen Platzverhältnissen innerhalb der Vorrichtung der Detektorspiegel eine angepasste Krümmung und Form aufweisen, sodass alle reflektierten Strahlen unabhängig von deren According to a further preferred embodiment of the LIDAR device, the detector mirror is a free-form mirror. The detector mirror may be adapted to a geometry and a range of use of the LIDAR device. In particular, based on possible space conditions within the device, the detector mirror may have an adapted curvature and shape, so that all the reflected beams are independent of the latter
Einfallswinkel stets auf einem Punkt oder zumindest auf einem flächig eingeschränkten Bereich gebündelt werden können. Der Detektorspiegel kann hierbei vorzugsweise auf dem Rotor angeordnet sein und beispielsweise als ein Parabolspiegel ausgeführt sein. So kann der Detektor ortsfest außerhalb des Rotors platziert werden und klein oder punktförmig ausgeführt sein. Hierzu müssen der Detektor und der Detektorspiegel derart positioniert sein, dass sie sich gegenüberliegend auf der vertikalen Rotationsachse angeordnet sind. Incident angle can always be focused on a point or at least on a limited area area. The detector mirror may in this case preferably be arranged on the rotor and be designed, for example, as a parabolic mirror. Thus, the detector can be placed stationary outside of the rotor and designed to be small or punctiform. For this purpose, the detector and the detector mirror must be positioned so that they are arranged opposite one another on the vertical axis of rotation.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastwinkels mit mindestens einem Strahl bereitgestellt. In einem Schritt wird mindestens ein Strahl erzeugt. Anschließend wird der mindestens eine erzeugte Strahl entlang eines horizontalen Abtastwinkels und eines vertikalen Abtastwinkels abgelenkt, wobei mindestens ein an einem Objekt reflektierter Strahl von einem Detektorspiegel auf einen Detektor fokussiert wird. According to another aspect of the invention, there is provided a method of operating a LIDAR device for scanning a scan angle with at least one beam. In one step at least one beam is generated. Subsequently, the at least one generated beam is deflected along a horizontal scanning angle and a vertical scanning angle, wherein at least one reflected beam on an object is focused by a detector mirror onto a detector.
Der mindestens eine erzeugte Strahl kann hierbei von einem auf einem Rotor angeordneten Spiegel entlang des horizontalen Abtastwinkels kontinuierlich oder schrittweise abgelenkt werden. Ein Detektorspiegel ist ebenfalls auf dem Rotor angeordnet. Der Detektorspiegel weist eine gekrümmte bzw. geformte The at least one generated beam can hereby be continuously or stepwise deflected by a mirror arranged on a rotor along the horizontal scanning angle. A detector mirror is also arranged on the rotor. The detector mirror has a curved or shaped
Spiegelfläche auf. Der Detektorspiegel ist vorzugsweise ein Freiformspiegel wie beispielsweise ein Parabolspiegel. Somit kann der Detektorspiegel reflektierte ankommende Strahlen ablenken und derart fokussieren, dass die reflektierten Strahlen stets auf eine definierte Detektorfläche des Detektors auftreffen. Dies erfolgt vorzugsweise unabhängig von einem Einfallswinkel der reflektierten Strahlen. Gemäß dem Verfahren wird jeweils ein Strahl pulsförmig erzeugt und über eine vertikale und horizontale Auslenkung eines Spiegels in den Mirror surface on. The detector mirror is preferably a free-form mirror such as a parabolic mirror. Thus, the detector mirror can deflect reflected incoming beams and focus such that the reflected beams are always incident on a defined detector surface of the detector. This is preferably done independently of an angle of incidence of the reflected rays. According to the method, a respective beam is generated in a pulse shape and a vertical and horizontal deflection of a mirror in the
Abtastbereich gesendet. Anschließende reflektierte Strahlen werden auf den Detektor geleitet und dort registriert. Dieser Vorgang kann nun beliebig wiederholt werden für unterschiedliche Auslenkungen des Spiegels. Hierdurch erfüllt der Detektor lediglich die Aufgabe der Registrierung bzw. Detektion von reflektierten Strahlen. Anhand der Auslenkung des Spiegels können dem reflektierten und detektierten Strahl Informationen bezüglich eines Ortes bzw. eines expliziten belichteten Teilbereiches des Abtastbereiches zugewiesen werden. Hierdurch kann die Komplexität des Detektors und einer Auswertung des Detektors reduziert werden. Des Weiteren kann ein derartiger Detektor kleiner bzw. kompakter ausgeführt sein. Scanning area sent. Subsequent reflected beams are directed to the detector and registered there. This process can now be repeated as desired for different deflections of the mirror. As a result, the detector only fulfills the task of registering or detecting reflected beams. On the basis of the deflection of the mirror, information relating to a location or an explicitly exposed partial area of the scanning area can be assigned to the reflected and detected beam. As a result, the complexity of the detector and an evaluation of the detector can be reduced. Furthermore, such a detector can be made smaller or more compact.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird jeder reflektierte Strahl aus einem Rückstrahlbereich auf den Detektor punktgenau fokussiert. Hierbei werden alle reflektierten Strahlen in einem Punkt fokussiert. Vorzugsweise kann dieser Punkt ein Brennpunkt des Detektorspiegels sein. Somit kann der Detektor als ein Punktdetektor ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Detektor eine Avalanche Photodiode sein. Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen According to an exemplary embodiment of the method, each reflected beam from a return beam region is focused precisely on the detector. Here, all reflected rays are focused in one point. Preferably, this point may be a focal point of the detector mirror. Thus, the detector may be implemented as a point detector. For example, the detector may be an avalanche photodiode. The following are based on highly simplified schematic
Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen Representations preferred embodiments of the invention explained in more detail. Show here
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 is a schematic representation of a LIDAR device according to a first embodiment,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 2 is a schematic representation of a LIDAR device according to a second embodiment,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und Fig. 3 is a schematic representation of a LIDAR device according to a third embodiment and
Fig. 4 ein Verfahren zum Betrieb einer LIDAR-Vorrichtung gemäß dem ersten4 shows a method for operating a LIDAR device according to the first
Ausführungsbeispiel. Embodiment.
In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf. In the figures, the same constructive elements each have the same reference numerals.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die LIDAR-Vorrichtung 1 weist eine Strahlenquelle 2 zum Erzeugen von gepulsten Strahlen 3 auf. Die Strahlenquelle1 shows a schematic representation of a LIDAR device 1 according to a first embodiment. The LIDAR device 1 has a radiation source 2 for generating pulsed rays 3. The radiation source
2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Infrarotlaser 2, der Laserstrahlen 3 mit einer definierten Pulsdauer und in bestimmten zeitlichen Abständen erzeugt. Die erzeugten Strahlen 3 werden deckungsgleich mit einer horizontalen 2 is according to the embodiment, an infrared laser 2, the laser beams 3 generated with a defined pulse duration and at certain time intervals. The generated beams 3 are congruent with a horizontal
Rotationsachse V erzeugt und auf einen um eine horizontale Rotationsachse H schwenkbaren Spiegel 4 emittiert. Der Spiegel 4 ist auf einem um die vertikale Rotationsachse V drehbaren Rotor 6 positioniert und lenkt die erzeugten StrahlenRotation axis V generated and emitted to a pivotable about a horizontal axis of rotation H mirror 4. The mirror 4 is positioned on a rotatable about the vertical axis of rotation V rotor 6 and directs the generated rays
3 in einen Abtastbereich bzw. emittiert die erzeugten Strahlen 3 aus der LIDAR- Vorrichtung 1 hinaus. 3 in a scanning region or emits the generated beams 3 from the LIDAR device 1 addition.
Der Rotor 6 wird über einen nicht gezeigten Antriebsmechanismus kontinuierlich oder stufenweise gedreht. Für eine Ansteuerung einer Verschwenkung des Spiegels 4 und der Rotation des Rotors 6 sind neben elektrischen Leitungen auch Datenleitungen 8 vorgesehen. Die Datenleitungen 8 sind mit dem Spiegel 4, dem Rotor 6, einem Detektor 10 und einer Auswerteeinheit 12 verbunden. Weiterhin ist auf dem Rotor 6 ein Detektorspiegel 14 angeordnet. Der The rotor 6 is rotated continuously or stepwise via a drive mechanism, not shown. For driving a pivoting of the mirror 4 and the rotation of the rotor 6, data lines 8 are provided in addition to electrical lines. The data lines 8 are connected to the mirror 4, the rotor 6, a detector 10 and an evaluation unit 12. Furthermore, a detector mirror 14 is disposed on the rotor 6. Of the
Detektorspiegel 14 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Parabolspiegel 14. Der Detektorspiegel 14 kann an einem Objekt 16 reflektierte Strahlen 13 aus unterschiedlichen Einfallsrichtungen derart reflektieren, dass die reflektierten Strahlen 13 in einem Brennpunkt gebündelt werden. Der Brennpunkt weist eine Entfernung von dem Detektorspiegel 14 auf, die einer Brennweite des Detector mirror 14 is according to the embodiment, a parabolic mirror 14. The detector mirror 14 can reflected at an object 16 rays 13 from reflect different directions of incidence such that the reflected beams 13 are focused in one focal point. The focal point has a distance from the detector mirror 14, which is a focal length of the
Detektorspiegels 14 entspricht. Der Detektor 10 weist ebenfalls einen Abstand entsprechend der Brennweite des Detektorspiegels 14 auf. Insbesondere liegt eine Detektorfläche des Detektors 10 in einem Brennpunkt des Detektorspiegels 14. Der Detektor 10 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Punktdetektor in Form einer Avalanche Photodiode. Damit der Brennpunkt des Detektorspiegels 14 unabhängig von einer Ausrichtung des Rotors 6 ist, muss der Brennpunkt des Detektorspiegels 14 und eine Detektorfläche des Detektors 10 auf der vertikalenDetector mirror 14 corresponds. The detector 10 also has a distance corresponding to the focal length of the detector mirror 14. In particular, a detector surface of the detector 10 is located at a focal point of the detector mirror 14. The detector 10 is according to the embodiment, a point detector in the form of an avalanche photodiode. In order for the focal point of the detector mirror 14 to be independent of an orientation of the rotor 6, the focal point of the detector mirror 14 and a detector surface of the detector 10 must be on the vertical
Rotationsachse V liegen. Rotation axis V lie.
Die vertikale Rotationsachse V und die horizontale Rotationsachse H sind der Einfachheit halber bezogen auf eine Ausrichtung und Positionierung der LIDAR- Vorrichtung 1 in den Figuren benannt und müssen nicht zwangsweise vertikal oder horizontal verlaufen. Vielmehr können die Rotationsachsen entsprechend einer Positionierung der LIDAR-Vorrichtung 1 vertauscht oder diagonal angeordnet sein. Jedoch sind die vertikale Rotationsachse V und die horizontale Rotationsachse H stets orthogonal zueinander angeordnet. The vertical axis of rotation V and the horizontal axis of rotation H are for convenience referred to an orientation and positioning of the LIDAR device 1 in the figures and need not necessarily be vertical or horizontal. Rather, the axes of rotation can be reversed according to a positioning of the LIDAR device 1 or arranged diagonally. However, the vertical rotation axis V and the horizontal rotation axis H are always orthogonal to each other.
Die pulsweise erzeugten Strahlen 3 werden von dem Spiegel 4 entsprechend seiner Auslenkung und der Stellung des Rotors 6 in unterschiedliche Teilbereiche des Abtastbereiches emittiert. Anschließend können reflektierter Strahlen 13 der erzeugten Strahlen 3 von dem Detektor 10 registriert werden. Der Detektor 10 kann hierbei nur eine Intensität des reflektierten Strahls ermitteln und als elektrisches Messsignal an die Auswerteeinheit 12 weiterleiten. Die The pulsed beams 3 are emitted by the mirror 4 in accordance with its deflection and the position of the rotor 6 in different portions of the scanning range. Subsequently, reflected beams 13 of the generated beams 3 can be registered by the detector 10. In this case, the detector 10 can determine only one intensity of the reflected beam and forward it to the evaluation unit 12 as an electrical measurement signal. The
Auswerteeinheit 12 ermittelt die Stellung des Spiegels 4 und des Rotors 6 des zu einem detektierten Reflex 13 zugehörigen erzeugten Strahls 3. Basierend auf diesen Informationen kann dem detektierten Strahl eine Ortsabhängigkeit zugewiesen werden und der Teilbereich des Abtastbereiches identifiziert werden. Evaluation unit 12 determines the position of the mirror 4 and the rotor 6 of the generated to a detected reflex 13 generated beam 3. Based on this information, the detected beam, a location dependence can be assigned and the subregion of the scanning are identified.
In der Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die LIDAR-Vorrichtung 1 einen verschwenkbaren Spiegel 18 auf, der stationär außerhalb des Rotors 6 angeordnet ist. Der verschwenkbare Spiegel 4a ist gemäß dem Ausführungsbeispiel passiv ausgeführt und ist in einer definierten Stellung auf dem Rotor 6 positioniert. Somit können Energie- und Datenleitungen, die mögliche Komponenten auf dem Rotor 6 anbinden entfallen und die LIDAR-Vorrichtung 1 technisch vereinfacht werden. Der stationär angeordnete Spiegel 18 lenkt den von der Strahlenquelle 2 erzeugten Strahl 3 auf den passiven Spiegel 4a, der auf dem Rotor 6 positioniert ist. Durch das Verschwenken des Spiegels 18 wird der erzeugte Strahl 3 auf unterschiedliche Bereiche des passiven Spiegels 4a gelenkt. Hierdurch wird ein Einfallswinkel des erzeugten Strahls 3 auf den passiven Spiegel 4a durch den Spiegel 18 variiert. Entsprechend dem Einfallswinkel des erzeugten Strahls 3 wird ein vertikaler Abtastwinkel aufgespannt bzw. der Abtastbereich in seiner vertikalen Ausdehnung abhängig von der Verschwenkung des Spiegels 18 belichtet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der verschwenkbare Spiegel 18 statt der Strahlenquelle 2 auf der horizontalen Rotationsachse V FIG. 2 shows a schematic representation of a LIDAR device 1 according to a second exemplary embodiment. In contrast to the first exemplary embodiment, the LIDAR device 1 has a pivotable mirror 18, which is arranged stationarily outside the rotor 6. The pivotable mirror 4a is passive according to the embodiment executed and is positioned in a defined position on the rotor 6. Thus, power and data lines that connect possible components on the rotor 6 and the LIDAR device 1 can be technically simplified. The stationary arranged mirror 18 directs the beam 3 generated by the radiation source 2 on the passive mirror 4 a, which is positioned on the rotor 6. By pivoting the mirror 18, the generated beam 3 is directed to different areas of the passive mirror 4a. As a result, an angle of incidence of the generated beam 3 on the passive mirror 4 a is varied by the mirror 18. In accordance with the angle of incidence of the generated beam 3, a vertical scanning angle is clamped or the scanning region is exposed in its vertical extent as a function of the pivoting of the mirror 18. According to the embodiment, the pivotable mirror 18 instead of the radiation source 2 on the horizontal axis of rotation V
gegenüberliegend dem passiven Spiegel 4a auf dem Rotor 6 angeordnet. opposite the passive mirror 4a on the rotor 6.
Gestrichelt ist zur Veranschaulichung eine alternative Auslenkung des Spiegels 18 mit einem entsprechend geänderten Strahlengang des erzeugten Strahls 3 und des reflektierten Strahls 13 dargestellt. Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum zweiten  Dashed lines illustrate an alternative deflection of the mirror 18 with a correspondingly modified beam path of the generated beam 3 and the reflected beam 13 is shown. FIG. 3 shows a schematic representation of a LIDAR device 1 according to a third exemplary embodiment. Unlike the second
Ausführungsbeispiel weist die LIDAR-Vorrichtung 1 hier ein zusätzliches optisches Element 20 auf. Das optische Element 20 ist auf dem Rotor 6 zwischen dem passiven Spiegel 4a und dem verschwenkbaren Spiegel 18 angeordnet. Das optische Element 20 dient als ein Strahlenleitelement und lenkt die erzeugten Strahlen 3, die von dem verschwenkbaren Spiegel 18 auf den passiven Spiegel 4a gelenkt werden. Insbesondere dient das optische Element 20 zu einer Korrektur der erzeugten Strahlen 3 und zu einer Optimierung eines Strahlenverlaufes der erzeugten Strahlen 3 auf den passiven Spiegel 4a. Embodiment, the LIDAR device 1 here an additional optical element 20. The optical element 20 is arranged on the rotor 6 between the passive mirror 4 a and the pivotable mirror 18. The optical element 20 serves as a beam guide and directs the generated beams 3, which are directed by the pivotable mirror 18 onto the passive mirror 4a. In particular, the optical element 20 serves to correct the generated beams 3 and to optimize a beam path of the generated beams 3 onto the passive mirror 4a.
Die Figur 4 veranschaulicht ein Verfahren 22 zum Betrieb einer LIDAR- Vorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Es wird mindestens ein Strahl 3 erzeugt 24 und auf einen verschwenkbaren Spiegel 4 von der FIG. 4 illustrates a method 22 for operating a LIDAR device 1 according to the first exemplary embodiment. At least one beam 3 is generated 24 and a pivotable mirror 4 of the
Strahlenquelle 2 emittiert. Der erzeugte Strahl 3 wird von dem verschwenkbaren Spiegel 4 entlang des vertikalen Abtastwinkels abgelenkt 26. Da der Spiegel 4 auf einem Rotor 6 angeordnet ist, wird der erzeugte Strahl 3 auch entlang des horizontalen Winkels abgelenkt 26. Wenn ein in den Abtastbereich emittierter Strahl 3 auf einen Objekt 16 oder ein Hindernis trifft, wird zumindest ein Teil des erzeugten Strahls 3 als ein reflektierter Strahl 13 zu der LIDAR-Vorrichtung zurück reflektiert 28. Der reflektierte Strahl 13 wird von dem Detektorspiegel 14 empfangen und gebündelt auf den Detektor 10 abgelenkt 30. Basierend auf derRadiation source 2 emitted. The generated beam 3 is deflected by the pivotable mirror 4 along the vertical scanning angle 26. Since the mirror 4 is arranged on a rotor 6, the generated beam 3 is also along the When a beam 3 emitted into the scanning region strikes an object 16 or obstruction, at least a portion of the generated beam 3 is reflected back as a reflected beam 13 to the LIDAR device 28. The reflected beam 13 is reflected by received the detector mirror 14 and focused on the detector 10 deflected 30. Based on the
Ausrichtung des Spiegels 4 und des Rotors 6 bei dem Ablenken 26 des erzeugten Strahls 3 kann dem detektierten 30 Strahl eine örtliche Auflösung bzw. ein definierter Bereich des Abtastbereiches durch die Auswerteeinheit 12 zugewiesen werden 32. Alignment of the mirror 4 and the rotor 6 in the deflection 26 of the generated beam 3, the localized resolution or a defined range of the scanning range can be assigned by the evaluation unit 12 to the detected 30 beam 32.

Claims

Ansprüche claims
1 . LIDAR-Vorrichtung (1 ) zum Abtasten eines Abtastbereiches mit mindestens einem Strahl (3), mit mindestens einer Strahlenquelle (2) zum Erzeugen des mindestens einen Strahls (3), mit einem Spiegel (4) zum Ablenken des mindestens einen erzeugten Strahls (3) in Richtung des Abtastbereiches und mit einem Detektorspiegel (14) zum Ablenken mindestens eines an einem Objekt (16) reflektierten Strahls (13) auf einen definierten Bereich eines Detektor (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (4) und der Detektorspiegel (14) um eine vertikale Rotationsachse (V) über einen Rotor (6) drehbar sind, wobei der Detektorspiegel (14) den mindestens einen reflektierten Strahl (13) auf den Detektor (10) bündelt. 1 . LIDAR device (1) for scanning a scanning region with at least one beam (3), with at least one radiation source (2) for generating the at least one beam (3), with a mirror (4) for deflecting the at least one generated beam (3 ) in the direction of the scanning region and with a detector mirror (14) for deflecting at least one beam (13) reflected by an object (16) onto a defined region of a detector (10), characterized in that the mirror (4) and the detector mirror ( 14) about a vertical axis of rotation (V) via a rotor (6) are rotatable, wherein the detector mirror (14) bundles the at least one reflected beam (13) on the detector (10).
2. LIDAR-Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Detektorspiegel (14) reflektierte Strahlen (13) eines Rückstrahlbereiches auf den Detektor (10) bündelt. 2. LIDAR device according to claim 1, wherein the detector mirror (14) focuses reflected beams (13) of a return beam area onto the detector (10).
3. LIDAR-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektorspiegel (14) eine Brennweite aufweist und der Detektor (10) in einem Brennpunkt des Detektorspiegels (14) angeordnet ist. 3. LIDAR device according to claim 1 or 2, wherein the detector mirror (14) has a focal length and the detector (10) is arranged in a focal point of the detector mirror (14).
4. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Detektor (10) als ein Punktdetektor ausgeführt ist. 4. LIDAR device according to one of claims 1 to 3, wherein the detector (10) is designed as a point detector.
5. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Spiegel (4) um eine horizontale Rotationsachse (H) schwenkbar ist. 5. LIDAR device according to one of claims 1 to 4, wherein the mirror (4) about a horizontal axis of rotation (H) is pivotable.
6. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein um eine horizontale Rotationsachse (H) schwenkbarer Spiegel (18) auf einem statischen Teil der Vorrichtung angebracht ist und den mindestens einen erzeugten Strahl (3) auf den um die vertikale Rotationsachse (V) drehbaren Spiegel (4a) ablenkt. 6. LIDAR device according to one of claims 1 to 4, wherein a pivotable about a horizontal axis of rotation (H) mirror (18) is mounted on a static part of the device and the at least one generated beam (3) on the around the vertical axis of rotation (V) deflects rotatable mirror (4a).
7. LIDAR-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei mindestens ein optisches Element (20) den mindestens einen abgelenkten Strahl (3) über den um die vertikale Rotationsachse (V) drehbaren Spiegel (4a) führt. 7. LIDAR device according to claim 6, wherein at least one optical element (20) guides the at least one deflected beam (3) over the about the vertical axis of rotation (V) rotatable mirror (4a).
8. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Detektorspiegel (14) ein Freiformspiegel ist. 8. LIDAR device according to one of claims 1 to 7, wherein the detector mirror (14) is a free-form mirror.
9. Verfahren (22) zum Betrieb einer LIDAR-Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zum Abtasten eines Abtastwinkels mit mindestens einem Strahl (3), wobei 9. A method (22) for operating a LIDAR device (1) according to one of the preceding claims for scanning a scanning angle with at least one beam (3), wherein
mindestens ein Strahl (3) erzeugt (24) wird,  at least one beam (3) is generated (24),
der mindestens eine Strahl (3) entlang eines horizontalen Abtastwinkels und entlang eines vertikalen Abtastwinkels abgelenkt (26) wird,  the at least one beam (3) is deflected (26) along a horizontal scanning angle and along a vertical scanning angle,
mindestens ein an einem Objekt (16) reflektierter Strahl (13) von einem Detektorspiegel (14) auf einen Detektor (10) gebündelt (30) wird.  at least one beam (13) reflected by an object (16) is focused (30) by a detector mirror (14) onto a detector (10).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei jeder reflektierte Strahl (13) aus einem Rückstrahlbereich auf den Detektor (10) punktgenau gebündelt wird. 10. The method of claim 9, wherein each reflected beam (13) from a Rückstrahlbereich on the detector (10) is focused precisely.
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