WO2018234070A1 - Makroskopische lidar-vorrichtung - Google Patents

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WO2018234070A1
WO2018234070A1 PCT/EP2018/065256 EP2018065256W WO2018234070A1 WO 2018234070 A1 WO2018234070 A1 WO 2018234070A1 EP 2018065256 W EP2018065256 W EP 2018065256W WO 2018234070 A1 WO2018234070 A1 WO 2018234070A1
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lidar
laser element
macroscopic
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Nico Heussner
Annemarie Holleczek
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a macroscopic lidar device.
  • the invention further relates to a method for producing a macroscopic lidar device.
  • Lidar macroscanners in which all optical elements, as well as the laser and the detector are arranged on a rotor, and which have a rotating macro mirror with a diameter in the centimeter range, are known.
  • a beam with a diameter in the centimeter range can be guided over the rotating macro mirror in the transmission path.
  • a horizontal field of view (FOV) of 360 ° can be system-inherently scanned.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a conventional lidar device 100.
  • a rotor 1 can be seen, on which a first transmitting lens 10 and a second transmitting lens 11 are arranged.
  • a visual field is indicated FOV, which points in a proper mounting position of the lidar device 100 on a vehicle 200 to the front. Transmission beams of a laser are indicated by arrows.
  • An installation of the lidar device 100 in the vehicle is therefore desirable since the lidar device should be integrated as inconspicuously as possible in the vehicle. Due to a hidden installation location, however, the field of view FOV can no longer be used by 360 °. However, a reduction of the field of view FOV is always associated with a reduction of the measurement time for the system described if the part of the rotor 1 which is making the measurement is just outside the field of view FOV.
  • the invention provides a macroscopic lidar device comprising:
  • a laser element and a transmitting device are arranged on the rotor; in which
  • a beam of the laser element is substantially permanently emitted into a forwardly directed field of view.
  • a scanning, macroscopic lidar device which has two transmission paths which are directed forward during each half-turn or each full revolution of the rotor
  • the object is achieved with a method for producing a macroscopic lidar device, comprising the steps:
  • a laser element and a transmitting device are arranged on the rotor; in which
  • the transmitting device is designed such that in the intended mounting position of the lidar device on a vehicle during each half rotation of the rotor, a beam of the laser element in
  • Preferred embodiments of the lidar device are the subject of dependent claims.
  • lidar device An advantageous development of the lidar device is characterized in that the beam of the laser element can be emitted by means of a modulation device into the field of vision directed to the front. In this way, different modulation means for emitting the laser beam forward can be used.
  • Modulation device comprises a non-polarizing beam splitter. In this way, a particularly simple and inexpensive variant of the modulation device is provided.
  • the lidar device provides that the modulation device comprises a polarization rotator and a polarizing beam splitter. In this way, a polarization of the laser beam can be set defined and in this way in combination with the polarizing beam splitter, a forwardly emitted laser power can be adjusted. As a result, a power adjustment due to different polarizations of the laser beam is thereby achieved with a different range of the lidar device realized thereby.
  • a further advantageous development of the lidar device is characterized in that the polarization rotator can be switched between extreme values of horizontal and vertical polarization. This functionality can be advantageously realized with can with a slow and inexpensive polarization rotator.
  • a further advantageous lidar device is characterized in that the polarization rotator can be switched in defined positions as a function of a reflected beam of the laser element.
  • a rapid switching of the polarization is advantageously provided, which is particularly advantageous if an eye safety aspect is to be considered. This is important for adjustment of radiant power in detection of on-vehicle creatures.
  • the lidar device is characterized in that the polarization rotator is a Pockels cell or a mechanical polarization rotator. In this way, advantageously different types of polarization rotors can be used for the lidar device.
  • a further advantageous development of the lidar device is characterized in that a transmission path and a reception path of the lidar device are not superimposed.
  • a biaxial embodiment of the lidar apparatus of FIG. 12 is provided in which two separate transmit and two transmitters
  • Receiving optics are formed.
  • a further advantageous development of the lidar device is characterized in that a transmission path and a reception path of the lidar device are superimposed. In this way, a coaxial system is provided in which a reduced relative to the biaxial system
  • Parallax effect is feasible.
  • only a single detector in the same light path is required in this variant, because a transmission optics can also be used for the reception path.
  • Disclosed device features result analogously from corresponding disclosed method features and vice versa. This means, in particular, that features, technical advantages and embodiments relating to the macroscopic lidar device result analogously from corresponding embodiments, features and advantages of the method for producing a macroscopic lidar device and vice versa.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a plan view of a
  • Figures 2 and 3 are schematic representations of a first embodiment of the proposed macroscopic lidar device
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a further embodiment of the proposed macroscopic lidar device
  • FIGS 5 and 6 are illustrations of another embodiment of the proposed macroscopic lidar device.
  • FIG. 7 is a schematic representation of the sequence of an embodiment of a method for producing a macroscopic lidar device.
  • a key concept of the present invention is, in particular, to provide an efficiently operable macroscopic, scanning lidar system. This is accomplished by forming the lidar device such that during each half-turn the field of view of the lidar device is permanently directed forward. This is provided by different technical means explained in more detail below.
  • a non-polarizing beam splitter is provided for the macroscopic lidar device, which divides a laser beam in half in both directions, so that both directions of the field of view are illuminated by a scanning laser beam.
  • FIGS. 2 and 3 show a further embodiment of the proposed lidar device 100.
  • a stator 1 can be seen, on which a rotor 2 is arranged, wherein a laser element 20 is arranged on the rotor 2.
  • a beam of the laser element 20 strikes a polarization rotator 30, by means of which the polarization of the laser beam can be adjusted in a modulatable or defined manner.
  • the beam which is polarized by the polarization rotator 30, strikes a downstream polarizing beam splitter 31, which guides the incident beam in intensity as a function of the polarization direction through the first transmitting lens 10.
  • a dependence of the switching of the polarization rotator 30 is indicated by a polarization rotator 30 supplied rotational frequency f of the rotor 2.
  • Fig. 3 shows the arrangement of Fig. 2 rotated by 180 °, wherein the beam of the laser element 20 is incident on the polarization rotator 30, which now the
  • Polarization has switched, so that the polarizing beam splitter 31 is a polarized beam changed incident, so that the result of the beam through the second transmitting lens 1 1, that on the rotor 2 by 180 ° relative to the first
  • Transmitting lens 10 is arranged, emerges. As a result, the beam of the lidar device 100 is radiated forward in each half-turn.
  • the macroscopic lidar device 100 can advantageously achieve a higher frame rate because the scanning beam is always directed forward.
  • the polarization rotator 30 may be formed as a slow (about 10 ms switching time, engl), or as a fast (about 100 ns switching time) element, whereby the polarization of the laser beam can be switched according to slow or fast.
  • Slow polarization rotators 30 are generally less expensive than fast and advantageously also require less electrical voltage or energy input. Since the adjustment of the polarization of the laser beam must be matched to the rotational frequency f of the scanning lidar device 100, a switching frequency of about 10 ... 20 Hz is sufficient for switching the polarization because between the two orthogonal polarization states H (horizontal) and V (vertical) only a binary switch must be made. This results in a constant, maximum exit efficiency on the front and on the back of the lidar device 100. The fast switching
  • Polarization rotator may e.g. be formed in the form of a Pockels cell.
  • an eye safety aspect can be taken into account for the lidar device 100, since in this case feedback information can be processed which contains information about a living being located in front of the lidar device 100 (eg a child). whereupon the direction of polarization is switched over so rapidly that an emerging radiation power due to the changed polarization is suitably reduced. For example, this can be achieved by detecting reflected radiation of a target object by means of a detector device (not shown).
  • the leakage power can be varied continuously through this switching (e.g., through a sinusoidal drive signal pattern) across the horizontal field of view FOV.
  • the proposed lidar device 100 can be formed in advantageous embodiments as a coaxial system (with identical transmit and receive path) or as a biaxial system (with separate transmit and receive path), as explained in more detail below.
  • a schematic sketch of a biaxial system is shown in FIG. 4.
  • the laser beam passes through the polarization rotator or polarization switch 30, which, as already mentioned above, can be formed slowly or rapidly.
  • the laser beam leaves the polarization rotator 30 with a specific polarization direction (H or V or P or S) and strikes a downstream polarizing beam splitter 31 (PBS, English, polarizing beam splitter).
  • the laser light emitted via the first transmitting lens 10 is received via a first receiving lens 12 and fed to a first detector element 50.
  • the received laser light is received via a second receiving lens 13 and fed to a second detector element 51.
  • a lens 70 can be arranged between the first detector element 50 and the polarizing beam splitter 31.
  • FIG. 5 shows a principle of a further variant in the form of a coaxial lidar device 100.
  • the laser light is H-polarized or horizontally polarized, it is reflected at the polarizing beam splitter 31 ("path 1") Is polarized vertically, it is transmitted to the polarizing beam splitter 31 and a mirror 40 through the second
  • Revolution time / 2 and t revolution time collected by means of acting as a receiving lens second transmit lens 1 1 and guided to the detector element 50. It is advantageous in this case only a single detector element 50 is required, whereby over the biaxial system, a detector element can be saved. This is achieved by passing the emitted laser beam, which is reflected by the polarizing beam splitter 31, through a lambda / 4 plate 60, whereby the laser beam is circularly polarized. On the way back from the target object, the receive beam is transmitted again when the lambda / 4
  • Detector element 50 passed. This method of "optical isolation of optical paths” is already known per se In the right-hand section of FIG. 5, the above-explained “path 1" of the laser beam is shown again schematically.
  • FIG. 6 shows in principle the above-mentioned "path 2" of the lidar device 100.
  • the beam is no longer transmitted in the return path but at the polarizing end Beam splitter 31 deflected and fed to the detector element 50.
  • the thus realized "path 2" of the laser beam is shown schematically again in the right section of FIG.
  • FIG. 7 shows a basic sequence of an embodiment of the proposed method for producing a lidar device 100.
  • a stator is provided in a step 300.
  • a rotor 2 is provided, wherein on the rotor 2 a
  • Laser element 20 and a transmitting device can be arranged.
  • the transmitting device is formed on the rotor 2 in such a way that in the intended mounting position of the lidar device 100 on a vehicle 200 during each half rotation of the rotor 2, a beam of the laser beam
  • Element 20 in a forward-facing field of view FOV is emissive.
  • the order of step 300 with steps 310 and 320 is arbitrary.

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Abstract

Makroskopische Lidar-Vorrichtung (100) aufweisend: -einen Stator (1); und -einen Rotor (2); wobei -auf dem Rotor (2) ein Laser-Element (20) und eine Sendeinrichtung angeordnet sind;wobei -in bestimmungsgemäßer Anbringlage der Lidar-Vorrichtung (100) an einem Fahrzeug während jeder Halbdrehung des Rotors (2)ein Strahl des Laser-Elements (20) im Wesentlichen dauerhaft in ein nach vorne gerichtetes Sichtfeld (FOV) emittierbarist.

Description

Beschreibung Titel
Makroskopische Lidar-Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein eine makroskopische Lidar-Vorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer makroskopischen Lidar- Vorrichtung.
Stand der Technik
Lidar-Makroscanner, bei dem alle optischen Elemente, sowie der Laser und der Detektor auf einem Rotor angeordnet sind, und die einen rotierenden Makro- spiegel mit einem Durchmesser im Zentimeterbereich aufweisen, sind bekannt. Dadurch kann im Sendepfad ein Strahl mit einem Durchmesser im Zentimeterbereich über den rotierenden Makrospiegel geführt werden. Vorteilhaft kann mit derartigen Systemen, in denen alle Komponenten„rotieren", ein horizontales Sichtfeld (engl, field of view, FOV) von 360° systemimmanent abgescannt werden.
Dies stellt insbesondere beim Einbau in einer Fahrzeugkarosserie (d.h. nicht auf dem Fahrzeugdach) jedoch gleichzeitig einen Nachteil dar, da bis zu 2/3 der Zeit nicht gemessen werden kann, wenn nämlich der Laser auf dem Rotor in
Richtung der Fahrzeugkarosserie zeigt. Zudem entstehen durch die Auswahl eines großen Sichtfelds weitere Nachteile für das System, z.B. werden die Anforderungen an eine Abbildungsoptik oder an optische Filter mit steigendem Einfallswinkel größer. Aus diesem Grund wird oftmals ein kleineres Sichtfeld gewählt, als durch den Einbauort eigentlich möglich wäre.
Fig. 1 zeigt einen eine schematische Draufsicht auf eine herkömmliche Lidar- Vorrichtung 100. Erkennbar ist ein Rotor 1 , auf dem eine erste Sendelinse 10 und eine zweite Sendelinse 1 1 angeordnet sind. Angedeutet ist ein Sichtfeld FOV, welches in einer bestimmungsgemäßen Anbringlage der Lidar-Vorrichtung 100 an einem Fahrzeug 200 nach vorne weist. Sendestrahlen eines Lasers sind durch Pfeile angedeutet. Ein Einbau der Lidar-Vorrichtung 100 im Fahrzeug ist deshalb erwünscht, da die Lidar-Vorrichtung möglichst unauffällig im Fahrzeug integriert werden soll. Durch einen verdeckten Einbauort wird allerdings das Sichtfeld FOV nicht mehr von 360° nutzbar. Eine Reduzierung des Sichtfelds FOV geht aber für das beschriebene System immer mit einer Reduzierung der Messzeit einher, wenn sich der Teil des Rotors 1 , der die Messung vornimmt, gerade außerhalb des Sichtfelds FOV befindet.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes scannendes makroskopisches Lidar-System bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine makroskopische Lidar- Vorrichtung, aufweisend:
einen Stator; und
einen Rotor; wobei
auf dem Rotor ein Laser-Element und eine Sendeinrichtung angeordnet sind; wobei
in bestimmungsgemäßer Anbringlage der Lidar-Vorrichtung an einem Fahrzeug während jeder Halbdrehung des Rotors ein Strahl des Laser- Elements im Wesentlichen dauerhaft in ein nach vorne gerichtetes Sichtfeld emittierbar ist.
Auf diese Weise wird ein scannende, makroskopische Lidar-Vorrichtung bereitgestellt, die zwei Sendepfade aufweist, die während jeder Halbdrehung bzw. jeder vollen Umdrehung des Rotors eine nach vorne gerichtete
Laserleistung bereitstellt. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Bildrate der Lidar- Vorrichtung verdoppelt werden, weil eine nutzbare Zeit der Lidar-Vorrichtung voll ausgenutzt ist. Vorteilhaft ist dadurch lediglich ein einziges Laser-Element erforderlich und die Lidar-Vorrichtung eignet sich sehr gut für einen verdeckten Verbau im Chassis eines Fahrzeugs. Im Ergebnis weist die vorgeschlagene Vorrichtung beim Scannen der Umgebung keine bzw. nur eine minimale Totzeit auf. Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer makroskopischen Lidar-Vorrichtung, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Stators; und
Bereitstellen eines Rotors; wobei
auf dem Rotor ein Laser-Element und eine Sendeinrichtung angeordnet werden; wobei
die Sendeeinrichtung derart ausgebildet wird, dass in bestimmungsgemäßer Anbringlage der Lidar-Vorrichtung an einem Fahrzeug während jeder Halbdrehung des Rotors ein Strahl des Laser-Elements im
Wesentlichen dauerhaft in ein nach vorne gerichtetes Sichtfeld (FOV) emittierbar ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Lidar-Vorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Lidarvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Strahl des Laser-Elements mittels einer Modulationseinrichtung in das nach vorne gerichtete Sichtfeld emittierbar ist. Auf diese Weise können unterschiedliche Modulationseinrichtungen zum Emittieren des Laserstrahls nach vorne genutzt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung sieht vor, dass die
Modulationseinrichtung einen nicht-polarisierenden Strahlteiler umfasst. Auf diese Weise wird eine besonders einfache und kostengünstige Variante der Modulationseinrichtung bereitgestellt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung sieht vor, dass die Modulationseinrichtung einen Polarisationsrotator und einen polarisierenden Strahlteiler umfasst. Auf diese Weise kann eine Polarisation des Laserstrahls definiert eingestellt und auf diese Weise in Kombination mit dem polarisierenden Strahlteiler eine nach vorne abgestrahlte Laserleistung eingestellt werden. Im Ergebnis wird dadurch eine Leistungsanpassung aufgrund von unterschiedlichen Polarisationen des Laserstrahls mit einer dadurch realisierten unterschiedlichen Reichweite der Lidar-Vorrichtung erreicht. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsrotator zwischen Extremwerten von horizontaler und vertikaler Polarisation schaltbar ist. Diese Funktionalität kann vorteilhaft mit kann mit einem langsamen und kostengünstigen Polarisationsrotator realisiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Lidar-Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Polarisationsrotator in Abhängigkeit eines reflektierten Strahls des Laser- Elements in definierten Stellungen schaltbar ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine schnelle Umschaltung der Polarisationsart bereitgestellt, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn ein Augensicherheitsaspekt berücksichtigt werden soll. Dies ist für eine Einstellung von Strahlungsleistung bei einer Erkennung von vor dem Fahrzeug befindlichen Lebewesen bedeutsam.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Lidar-Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass der Polarisationsrotator eine Pockelszelle oder ein mechanischer Polarisationsrotator ist. Auf diese Weise können für die Lidar- Vorrichtung vorteilhaft unterschiedliche Arten von Polarisationsrotoren genutzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Sendepfad und ein Empfangspfad der Lidar-Vorrichtung nicht überlagert sind. Auf diese Art und Weise wird eine biaxiale Ausführung der Lidar-Vorrichtung von bereitgestellt, bei der zwei getrennte Sende- und
Empfangsoptiken ausgebildet sind.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Sendepfad und ein Empfangspfad der Lidar- Vorrichtung überlagert sind. Auf diese Weise wird ein koaxiales System bereitgestellt, bei dem ein gegenüber dem biaxialen System verringerter
Parallaxeneffekt realisierbar ist. Vorteilhaft ist bei dieser Variante lediglich ein einzelner Detektor im selben Lichtweg erforderlich, weil eine Sendeoptik auch für den Empfangsweg verwendet werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Bauelemente haben dabei gleiche Bezugszeichen. Die Figuren sind insbe- sondere dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu ausgeführt. Der besseren Übersichtlichkeit halber kann vorgesehen sein, dass nicht in sämtlichen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet sind.
Offenbarte Vorrichtungsmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Verfahrensmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend die makroskopische Lidar-Vorrichtung in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen des Verfahrens zur Herstellung einer makroskopischen Lidar-Vorrichtung ergeben und umgekehrt.
In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Draufsicht auf eine
herkömmliche scannende makroskopische Lidar-Vorrichtung;
Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der vorgeschlagenen makroskopischen Lidar-Vorrichtung ;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorgeschlagenen makroskopischen Lidar-Vorrichtung;
Fig. 5 und 6 Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der vorgeschlagenen makroskopischen Lidar-Vorrichtung; und
Fig. 7 eine prinzipielle Darstellung des Ablaufs einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer makroskopischen Lidar- Vorrichtung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, ein effizienter betreibbares makroskopisches, scannendes Lidarsystem bereit zu stellen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Lidar-Vorrichtung derart ausgebildet wird, dass während jeder Halbdrehung das Sichtfeld der Lidar-Vorrichtung permanent nach vorne gerichtet ist. Dies wird durch nachfolgend näher erläuterte unterschiedliche technische Mittel bereitgestellt.
In der einfachsten (nicht in Figuren dargestellt) Variante wird für die makroskopische Lidar-Vorrichtung ein nicht-polarisierender Strahlteiler bereitgestellt, der einen Laser-Strahl jeweils hälftig auf beide Richtungen aufteilt, sodass jeweils beide Richtungen des Sichtfelds durch einen scannenden Laserstrahl ausgeleuchtet sind.
Die Figuren 2 und 3 zeigen eine weitere Ausführungsform der vorgeschlagenen Lidar-Vorrichtung 100. Erkennbar ist ein Stator 1 , auf dem ein Rotor 2 angeordnet, wobei auf dem Rotor 2 ein Laser-Element 20 angeordnet ist. Ein Strahl des Laser-Elements 20 trifft auf einen Polarisationsrotator 30, mit dessen Hilfe die Polarisation des Laserstrahls modulierbar bzw. definiert einstellbar ist. Der vom Polarisationsrotator 30 in seiner Polarisation veränderte Strahl trifft auf einen nachgeschalteten polarisierenden Strahlteiler 31 , der den auftreffenden Strahl in seiner Intensität in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung durch die erste Sendelinse 10 leitet. Eine Abhängigkeit des Schaltens des Polarisationsrotators 30 ist durch eine dem Polarisationsrotator 30 zugeführte Drehfrequenz f des Rotors 2 angedeutet.
Fig. 3 zeigt die Anordnung von Fig. 2 um 180° verdreht, wobei der Strahl des Laser-Elements 20 auf den Polarisationsrotator 30 trifft, der nunmehr die
Polarisation umgeschaltet hat, sodass auf den polarisierenden Strahlteiler 31 ein in der Polarisation geänderter Strahl auftrifft, sodass im Ergebnis der Strahl durch die zweite Sendelinse 1 1 , die am Rotor 2 um 180° gegenüber der ersten
Sendelinse 10 angeordnet ist, austritt. Im Ergebnis ist dadurch erreicht, dass in jeder Halbdrehung der Strahl der Lidar-Vorrichtung 100 nach vorne abgestrahlt wird.
Auf diese Weise kann mit der makroskopischen Lidar-Vorrichtung 100 vorteilhaft eine höhere Bildrate erzielt werden, weil der scannende Strahl stets nach vorne gerichtet ist. Der Polarisationsrotator 30 kann als ein langsames (ca. 10 ms Schaltzeit, engl, rise time) oder als ein schnelles (ca. 100 ns Schaltzeit) Element ausgebildet sein, wodurch die Polarisation des Laserstrahls entsprechend langsam oder schnell umgeschaltet werden kann.
Langsame Polarisationsrotatoren 30 sind in der Regel kostengünstiger als schnelle und benötigen vorteilhaft auch weniger elektrischen Spannungs- bzw. Energieeintrag. Da die Einstellung der Polarisation des Laserstrahls auf die Drehfrequenz f der scannenden Lidar-Vorrichtung 100 abgestimmt sein muss, ist eine Schaltfrequenz von ca. 10...20 Hz für das Umschalten der Polarisation ausreichend, weil zwischen den beiden orthogonalen Polarisationszuständen H (Horizontal) und V (Vertikal) nur ein binäres Umschalten erfolgen muss. Dies resultiert in einer konstanten, maximalen Austrittsleistung auf der Vorderseite und auf der Rückseite der Lidar-Vorrichtung 100. Der schnell schaltende
Polarisationsrotator kann z.B. in Form einer Pockelszelle ausgebildet sein.
Im Falle des schnellen Umschaltens der Polarisation kann für die Lidar- Vorrichtung 100 ein Augensicherheitsaspekt berücksichtigt werden, weil in diesem Fall eine Feedback-Information verarbeitet werden kann, die eine Aussage über ein sich vor der Lidar-Vorrichtung 100 befindliches Lebewesen (z.B. ein Kind) trifft, woraufhin die Polarisationsrichtung derart schnell umgeschaltet wird, dass eine austretende Strahlungsleistung aufgrund der geänderten Polarisation auf geeignete Weise verringert wird. Beispielsweise kann dies durch eine Erfassung von reflektierter Strahlung eines Zielobjekts mittels einer Detektoreinrichtung (nicht dargestellt) erreicht werden.
Die Austrittsleistung kann durch dieses Umschalten (z.B. durch ein sinusförmiges Ansteuersignalmuster) über das horizontale Sichtfeld FOV hinweg kontinuierlich variiert werden.
Die vorgeschlagenen Lidar-Vorrichtung 100 kann in vorteilhaften Ausführungsformen als ein koaxiales System (mit identischem Sende- und Empfangspfad) oder als ein biaxiaes System (mit getrenntem Sende- und Empfangspfad) ausgebildet werden, wie nachfolgend näher erläutert. Eine schematische Skizze eines biaxialen Systems zeigt Fig. 4. Nach dem Laser- Element 20 durchläuft der Laserstrahl den Polarisationsrotator bzw. Polarisationsschalter 30, der wie oben bereits erwähnt, langsam oder schnell ausgebildet sein kann. Der Laserstrahl verlässt den Polarisationsrotator 30 mit einer bestimmten Polarisationsrichtung (H oder V bzw. P oder S) und trifft auf einen nachgeschalteten polarisierenden Strahlteiler 31 (PBS, engl, polarising beam splitter).
Man erkennt, dass in der biaxialen Lidar-Vorrichtung 100 von Fig. 4 jeweils zwei Sende- und Empfangspfade ausgebildet sind. Dabei wird das über die erste Sendelinse 10 ausgestrahlte Laserlicht über eine erste Empfangslinse 12 empfangen und einem ersten Detektorelement 50 zugeführt. Im Falle des über die zweite Sendelinse 1 1 ausgestrahlten Laserlichts wird das empfangene Laserlicht über eine zweite Empfangslinse 13 empfangen und einem zweiten Detektorelement 51 zugeführt. Zwischen dem ersten Detektorelement 50 und dem polarisierenden Strahlteiler 31 kann optional eine Linse 70 angeordnet sein.
Fig. 5 zeigt ein Prinzip einer weiteren Variante in Form einer koaxialen Lidar- Vorrichtung 100. Wenn das Laserlicht im H-Zustand bzw. horizontal polarisiert ist, wird es am polarisierenden Strahlteiler 31 reflektiert („Weg 1 "). Wenn das Laserlicht im V-Zustand bzw. vertikal polarisiert ist, wird es am polarisierenden Strahlteiler 31 transmittiert und über einen Spiegel 40 durch die zweite
Sendelinse 1 1 geführt („Weg 2").
Im Ergebnis ist dadurch ermöglicht, dass mittels der Polarisation des Laserstrahls zwei unterschiedliche Strahlengänge realisiert werden, wobei jeweils ein Sendepfad und ein Empfangspfad identisch sind.
Das an einem Ziel (nicht dargestellt) reflektierte Laserlicht wird in der Zeit zwischen t = 0 und t = Umdrehungszeit/2 mittels der als Empfangslinse fungierenden ersten Sendelinse 10 oder in der Zeit zwischen t =
Umdrehungszeit/2 und t = Umdrehungszeit mittels der als Empfangslinse fungierenden zweiten Sendelinse 1 1 gesammelt und auf das Detektorelement 50 geführt. Es ist in diesem Fall also vorteilhaft nur ein einziges Detektorelement 50 erforderlich, wodurch gegenüber dem biaxialen System ein Detektorelement eingespart werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der emittierte Laserstrahl, der vom polarisierenden Strahlteiler 31 reflektiert wird, durch eine Lambda/4-Platte 60 geführt wird, wodurch der Laserstrahl zirkulär polarisiert wird. Auf dem Rückweg vom Zielobjekt wird der Empfangsstrahl bei nochmaligem Passieren der Lambda/4-
Platte 60 wieder linear polarisiert und ist dadurch um 90° gedreht. Dadurch wird der Strahl durch den polarisierenden Strahlteiler 31 hindurch auf das
Detektorelement 50 geleitet. Dieses Verfahren der„optischen Isolation von Strahlengängen" ist an sich bereits bekannt. Im rechten Abschnitt von Fig. 5 ist der vorgehend erläuterte„Weg 1 " des Laserstrahls nochmals schematisch dargestellt.
In Fig. 6 ist der oben genannte„Weg 2" der Lidar-Vorrichtung 100 prinzipiell dargestellt. In diesem Fall wird beim zweimaligen transmissiven Durchgang des Laserstrahls durch eine zweite Lambda/4-Platte 61 der Strahl im Rückweg nicht mehr transmittiert, sondern am polarisierenden Strahlteiler 31 umgelenkt und dem Detektorelement 50 zugeführt. Der dadurch realisierte„Weg 2" des Laserstrahls ist im rechten Abschnitt von Fig. 6 nochmals schematisch dargestellt.
Mit den oben erläuterten Varianten der vorgeschlagenen Lidar-Vorrichtung 100 ist es vorteilhaft ermöglicht, dass die gesamte Drehungszeit des Rotors 2 der Lidar-Vorrichtung 100 als aktive Messzeit genutzt werden kann. Fig. 7 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens zum Herstellen einer Lidar-Vorrichtung 100.
In einem Schritt 300 wird ein Stator bereitgestellt. In einem Schritt 310 wird ein Rotor 2 bereitgestellt, wobei auf dem Rotor 2 ein
Laser-Element 20 und eine Sendeinrichtung angeordnet werden.
In einem Schritt 320 wird die Sendeeinrichtung derart am Rotor 2 ausgebildet, dass in bestimmungsgemäßer Anbringlage der Lidar-Vorrichtung 100 an einem Fahrzeug 200 während jeder Halbdrehung des Rotors 2 ein Strahl des Laser-
Elements 20 in ein nach vorne gerichtetes Sichtfeld FOV emittierbar ist. Vorteilhaft ist die Reihenfolge des Schrittes 300 mit den Schritten 310 und 320 beliebig.
Der Fachmann erkennt, dass eine Vielzahl von Abwandlungen der Erfindung möglich ist, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims

Ansprüche
1 . Makroskopische Lidar-Vorrichtung (100) aufweisend:
einen Stator (1 ); und
einen Rotor (2); wobei
auf dem Rotor (2) ein Laser-Element (20) und eine Sendeinrichtung angeordnet sind; wobei
in bestimmungsgemäßer Anbringlage der Lidar-Vorrichtung (100) an einem Fahrzeug während jeder Halbdrehung des Rotors (2) ein Strahl des Laser-Elements (20) im Wesentlichen dauerhaft in ein nach vorne gerichtetes Sichtfeld (FOV) emittierbar ist.
2. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl des Laser-Elements (20) mittels einer Modulationseinrichtung in das nach vorne gerichtete Sichtfeld (FOV) emittierbar ist.
3. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung einen nicht-polarisierenden Strahlteiler umfasst.
4. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung einen Polarisationsrotator (30) und einen polarisierenden Strahlteiler (31 ) umfasst.
5. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsrotator (30) zwischen Extremwerten von horizontaler und vertikaler Polarisaton schaltbar ist.
6. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsrotator (30) in Abhängigkeit eines reflektierten Strahls des Laser-Elements (20) in definiertieren Stellungen schaltbar ist.
7. Lidar-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass der Polarisationsrotator (30) eine Pockelszelle oder ein mechanischer Polarisationsrotator ist.
8. Lidar-Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Sendepfad und ein Empfangspfad der Lidar-Vorrichtung (100) nicht überlagert sind.
9. Lidar Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Sendepfad und ein Empfangspfad der Lidar- Vorrichtung (100) überlagert sind.
10. Verfahren zum Herstellen einer makroskopischen Lidar-Vorrichtung (100) (200), aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Stators (1 ); und
Bereitstellen eines Rotors (2); wobei
auf dem Rotor (2) ein Laser-Element (20) und eine Sendeinrichtung angeordnet werden; wobei
die Sendeeinrichtung derart ausgebildet wird, dass in bestimmungsgemäßer Anbringlage der Lidar-Vorrichtung (100) an einem Fahrzeug während jeder Halbdrehung des Rotors (2) ein Strahl des Laser- Elements (20) im Wesentlichen dauerhaft in ein nach vorne gerichtetes Sichtfeld (FOV) emittierbar ist.
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