WO2019110206A1 - Lidar system for surroundings detection and method for operating a lidar system - Google Patents

Lidar system for surroundings detection and method for operating a lidar system Download PDF

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WO2019110206A1
WO2019110206A1 PCT/EP2018/079825 EP2018079825W WO2019110206A1 WO 2019110206 A1 WO2019110206 A1 WO 2019110206A1 EP 2018079825 W EP2018079825 W EP 2018079825W WO 2019110206 A1 WO2019110206 A1 WO 2019110206A1
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lidar system
detector
component
emitter
solid angle
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PCT/EP2018/079825
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Andre Nauen
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Osram Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a LIDAR system for environment detection, wherein the LIDAR system is designed to carry out repeated measurements for detecting the environment, the LIDAR system having a transmitting unit which is designed to emit at least one light beam for carrying out a measurement and wherein the LIDAR system has a
  • Detection unit which is designed to detect a reflected during a measurement steel content.
  • the LIDAR system has a control device which is designed in the event that at least one
  • the invention also includes a method for operating a LIDAR system.
  • the function of a LIDAR system is based on a
  • Transit time measurement of emitted light signals When these impinge on surfaces in the vicinity of the LIDAR system, some of the emitted power is reflected towards the LIDAR system. Accordingly, the pulse echo can be recorded with a suitable detector. If the transmission of the pulse takes place at a first time and the echo signal is detected at a later second time, then the distance to the reflecting surface over the transit time, which represents the difference between the first and the second time, can be calculated.
  • a LIDAR system usually works with light pulses that have a specific
  • Wavelength for example, 905 nanometers, and have a certain pulse length. Furthermore, every light pulse
  • a LIDAR system which generates its resolution exclusively by means of the detector, is called a Flash LIDAR. It consists of an emitter, which illuminates as homogeneously as possible the entire field of vision.
  • the detector on the other hand consists in this case of several individually readable and arranged in a matrix segments or pixels. Each of these pixels is accordingly one
  • Solid angle range assigned If light is received in a certain pixel, then the light correspondingly comes from the solid angle range assigned to this pixel.
  • a raster LIDAR has an emitter which emits the measuring pulses selectively and in particular temporally sequentially in different spatial directions. As a detector sufficient here is a single segment. If, in this case, light is received by the detector in a certain measuring time window, then this light originates from a solid angle range into which the light was emitted by the emitter in the same measuring time window.
  • DE 10 2015 101 902 A1 describes a detector and a LIDAR system, wherein the detector has a series of juxtaposed radiation-sensitive pixels.
  • the pixels of the row have such contours that opposite sides of adjacent pixels are at least partially different from a vertical one
  • radiation-insensitive intermediate areas are avoided. But even with such a geometric configuration of the individual pixels, radiation-insensitive areas between the pixels can not be avoided. Along with this, gaps in the detectable field of view can not be avoided.
  • the object of the present invention is therefore to provide a LIDAR system and a method for operating a LIDAR system, which enable a more effective detection of a field of view.
  • An inventive LIDAR system for environment detection is designed to repeat the detection of the environment
  • the LIDAR system has a transmitting unit which is designed for the
  • the LIDAR system comprises a detection unit which is adapted to detect a reflected during a measurement steel content.
  • the LIDAR system has a control device that
  • the LIDAR system has at least one movable Component and an actuator which is adapted to move the component from a first position to a second position different from the first position, wherein, when the component is in the second position, the assignment is changed in a predetermined manner.
  • the movable component may, for example, a
  • the same effect can also be achieved, if not the detector matrix, but other components of the LIDAR system, for example a detector optics relative to the detector or also an emitter matrix, as will be described in more detail later
  • Component is in the first position to capture by moving this component to the second position.
  • the LIDAR system is adapted to a first measurement
  • Component is located in the second position, the
  • Control device is designed to combine the first measurement and the at least one second measurement and on Basis of the combination to provide a spatially resolved measurement result, which has a resolution that is higher than a provided on the basis of only the first or only the second measurement provided spatially resolved measurement result.
  • measurements of moving components can be used to generate an image of the environment, which has a much higher resolution than the respective partial images provided in the individual measurements. In particular, depending on the situation, the resolution can possibly even be doubled.
  • the movable component may form part of the detection unit. It is preferred if the detection unit has a detector with several pixels, wherein the detector represents the movable component.
  • the detector may thus be provided as an image sensor with a plurality of pixels suitable for a particular one
  • Wavelength range is sensitive.
  • Such an image sensor usually represents a particularly light component, so that the detector is particularly easy to move, which ultimately also a shift of
  • Detector can be implemented in a particularly efficient simple and, above all, fast way.
  • each of the pixels is a respective one
  • each of the pixels is associated with a respective second solid angle range, wherein a respective second
  • Solid angle range at least partially different from a respective first solid angle range, and preferably overlaps with a respective first solid angle range.
  • the pixels of the detector are in at least a first
  • the field of view detected by the LIDAR system does not substantially change.
  • the change in the field of view is therefore at most as large as the spatial angle range detectable by a pixel with respect to the first direction.
  • Position is shifted by half the width of the pixel in the row.
  • width of a pixel is also an optionally existing between two pixels
  • the width of a pixel is defined as the distance between the centers of two consecutive pixels in the first direction.
  • the first pixel and subsequently a second pixel are arranged in a row in the first direction, then in the first position of the Detector the first pixel a first solid angle range and the second pixel a second solid angle range.
  • these pixels are shifted in such a way that now the new position of the first pixel is shifted relative to its original position by half its width or the distance between the centers of the first and second pixels in the direction of the second pixel.
  • this first pixel now detects half of the solid angle range detected by the first pixel in the first position, and approximately half of that of the second pixel in its first position
  • Position detected solid angle range Such a shift can increase the resolution
  • the pixels of the detector are in turn arranged in at least a first direction in a row, wherein a
  • respective pixel in the first direction has a width and in a second direction which is perpendicular to the first direction, a length and in a third direction extending between the first and second direction a third
  • the diagonal can be defined analogously to the definition of the width of a pixel, that is to say that the spaces between diagonally arranged pixels are taken into account in the length of the diagonal.
  • the length of the diagonal of a pixel may be the distance between two
  • This embodiment has the particularly great advantage that in this way an increase in resolution in two dimensions can be achieved without the detector To be able to move in two different directions.
  • the displacement of the detector in one direction, the third direction, is sufficient around one
  • the detector has a plurality of rows of pixels. Again, the detector can be half the length of the
  • Diagonals of a pixel can be moved from the first to the second position or even more or less.
  • the shift may again be defined by a random length between a minimum length and a maximum length, which may now be defined in relation to the pixel width with respect to the length of the diagonal of a pixel,
  • the actuator when the actuator is adapted to move the movable component from the first position to the second position in a first direction, and from the first and / or second position to a third position in FIG a second to move from the first different direction, in particular wherein the second direction is perpendicular to the first direction.
  • the detector is designed as a two-dimensional pixel matrix, a displacement of the detector both in the direction of the rows and in the direction of the columns of these
  • Gapless coverage of the field of view of the LIDAR system can be realized in two dimensions.
  • control device is adapted to randomly select at least the second position between a minimum position and a maximum position and the actuator for Setting the second position to control.
  • the moving scheme of the movable component does not necessarily have to be a regular scheme, as described above, according to which the movable component is placed in the one according to a predetermined sequence
  • Movement scheme can also be a stochastic scheme
  • the spatial position of the movable component is varied randomly, in particular within fixed limits, which are defined by the minimum position and the maximum position.
  • the maximum position may be away from the first position in the first direction by at most half the pixel width as defined above, while the minimum position
  • Displacing the movable component, such as the detector, by less than one-tenth of the pixel size of the detector is not very useful, as this will not result in a very significant increase in resolution. This could be done, for example, by a corresponding rounding or quantization of the random numbers, on the basis of which the second position is randomly determined.
  • a minimum displacement does not necessarily have to be related to the first position, but may also be related to the last position or current position of the movable component.
  • a limitation of the minimum shift compared to the previous field can be done. This is for example particularly advantageous in order to avoid clumping of the partial images and thus to achieve a meaningful balance between coverage of the field of view and resolution improvement.
  • the second position can also be determined by superposition of a temporally regular function with a random value.
  • the detection unit has at least one first optical element, which represents the movable component.
  • an optical element may, for example, a the
  • Detector associated optics which consist of a
  • the optical element it is also possible in an analogous manner, to move this first optical element relative to the detector.
  • the movement of the first optical element takes place, for example, in the first direction by a distance which is at most as long as the width of a pixel of the detector.
  • the first optical element may be shifted relative to the detector by half a pixel width in the second position from the first position.
  • the movement of the first optical element takes place, for example, in the first direction by a distance which is at most as long as the width of a pixel of the detector.
  • the first optical element may be shifted relative to the detector by half a pixel width in the second position from the first position.
  • a predetermined minimum position and maximum position which may be defined analogous to the above, is randomly selected and set.
  • the detection unit can not only have a single optical element, but also a plurality of optical elements in a particular arrangement to each other, in turn, an entire arrangement of a plurality of optical
  • the detection unit can be a
  • Secondary optics can be, for example, a lens or, in turn, an optical system composed of several individual optical elements
  • the secondary optics can do this
  • this secondary optics can be designed to have a respective solid angle segment or a specific one
  • Solid angle range of the LIDAR field of view to a respective pixel of the detector It defines the field of vision of the LIDAR system across all solid angle segments.
  • the optional additional detector optics can be located between the secondary optics and the detector.
  • the detector optics can optimize the mapping of the solid angle segments to the individual pixels of the detector.
  • this detector optics can be designed as a microlens array or the like. Accordingly, therefore, for example, the secondary optics or the detector optics can also represent the movable component.
  • the preferred detector optics can be located between the secondary optics and the detector.
  • the detector optics can optimize the mapping of the solid angle segments to the individual pixels of the detector.
  • this detector optics can be designed as a microlens array or the like. Accordingly, therefore, for example, the secondary optics or the detector optics can also represent the movable component.
  • the preferred embodiment can be designed as a microlens array or the like. Accordingly, therefore, for example, the secondary optics or the detector optics
  • the transmitting unit may have an emitter arrangement comprising a plurality of emitter units arranged in at least one row, wherein the
  • Emitter arrangement represents the movable component.
  • This emitter arrangement can be designed analogously to a detector with a plurality of pixels arranged in a matrix. In other words, such an emitter matrix can also be made
  • Emitter units be formed with multiple rows and columns.
  • such an emitter array is provided as a single row of emitter units.
  • This emitter arrangement can now likewise be moved analogously to the detector described, namely preferably in the direction of the at least one row by a length which is at most as great as the width of an emitter unit in this direction.
  • the shift may in turn be done diagonally to the emitter units arranged in one or more rows, for example by half the length of one emitter
  • Diagonals of an emitter unit In this case, too, a shift by a length which corresponds to half the width, or also the diagonal, of an emitter unit in a specific direction preferably also takes place here. Theoretically, however, the displacement can also be greater, in particular greater than half the width of an emitter unit and also larger than the entire width of an emitter unit. Again, the shift in both one and in two dimensions, depending on the application and the formation of the emitter arrangement, that is, whether as a single row or as a two-dimensional matrix, take place.
  • a respective emitter unit in the first position of the emitter arrangement a respective one associated with the third solid angle range, which is illuminated by the respective emitter unit, wherein a
  • Emitter arrangement is assigned a respective one of the respective third solid angle ranges at least partially different fourth solid angle range. If, for example, the transmitting unit is set up in such a way that the respective third solid angle ranges are disjoint, that is, not connected to one another, there are unilluminated solid angle ranges between these third ones
  • Solid angle ranges it can be achieved by a displacement of the emitter array that in the second
  • Solid angle ranges are illuminated. An overlap with the previously illuminated solid angle ranges is still possible. This, in turn, also makes it possible
  • the emitter arrangement does not necessarily have to be moved again, for example relative to an emitter optic, but an optic can also be moved relative to the emitter arrangement, which, however, in turn causes the same effect. Accordingly, it represents a further advantageous embodiment of the invention, when the transmitting unit at least a second optical
  • This second optical element can again represent a single lens, or it can also be a single lens
  • the transmitting unit may have a secondary optic, which is designed to control the light emission of the individual
  • the Sending unit optionally also a further emitter optics
  • the emitter optic may optionally provide for emitter emission deformation to accommodate secondary optics.
  • the emitter optics can represent the movable component and can be moved as described in order to be able to displace the irradiated solid angle segments or solid angle ranges.
  • the emitter optics can have a significantly lower weight than the secondary optics, it is preferable to design the emitter optics as a movable component, since correspondingly much faster movements are then possible.
  • the LIDAR system can do this, for example
  • light pulses are emitted at a wavelength which is preferably in the range between 850 nanometers and 1600 nanometers, or in other areas.
  • Nanometers or 8100 nanometers are also conceivable, for example less than 850 nanometers, for example 600 nanometers, 650 nanometers, 700 nanometers, 750 nanometers or 800 nanometers.
  • the LIDAR system can be designed to emit light pulses having a frequency between one kilohertz and one megahertz, preferably with a frequency smaller than 100 kilohertz.
  • the detection range of the LIDAR system can be between a few centimeters, for example 20 centimeters, up to 300 meters, possibly even further.
  • the measurement time window ie the measurement period from the emission of a light pulse, within which the detector or the individual detector pixels are read out, for example, last two microseconds, which is the duration of a light pulse in Case of reflection on an object 300 meters away.
  • the respective measurement time windows do not necessarily always have to remain the same, but can, for example, also be adapted dynamically to the distance of recently detected objects.
  • the measurement time window ie the measurement period from the emission of a light pulse, within which the detector or the individual detector pixels are read out, for example, last two microseconds, which is the duration of a light pulse in Case of reflection on an object 300 meters away.
  • the respective measurement time windows do not necessarily always have to remain the same, but can, for example, also be adapted dynamically to the distance of recently detected objects.
  • the measurement time window ie the measurement period from the emission of a light pulse, within which the detector or the individual detector pixels are read out, for example, last two microseconds, which is the duration of a light pulse in Case of reflection
  • the individual light pulses can continue to have a pulse length between 1 and 100 nanoseconds.
  • the pulse length is in the range of a few nanoseconds, such as 1 nanosecond, 5 nanoseconds, 10
  • Nanoseconds 15 nanoseconds, 20 nanoseconds, and so on, but preferably less than 5 nanoseconds.
  • the LIDAR system for example, as
  • Resolution exclusively generated by means of the detector which consists in this case of several individually readable segments or pixels.
  • a single row with readable segments or pixels is sufficient. If a resolution in two dimensions is to be provided, this can be accomplished by a detector having a plurality of individually readable and arranged in a matrix with a plurality of rows and columns segments or pixels.
  • the transmitting unit can in this case only one single emitter arrangement
  • the detector itself can be moved or also an optics associated with the detector relative to the detector.
  • the LIDAR system can also be designed as a raster LIDAR, the having an emitter, which the measuring light pulses targeted in different spatial directions or
  • Solid angle ranges emits, especially in time
  • the detector may be combined with an optic which images the entire field of view of the LIDAR system onto the single pixel element.
  • the transmitting unit can have an emitter arrangement, which can be used as an or
  • Laser light sources which emit in the range between 850 nanometers and 1600 nanometers pulses of power between 30 watts and 200 watts, preferably with a pulse length in the range between 1 nanosecond and 100 nanoseconds.
  • strip emitters and VCSEL types for example VCSEL and VECSEL, can be used
  • the light sources can basically be provided both as LEDs and as laser diodes.
  • the individual, by such a laser diodes are used.
  • Emitter emitted light pulses can have a power in the range of a few milliwatts (VCSEL) and between 30 watts and 200 watts (VECSEL). In the case of a raster LIDAR, it is preferred that the one described above
  • Component is realized. For example, as described, either the emitter arrangement relative to an optic or the optics associated with the emitter arrangement can be moved relative to the emitter arrangement.
  • the LIDAR system may be formed as a hybrid of both LIDAR types, that is, Flash LIDAR and raster LIDAR, for example, such that one in one dimension
  • one-dimensional matrix can be formed from individual emitters which, optionally by means of a suitable optics, illuminates in a first dimension or direction temporally sequentially a certain solid angle range.
  • the detector may also be formed as a one-dimensional pixel matrix, which has a spatial or angular resolution in the
  • both the detector and the emitter arrangement can be designed to be movable and, for the increase in resolution, be moved from a respective first position into a corresponding second position.
  • the LIDAR system or one of its embodiments according to the invention preferably finds application
  • Embodiments are considered as belonging to the invention. In principle, however, there are no limits to the fields of application of the LIDAR system according to the invention or its embodiments. This can also be used, for example, in aircraft, drones, ships, lighthouses,
  • pivotable lighting devices in the entertainment and studio lighting area, or the like are used.
  • the invention also relates to a method for operating a LIDAR system, which performs repeated measurements for environment detection, in which each case
  • At least one light beam is emitted by the LIDAR system and, in the event that during a measurement at least one reflected steel component is detected, the detected
  • Beam portion is assigned based on a predetermined assignment a solid angle range, from which the Beam component comes. Furthermore, at least one
  • Fig. 1 is a schematic representation of a LIDAR system according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of a
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a
  • FIG. 4 is a schematic representation of a
  • Fig. 5 is a schematic cross-sectional view of a
  • Fig. 6 is a schematic representation of a transmitting unit of a LIDAR system in cross section according to another embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a LIDAR system 10 according to an embodiment of the invention.
  • the LIDAR system 10 has in this example a transmitting unit 12, a detection unit 14 and a control device 16.
  • the transmitting unit 12 is designed to emit repeated measuring light pulses. If such measuring light pulses on an object in the vicinity of the LIDAR system 10th
  • the LIDAR system 10 may further be configured as a Flash LIDAR, as a raster LIDAR or as a combination of both LIDAR types.
  • the resolution is generated exclusively by means of the detection unit 14, which in such a case has a detector 18 with a plurality of individually readable and arranged in a matrix segments in the form of pixels 20.
  • the LIDAR system 10 may alternatively be referred to as
  • Raster LIDAR be formed, in which by the
  • Transmitting unit 12 measuring pulses targeted to different
  • the Transmitting unit 12 a corresponding emitter array 22 in the form of a one- or two-dimensional emitter matrix
  • Single emitter 24 can then via an appropriate optics 26 (see FIG. 5 and FIG. 6) an associated optics 26 (see FIG. 5 and FIG. 6) an associated optics 26 (see FIG. 5 and FIG. 6) an associated optics 26 (see FIG. 5 and FIG. 6) an associated optics 26 (see FIG. 5 and FIG. 6) an associated optics 26 (see FIG. 5 and FIG. 6) an associated optics 26 (see FIG. 5 and FIG. 6) an associated
  • Illuminate solid angle range In the case of a raster LIDAR, a single segment, that is to say a single pixel 20, in particular in combination with a corresponding optical system 25, which images the entire field of view of the LIDAR system 10 onto this individual segment, is sufficient as the detector.
  • the LIDAR system 10 is embodied as a hybrid of the LIDAR types mentioned, so that a raster movement takes place in a first dimension D1, that is to say temporally sequential illumination of individual solid angle regions arranged side by side in the first dimension D1 by individual control of the individual emitter 24.
  • the resolution in the second dimension D2 is determined by a in this second dimension D2
  • angle-selective detector 18 accomplished.
  • the second dimension D2 are arranged side by side
  • the third spatial coordinate which indicates the distance to the LIDAR system 10 is determined on the basis of the transit time measurement of this emitted and detected light pulse. So to provide a three-dimensional image of the environment, so in this example are a one-dimensional
  • Emitter matrix 22 as well as a one-dimensional trained detector 18 sufficient.
  • a combination of raster and flash LIDAR is also referred to as hybrid raster LIDAR.
  • the detector 18 can generally consist of a one- or two-dimensional arrangement of individual pixels 20, which can each be read out individually.
  • any type of detector 18 is contemplated, which is the LIDAR wavelength, typically between 850
  • Nanometers and 1600 nanometers with one
  • Minimum bandwidth which is typically greater than 1 megahertz, can convert into an electrical voltage.
  • these may be, for example, a PIN diode, an avalanche photo diode (APD), a single photon avalanche photo diode (SPAD) or a photomultiplier.
  • APD avalanche photo diode
  • SPAD single photon avalanche photo diode
  • photomultiplier a photomultiplier.
  • other types of detectors 18 come into question.
  • the controller 16 is adapted to both the
  • At least one LIDAR component is moved in position, in particular repeatedly.
  • the control of such a shift D can also be taken over by the control device 16.
  • a component of the transmitting unit 12 and / or the detection unit 14 can be moved.
  • the detector 18 itself, or at least one component of the optics 25 associated with the detector 18, or the emitter arrangement 22 or at least a part of the optics 26 associated with the emitter arrangement 22 can be embodied as a movable component.
  • temporally sequential partial images can be generated, wherein each partial image has a resolution as determined by the resolution of, for example, the detector matrix 18 or the
  • Emitter array 22 is specified.
  • a shift D by, for example, a half detector pixel width can through the combination of the two fields ideally double the resolution. This can in particular
  • control device 16 corresponding image processing algorithms that can be executed by the control device 16 are used to process these partial images.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a cross section through the detection unit 14 according to FIG.
  • the detection unit 14 in turn has a detector 18 with a plurality of pixels 20 arranged at least in one row. These are arranged in a starting situation in a respective first position PI. Furthermore, each of these pixels 20 is assigned a corresponding solid angle range Q1, W2, W3 based on its position PI. This assignment is indicated schematically in FIG. 2 by ZI. If, for example, one of these pixels 20 receives a light pulse, then the
  • Controller 16 based on the information from which the pixel 20 has received this light pulse according to this assignment ZI determine from which direction
  • the pixel width B can be defined as the length of the distance between two center points of respectively adjacent pixels in the direction R. In this pixel width B are also taken into account between the pixels 20 spaces.
  • each pixel 20 in the changed second position P2 now looks at a solid angle range WI ', W2', W3 'shifted or tilted relative to the solid angle ranges Q1, W2, W3 assigned in the first position PI.
  • a shift D of, for example, half
  • Pixel width B also overlap the associated
  • Positions PI, P2 were recorded can be combined with each other before several such first fields and second fields are averaged over several measurements and then combined accordingly. It is preferred that a maximum of 100 consecutive measurements are averaged, especially if a measurement time window is two microseconds. In the case of shorter measuring time windows, correspondingly more averaging is possible.
  • a displacement D of the movable component as here the detector 18 is not only possible in one direction, but for example in two mutually perpendicular directions. This can be done, for example, in the case of a flash LIDAR with a two-dimensional detector matrix 18
  • the resolution is provided solely by the detector array 18, and then in accordance with a movement of the detector in two
  • Positions in their temporal sequence are predetermined and fixed, but it can also be applied to a stochastic scheme.
  • the detector 18 may be randomized from the first position PI
  • Position P2 is shifted by at least 10 percent of the pixel width B from the first position PI in the direction R, and at most by half the pixel width B. The same is true for the displacement D in a second dimension.
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional representation of the detection unit 14 for a LIDAR system 10 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the detection unit 14 in turn has a detector 18, which may be designed as described above.
  • the detector 18 may be designed as described above.
  • This optics 25 may have a secondary optics 28, which has the task, each a certain solid angle segment or a solid angle range Q1, W2, W3, WI ', W2', W3 'of the LIDAR viewing region to a mirror of the matrix, that is to say a corresponding pixel 20 of the detector 18,
  • map It thus defines the field of view of the LIDAR system 10 over all solid angle segments.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of
  • the optics 25 assigned to the detector 18 now have a detector optics 30 in addition to the secondary optics 28.
  • This can be formed for example as a microlens array.
  • any other training options for these are
  • the detector optics 30 is arranged between the secondary optics 28 and the actual detector 18 and can optimize the imaging of the solid angle ranges W1, W2, W3, WI ', W2', W3 'to the individual pixels 20.
  • the detector optics 30 and / or the secondary optics of the detector can also have holographic optical elements.
  • the detector 18 is. This may turn in or opposite direction R, both optionally additionally in a further direction, preferably perpendicular to the direction R is to be moved, which is illustrated by the movement arrow 31. in the
  • the movable component of the LIDAR system 10 is a part of the optical system 25, in particular in this example, the detector optics 30.
  • Detector optics 30 can now be moved in or against the direction R and optionally additionally in a second direction, which in turn is preferably perpendicular to the direction R, which is also indicated by the movement arrow 31
  • the movement of the detector optics 30 can be carried out as described for the movement of the detector 18.
  • the detector optics 30 can also be moved from a first position to a corresponding second position. This movement can also be a regular scheme follow or in turn a stochastic scheme.
  • Detector optics 30 by a maximum length of the pixel width B, preferably by a length corresponding to half the pixel width B, and in the case of a stochastic scheme by a length which is at least 10 percent and at most 50 percent of the pixel width B.
  • the displacement of the detector 18 with respect to the optical system 25 and on the other hand, the displacement of an optical component relative to the detector 18 have the same technical effect. If, as shown in FIG. 4, the detector optics 30 are displaced, the assignment of the solid angle ranges Q1, Q2, W3 to the individual pixels 20 of the detector 18 also changes, as has already been described with reference to FIG.
  • Fig. 5 now shows a schematic representation in one
  • Transmitting unit 12 has an emitter arrangement 22 with a plurality of individual emitters 24 arranged in a one- or two-dimensional matrix.
  • this emitter assembly 22 is associated with a corresponding optics 26.
  • associated optics 26 may in turn include a secondary optics 32, which has the task of the light emission of
  • each emitter 24 arranged in a two-dimensional matrix would be imaged into its own solid angle segment W1, W2, W3.
  • Fig. 6 shows a schematic
  • Emitter assembly 22 has associated.
  • Emitter optic 34 can optionally be a deformation of the
  • the movable component of the LIDAR system 10 now represents the emitter arrangement 22.
  • Displacement of the emitter arrangement 22, which in turn is illustrated by the movement arrow 31, also results in a displacement or tilting of the light emitted by the individual emitters 24 illuminated solid angle ranges Ql, Q2, W3. This also makes it possible to achieve an increase in resolution as in the displacement of the detector 18.
  • a displacement of a part of the emitter arrangement 22 can also take place
  • Emitter optics 34 shifted, which is illustrated by the movement arrow 31. Again, this causes a shift in the lit by the individual emitter 24
  • the actuator is preferably to
  • Detector optics 30 are moved, which means the downstream optics 25 accordingly in the detected
  • Solid angle segments translated. At a typical width of a PIN diode along the narrow edge of 500
  • Microns would be a movement amplitude of about 250
  • the pixel width already includes the optically inactive border area.
  • the update rate of LIDAR data is typically in the range between 10 hertz and 200 hertz. A resolution increase by a factor of N in one dimension reduces the update rate accordingly. Depending on the application request, it is advantageous if the actuator thus necessary for the resolution increase
  • One possible embodiment of the actuator is in the form of a piezoelectric actuator having a piezoelectric element.
  • LIDAR system 10 is a hybrid scanning LIDAR
  • Move the movable component are used to increase the resolution using temporally sequential fields.
  • Embodiments provided numerous possibilities to detect the field of view of the LIDAR system particularly efficiently and to increase the resolution of the LIDAR system in a particularly effective manner. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

The invention relates to a LIDAR system (10) for surroundings detection which is designed to repeatedly carry out measurements in order to detect the surroundings, wherein the lidar system (10) has an emission unit (12) which is designed to emit at least one light beam in order to carry out a measurement, wherein the lidar system (10) has a detection unit (14) which is designed to detect a beam portion reflected during a measurement, wherein the lidar system (10) has a control device (16) which is designed to associate, if at least one reflected beam portion is detected, a solid angle range (Ω1, Ω2, Ω3) with the detected beam portion on the basis of a predetermined association (ZI). Furthermore, the lidar system (10) has at least one movable component (18, 22, 28, 20, 32, 34) and an actuator which is designed to move the components (18, 22, 28, 20, 32, 34) from a first position (PI) into at least one second position (P2) which is different from the first position (P1), wherein, if the components (18, 22, 28, 20, 32, 34) are situated in the second position (P2), the association (Z2) is modified in a predetermined way.

Description

LIDAR-SYSTEM ZUR UMFELDERFASSUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN  LIDAR SYSTEM FOR AMPLIFICATION AND METHOD FOR OPERATING
EINES LIDAR-SYSTEMS  A LIDAR SYSTEM
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung betrifft ein LIDAR-System zur Umfelderfassung, wobei das LIDAR-System dazu ausgebildet ist, zur Erfassung des Umfelds wiederholt Messungen durchzuführen, wobei das LIDAR-System eine Sendeeinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, für die Durchführung einer Messung mindestens einen Lichtstrahl auszusenden und wobei das LIDAR-System eine The invention relates to a LIDAR system for environment detection, wherein the LIDAR system is designed to carry out repeated measurements for detecting the environment, the LIDAR system having a transmitting unit which is designed to emit at least one light beam for carrying out a measurement and wherein the LIDAR system has a
Detektionseinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen bei einer Messung reflektierten Stahlanteil zu erfassen. Detection unit which is designed to detect a reflected during a measurement steel content.
Weiterhin weist das LIDAR-System eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, im Falle dass zumindest ein  Furthermore, the LIDAR system has a control device which is designed in the event that at least one
reflektierter Strahlanteil erfasst wird, dem erfassten reflected beam component is detected, the detected
Strahlanteil auf Basis einer vorbestimmten Zuordnung einen Raumwinkelbereich zuzuordnen, aus welchem der Strahlanteil stammt. Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben eines LIDAR-Systems . Beam component based on a predetermined assignment to allocate a solid angle range, from which the beam component comes. The invention also includes a method for operating a LIDAR system.
Die Funktion eines LIDAR-Systems beruht auf einer The function of a LIDAR system is based on a
Laufzeitmessung von ausgesandten Lichtsignalen . Treffen diese auf Oberflächen in der Umgebung des LIDAR-Systems auf, so wird ein Teil der ausgesandten Leistung in Richtung des LIDAR -Systems reflektiert. Dementsprechend kann das Pulsecho mit einem geeigneten Detektor aufgezeichnet werden. Erfolgt die Aussendung des Pulses zu einem ersten Zeitpunkt und wird das Echosignal zu einem späteren zweiten Zeitpunkt erfasst, dann kann der Abstand zur reflektierenden Oberfläche über die Laufzeit, die die Differenz aus erstem und zweitem Zeitpunkt darstellt, berechnet werden. Ein LIDAR-System arbeitet dabei üblicherweise mit Lichtpulsen, die eine bestimmte Transit time measurement of emitted light signals. When these impinge on surfaces in the vicinity of the LIDAR system, some of the emitted power is reflected towards the LIDAR system. Accordingly, the pulse echo can be recorded with a suitable detector. If the transmission of the pulse takes place at a first time and the echo signal is detected at a later second time, then the distance to the reflecting surface over the transit time, which represents the difference between the first and the second time, can be calculated. A LIDAR system usually works with light pulses that have a specific
Wellenlänge, zum Beispiel 905 Nanometer, und eine bestimmte Pulslänge aufweisen. Weiterhin ist jedem Lichtpuls Wavelength, for example, 905 nanometers, and have a certain pulse length. Furthermore, every light pulse
typischerweise ein Messzeitfenster zugeordnet, welches mit der Aussendung des Messlichtpulses beginnt. Bei LIDAR-Systemen sind weiterhin unterschiedlich gestaltete Sender und Empfängerkonzepte bekannt, um die typically associated with a measurement time window which begins with the emission of the measurement light pulse. In LIDAR systems also differently designed transmitters and receiver concepts are known to the
Abstandsinformation in verschiedenen Raumrichtungen erfassen zu können. Darauf basierend wird dann ein zweidimensionales Bild der Umgebung erzeugt, welches für jeden aufgelösten Raumpunkt die vollständigen dreidimensionalen Koordinaten enthält. Die verschiedenen LIDAR-Topologien lassen sich abstrakt anhand der Art und Weise unterscheiden, wie die Bildauflösung dargestellt wird. Und zwar kann die Auflösung entweder ausschließlich über einen winkelsensitiven Detektor, einen winkelsensitiven Emitter oder eine Kombination beider dargestellt werden. Ein LIDAR-System, welches seine Auflösung ausschließlich mittels des Detektors erzeugt, wird als Flash- LIDAR bezeichnet. Es besteht aus einem Emitter, welcher möglichst homogen den gesamten Sichtbereich ausleuchtet. Der Detektor dagegen besteht in diesem Fall aus mehreren einzeln auslesbaren und in einer Matrix angeordneten Segmenten bzw. Pixeln. Jedem dieser Pixel ist dabei entsprechend ein  To be able to record distance information in different spatial directions. Based on this, a two-dimensional image of the environment is then generated, which contains the complete three-dimensional coordinates for each resolved spatial point. The different LIDAR topologies can be abstracted based on the way the image resolution is displayed. Namely, the resolution can be represented either exclusively by an angle-sensitive detector, an angle-sensitive emitter, or a combination of both. A LIDAR system, which generates its resolution exclusively by means of the detector, is called a Flash LIDAR. It consists of an emitter, which illuminates as homogeneously as possible the entire field of vision. The detector on the other hand consists in this case of several individually readable and arranged in a matrix segments or pixels. Each of these pixels is accordingly one
Raumwinkelbereich zugeordnet. Wird in einem bestimmten Pixel Licht empfangen, so stammt das Licht entsprechend aus dem diesem Pixel zugeordneten Raumwinkelbereich. Im Unterschied dazu weist ein Raster-LIDAR einen Emitter auf, welcher die Messpulse gezielt und insbesondere zeitlich sequentiell in verschiedene Raumrichtungen aussendet. Als Detektor genügt hier ein Einzelsegment. Wird also in diesem Fall vom Detektor in einem bestimmten Messzeitfenster Licht empfangen, so stammt dieses Licht aus einem Raumwinkelbereich, in welches das Licht durch den Emitter im gleichen Messzeitfenster ausgesandt wurde. Solid angle range assigned. If light is received in a certain pixel, then the light correspondingly comes from the solid angle range assigned to this pixel. In contrast to this, a raster LIDAR has an emitter which emits the measuring pulses selectively and in particular temporally sequentially in different spatial directions. As a detector sufficient here is a single segment. If, in this case, light is received by the detector in a certain measuring time window, then this light originates from a solid angle range into which the light was emitted by the emitter in the same measuring time window.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2015 101 902 Al einen Detektor und ein LIDAR-System, wobei der Detektor eine Reihe aus nebeneinander angeordneten strahlungsempfindlichen Pixeln aufweist. Die Pixel der Reihe weisen solche Konturen auf, dass gegenüberliegende Seiten von benachbarten Pixeln wenigstens teilweise abweichend von einer senkrechten In this context, DE 10 2015 101 902 A1 describes a detector and a LIDAR system, wherein the detector has a series of juxtaposed radiation-sensitive pixels. The pixels of the row have such contours that opposite sides of adjacent pixels are at least partially different from a vertical one
Richtung zu einer Erstreckungsrichtung der Reihe verlaufen. Durch eine solche geometrische Auslegung der Pixel sollen Totbereiche aufgrund der die Pixel trennenden Direction extend to a direction of extension of the series. By such a geometrical interpretation of the pixels should Dead zones due to the pixels separating
strahlungsunempfindlichen Zwischenbereiche vermieden werden. Aber auch bei einer solchen geometrischen Ausbildung der einzelnen Pixel lassen sich strahlungsunempfindliche Bereiche zwischen den Pixeln nicht vermeiden. Damit einhergehend lassen sich auch Lücken im erfassbaren Sichtfeld nicht vermeiden . radiation-insensitive intermediate areas are avoided. But even with such a geometric configuration of the individual pixels, radiation-insensitive areas between the pixels can not be avoided. Along with this, gaps in the detectable field of view can not be avoided.
Wünschenswert bei LIDAR-Systemen ist auch immer eine Erhöhung der Auflösung. Meistens kann dies jedoch nur durch größere Bildsensoren mit mehr Pixeln bewerkstelligt werden, was sehr teuer ist und zusätzlichen Bauraum erfordert. Also desirable in LIDAR systems is always an increase in resolution. Most of the time, however, this can only be accomplished by larger image sensors with more pixels, which is very expensive and requires additional space.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein LIDAR- System und ein Verfahren zum Betreiben eines LIDAR-Systems bereitzustellen, welche eine effektivere Erfassung eines Sichtfelds ermöglichen. The object of the present invention is therefore to provide a LIDAR system and a method for operating a LIDAR system, which enable a more effective detection of a field of view.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein LIDAR-System und ein Verfahren zum Betreiben eines LIDAR-Systems mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Figuren. This object is achieved by a LIDAR system and a method for operating a LIDAR system having the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims, the description and the figures.
Ein erfindungsgemäßes LIDAR-System zur Umfelderfassung ist dazu ausgebildet, zur Erfassung des Umfelds wiederholt An inventive LIDAR system for environment detection is designed to repeat the detection of the environment
Messungen durchzuführen. Dabei weist das LIDAR-System eine Sendeeinheit auf, die dazu ausgelegt ist, für die Perform measurements. In this case, the LIDAR system has a transmitting unit which is designed for the
Durchführung einer Messung mindestens einen Lichtstrahl auszusenden, wobei das LIDAR-System eine Detektionseinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen bei einer Messung reflektierten Stahlanteil zu erfassen. Darüber hinaus weist das LIDAR-System eine Steuereinrichtung auf, die dazu Performing a measurement emit at least one light beam, wherein the LIDAR system comprises a detection unit which is adapted to detect a reflected during a measurement steel content. In addition, the LIDAR system has a control device that
ausgelegt ist, im Falle dass zumindest ein reflektierter Strahlanteil erfasst wird, dem erfassten Strahlanteil auf Basis einer vorbestimmten Zuordnung einen Raumwinkelbereich zuzuordnen, aus welchem der Strahlanteil stammt. Darüber hinaus weist das LIDAR-System mindestens eine bewegliche Komponente auf und einen Aktuator, der dazu ausgelegt ist, die Komponente von einer ersten Position in eine von der ersten Position verschiedene zweite Position zu bewegen, wobei, wenn sich die Komponente in der zweiten Position befindet, die Zuordnung in vorbestimmter Weise verändert ist. is designed, in the case that at least one reflected beam component is detected to assign the detected beam component based on a predetermined assignment a solid angle range from which the beam component comes. In addition, the LIDAR system has at least one movable Component and an actuator which is adapted to move the component from a first position to a second position different from the first position, wherein, when the component is in the second position, the assignment is changed in a predetermined manner.
Die bewegliche Komponente kann beispielsweise eine The movable component may, for example, a
Detektormatrix darstellen. Wird also beispielsweise die Represent detector matrix. So for example, the
Detektormatrix um eine halbe Pixelbreite verschoben, so kann durch geeignete Auswertung dieser beiden in den Detector matrix shifted by half a pixel width, so can by suitable evaluation of these two in the
unterschiedlichen Positionen des Detektors aufgenommenen Teilbildern ein Bild mit höherer Auflösung generiert werden. Der gleiche Effekt kann aber auch erzielt werden, wenn nicht die Detektormatrix sondern andere Komponenten des LIDAR- Systems, zum Beispiel eine Detektoroptik relativ zum Detektor oder auch eine Emittermatrix, wie diese später näher be generated at different positions of the detector sub-images recorded image with higher resolution. However, the same effect can also be achieved, if not the detector matrix, but other components of the LIDAR system, for example a detector optics relative to the detector or also an emitter matrix, as will be described in more detail later
erläutert werden, verschoben werden. Grundsätzlich lässt es sich somit also vorteilhafter Weise durch die Verschiebung einer LIDAR-Komponente ermöglichen, die Auflösung des LIDAR- Systems zu erhöhen, ohne dabei irgendwelche Komponenten des LIDAR-Systems , wie beispielsweise den Detektor be explained, be moved. In principle, it is thus advantageously possible, by shifting a LIDAR component, to increase the resolution of the LIDAR system, without any components of the LIDAR system, such as the detector
beziehungsweise den Bildsensor größer ausbilden zu müssen. Durch die Verschiebung einer LIDAR-Komponente lässt es sich gleichzeitig auch bewerkstelligen, Lücken im Sichtfeld, die bei einer Messung auftreten, wenn sich diese bewegliche or have to train the image sensor larger. By shifting a LIDAR component, it is also possible to accomplish gaps in the field of view that occur in a measurement when this is moving
Komponente in der ersten Position befindet, durch Verschieben dieser Komponente in die zweite Position zu erfassen. Component is in the first position to capture by moving this component to the second position.
Insgesamt lässt sich dadurch eine deutlich effektivere Overall, this can be a much more effective
Erfassung des Sichtfelds des LIDAR-Systems ermöglichen. Capture the field of view of the LIDAR system.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das LIDAR-System dazu ausgebildet, eine erste Messung In an advantageous embodiment of the invention, the LIDAR system is adapted to a first measurement
durchzuführen, bei welcher sich die bewegliche Komponente in der ersten Position befindet, und mindestens eine zweite Messung durchzuführen, bei welcher sich die bewegliche perform, in which the movable component is in the first position, and at least perform a second measurement in which the movable
Komponente in der zweiten Position befindet, wobei die Component is located in the second position, the
Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die erste Messung und die mindestens eine zweite Messung zu kombinieren und auf Basis der Kombination ein ortsaufgelöstes Messergebnis bereitzustellen, welches eine Auflösung aufweist, die höher ist als ein auf Basis nur der ersten oder nur der zweiten Messung bereitgestelltes ortsaufgelöstes Messergebnis. Control device is designed to combine the first measurement and the at least one second measurement and on Basis of the combination to provide a spatially resolved measurement result, which has a resolution that is higher than a provided on the basis of only the first or only the second measurement provided spatially resolved measurement result.
Durch Kombination der in diesen beiden Positionen der By combining the in these two positions the
beweglichen Komponenten durchgeführten Messungen lässt sich letztendlich ein Bild der Umgebung erzeugen, welches eine deutlich höhere Auflösung aufweist, als die jeweiligen in den Einzelmessungen bereitgestellten Teilbilder. Insbesondere lässt sich je nach Situation die Auflösung unter Umständen sogar verdoppeln. In the end, measurements of moving components can be used to generate an image of the environment, which has a much higher resolution than the respective partial images provided in the individual measurements. In particular, depending on the situation, the resolution can possibly even be doubled.
Beispielsweise kann die bewegliche Komponente einen Teil der Detektionseinheit darstellen. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Detektionseinheit einen Detektor mir mehreren Pixeln aufweist, wobei der Detektor die bewegliche Komponente darstellt. Der Detektor kann also als Bildsensor mit mehreren Pixeln bereitgestellt sein, der für einen bestimmten For example, the movable component may form part of the detection unit. It is preferred if the detection unit has a detector with several pixels, wherein the detector represents the movable component. The detector may thus be provided as an image sensor with a plurality of pixels suitable for a particular one
Wellenlängenbereich sensitiv ist. Ein solcher Bildsensor stellt üblicherweise eine besonders leichte Komponente dar, sodass sich der Detektor besonders einfach bewegen lässt, wodurch sich letztendlich auch eine Verschiebung des Wavelength range is sensitive. Such an image sensor usually represents a particularly light component, so that the detector is particularly easy to move, which ultimately also a shift of
Detektors auf besonders effiziente einfache und vor allem auch schnelle Weise umsetzen lässt. Detector can be implemented in a particularly efficient simple and, above all, fast way.
Insbesondere ist dabei, wenn sich der Detektor in der ersten Position befindet, jedem der Pixel ein jeweiliger In particular, when the detector is in the first position, each of the pixels is a respective one
vorbestimmter erster Raumwinkelbereich zugeordnet, wobei, wenn sich der Detektor in der zweiten Position befindet, jedem der Pixel ein jeweiliger zweiter Raumwinkelbereich zugeordnet ist, wobei sich ein jeweiliger zweiter predetermined first spatial angle range, wherein, when the detector is in the second position, each of the pixels is associated with a respective second solid angle range, wherein a respective second
Raumwinkelbereich zumindest zum Teil von einem jeweiligen ersten Raumwinkelbereich unterscheidet, und vorzugweise mit einem jeweiligen ersten Raumwinkelbereich überlappt. Durch eine Verschiebung des Detektors lässt es sich also einerseits vorteilhafter Weise bewerkstelligen, dass in der zweiten Position Raumwinkelbereiche abgedeckt werden, die zuvor in der ersten Position des Detektors nicht abgedeckt wurden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn sich die zwei Solid angle range at least partially different from a respective first solid angle range, and preferably overlaps with a respective first solid angle range. By a displacement of the detector, on the one hand, it can thus advantageously be achieved that in the second position solid angle ranges are covered, which were previously detected in FIG the first position of the detector were not covered. It is particularly advantageous if the two
Raumwinkelbereiche dennoch mit den jeweiligen ersten Solid angle ranges nevertheless with the respective first
Raumwinkelbereichen zumindest zum Teil überlappen, sodass aufgrund dieser Überlappung durch den Vergleich zweier aufeinanderfolgender Messungen, bei welchen sich der Detektor in unterschiedlichen Positionen befunden hat, At least partially overlap solid angle ranges, so that due to this overlap by comparing two consecutive measurements in which the detector has been in different positions,
Zusatzinformationen gewonnen werden können, die zur Additional information can be obtained, which
Auflösungserhöhung genutzt werden können. Resolution increase can be used.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Pixel des Detektors in zumindest einer ersten In a further advantageous embodiment of the invention, the pixels of the detector are in at least a first
Richtung in einer Reihe angeordnet, wobei ein jeweiliges Pixel in der ersten Richtung eine Breite aufweist, und wobei der Detektor in der zweiten Position gegenüber der ersten Position in der ersten Richtung um weniger als eine Breite eines Pixels verschoben ist. Durch eine derartige In a row, wherein a respective pixel in the first direction has a width, and wherein the detector is shifted in the second position from the first position in the first direction by less than a width of a pixel. By such
Verschiebung ändert sich das durch das LIDAR-System erfasste Sichtfeld im Wesentlichen nicht. Die Änderung des Sichtfelds ist also maximal so groß wie der von einem Pixel erfassbare Raumwinkelbereich bezogen auf die erste Richtung. Durch diese Ausgestaltung ist also lediglich eine besonders geringe Shift, the field of view detected by the LIDAR system does not substantially change. The change in the field of view is therefore at most as large as the spatial angle range detectable by a pixel with respect to the first direction. By this configuration is therefore only a particularly small
Verschiebung der beweglichen Komponente beziehungsweise des Detektors erforderlich, um die oben beschriebene Displacement of the movable component or the detector required to those described above
Auflösungserhöhung sowie die effektivere Erfassung des Resolution increase as well as the more effective capture of the
Sichtfelds des LIDAR-Systems zu erreichen. Field of view of the LIDAR system.
Besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn der Detektor in der zweiten Position gegenüber der ersten It has proven to be particularly advantageous if the detector is in the second position relative to the first
Position um die Hälfte der Breite des Pixels in der Reihe verschoben ist. In der Breite eines Pixels soll dabei auch ein gegebenenfalls zwischen zwei Pixeln vorhandener Position is shifted by half the width of the pixel in the row. In the width of a pixel is also an optionally existing between two pixels
Zwischenbereich berücksichtigt sein. Mit anderen Worten ist die Breite eines Pixels dabei als der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier aufeinanderfolgender Pixel in der ersten Richtung definiert. Sind also beispielsweise ein erstes Pixel und darauffolgend ein zweites Pixel in der ersten Richtung in einer Reihe angeordnet, so erfasst in der ersten Position des Detektors das erste Pixel einen ersten Raumwinkelbereich und das zweite Pixel einen zweiten Raumwinkelbereich. In der zweiten Position sind diese Pixel derart verschoben, dass sich nun die neue Position des ersten Pixels bezogen auf dessen ursprüngliche Position um die Hälfte seiner Breite bzw. des Abstands zwischen den Mittelpunkte des ersten und zweiten Pixels in Richtung des zweiten Pixels verschoben ist. Entsprechend erfasst dieses erste Pixel nun in dieser neuen zweiten Position die Hälfte des vom ersten Pixel in der ersten Position erfassten Raumwinkelbereichs sowie in etwa auch die Hälfte des vom zweiten Pixel in dessen erster Be considered intermediate area. In other words, the width of a pixel is defined as the distance between the centers of two consecutive pixels in the first direction. Thus, for example, if a first pixel and subsequently a second pixel are arranged in a row in the first direction, then in the first position of the Detector the first pixel a first solid angle range and the second pixel a second solid angle range. In the second position, these pixels are shifted in such a way that now the new position of the first pixel is shifted relative to its original position by half its width or the distance between the centers of the first and second pixels in the direction of the second pixel. Accordingly, in this new second position, this first pixel now detects half of the solid angle range detected by the first pixel in the first position, and approximately half of that of the second pixel in its first position
Position erfassten Raumwinkelbereichs. Durch eine derartige Verschiebung lässt sich die Erhöhung der Auflösung Position detected solid angle range. Such a shift can increase the resolution
maximieren. Auf diese Weise wird ein Pixel in der zweiten Position genau in die Mitte zwischen zwei Pixel bezogen auf die erste Position verschoben, was eine besonders effiziente Erfassung des Sichtfelds des LIDAR-Systems ermöglicht. maximize. In this way, a pixel in the second position is shifted exactly in the middle between two pixels with respect to the first position, which enables a particularly efficient detection of the field of view of the LIDAR system.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Pixel des Detektors wiederum in zumindest einer ersten Richtung in einer Reihe angeordnet, wobei ein In a further advantageous embodiment of the invention, the pixels of the detector are in turn arranged in at least a first direction in a row, wherein a
jeweiliges Pixel in der ersten Richtung eine Breite und in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung verläuft, eine Länge und in einer zwischen der ersten und zweiten Richtung verlaufenden dritten Richtung eine respective pixel in the first direction has a width and in a second direction which is perpendicular to the first direction, a length and in a third direction extending between the first and second direction a third
Diagonale, und wobei der Detektor in der zweiten Position gegenüber der ersten Position in der dritten Richtung Diagonal, and wherein the detector in the second position relative to the first position in the third direction
verschoben ist, insbesondere um weniger als eine Länge der Diagonalen eines Pixels. Die Diagonale kann dabei analog zur Definition der Breite eines Pixels definiert sein, das heißt dass bei der Länge der Diagonalen auch die zwischen diagonal zueinander angeordneten Pixeln befindlichen Zwischenräume berücksichtigt sind. Mit anderen Worten kann die Länge der Diagonalen eines Pixels als der Abstand zwischen zwei is shifted, in particular by less than a length of the diagonal of a pixel. In this case, the diagonal can be defined analogously to the definition of the width of a pixel, that is to say that the spaces between diagonally arranged pixels are taken into account in the length of the diagonal. In other words, the length of the diagonal of a pixel may be the distance between two
Mittelpunkten von zwei diagonal zueinander angeordneten Centers of two diagonally arranged
Pixeln definiert sein. Diese Ausgestaltung hat den besonders großen Vorteil, dass hierdurch eine Auflösungserhöhung in zwei Dimensionen erreicht werden kann ohne den Detektor hierzu auch in zwei unterschiedliche Richtungen verschieben zu müssen. Damit ist die Verschiebung des Detektors in eine Richtung, der dritten Richtung, ausreichend um eine Be defined pixels. This embodiment has the particularly great advantage that in this way an increase in resolution in two dimensions can be achieved without the detector To be able to move in two different directions. Thus, the displacement of the detector in one direction, the third direction, is sufficient around one
Auflösungserhöhung in zwei Dimensionen zu erreichen. Resolution increase in two dimensions to achieve.
Besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung zudem, wenn der Detektor mehrere Reihen von Pixeln aufweist. Der Detektor kann auch hier wiederum um die Hälfte der Länge der  This embodiment is also particularly advantageous if the detector has a plurality of rows of pixels. Again, the detector can be half the length of the
Diagonalen eines Pixels von der ersten in die zweite Position verschoben werden oder auch um mehr oder weniger. Auch kann hier die Verschiebung wiederum um eine zufällige Länge zwischen einer Minimallänge und einer Maximallänge, die nun anstatt in Bezug auf die Pixelbreite mit Bezug auf die Länge der Diagonalen eines Pixels definiert sein können, Diagonals of a pixel can be moved from the first to the second position or even more or less. Again, the shift may again be defined by a random length between a minimum length and a maximum length, which may now be defined in relation to the pixel width with respect to the length of the diagonal of a pixel,
ist insbesondere besonders vorteilhaft, wenn is particularly particularly advantageous when
Eine Bewegung des Detektors oder im Allgemeinen der A movement of the detector or in general the
beweglichen Komponente ist aber nicht nur in einer moving component is not just in one
Raumrichtung möglich, sondern beispielsweise auch in zwei. Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der Aktuator dazu ausgelegt ist, die bewegliche Komponente von der ersten Position in die zweite Position in einer ersten Richtung zu bewegen, und von der ersten und/oder zweiten Position in eine dritte Position in einer zweiten von der ersten verschiedenen Richtung zu verschieben, insbesondere wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung senkrecht ist. Ist also beispielsweise der Detektor als eine zweidimensionale Pixelmatrix ausgebildet, so kann eine Verschiebung des Detektors sowohl in Richtung der Reihen als auch in Richtung der Spalten dieser Direction of space possible, but for example in two. Therefore, it is a further advantageous embodiment of the invention, when the actuator is adapted to move the movable component from the first position to the second position in a first direction, and from the first and / or second position to a third position in FIG a second to move from the first different direction, in particular wherein the second direction is perpendicular to the first direction. Thus, for example, if the detector is designed as a two-dimensional pixel matrix, a displacement of the detector both in the direction of the rows and in the direction of the columns of these
zweidimensionalen Matrix erfolgen. Somit kann eine done in two-dimensional matrix. Thus, a
Auflösungserhöhung sowie auch eine effektivere und Resolution increase as well as a more effective and
lückenfreiere Erfassung des Sichtfelds des LIDAR-Systems in zwei Dimensionen realisiert werden. Gapless coverage of the field of view of the LIDAR system can be realized in two dimensions.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, zumindest die zweite Position zwischen einer Minimalposition und einer Maximalposition zufällig zu wählen und den Aktuator zum Einstellen der zweiten Position anzusteuern. Das Bewegungsschema der beweglichen Komponente muss also nicht notwendigerweise, wie dies oben beschrieben wurde, ein regelmäßiges Schema darstellen, gemäß welchem die bewegliche Komponente gemäß einer vorbestimmten Abfolge in die In a particularly advantageous embodiment of the invention, the control device is adapted to randomly select at least the second position between a minimum position and a maximum position and the actuator for Setting the second position to control. Thus, the moving scheme of the movable component does not necessarily have to be a regular scheme, as described above, according to which the movable component is placed in the one according to a predetermined sequence
verschiedenen Positionen, das heißt die erste Position, die zweite Position, eventuell die dritte Position oder auch weitere Positionen bewegt wird, sondern dieses different positions, that is, the first position, the second position, possibly the third position or other positions is moved, but this
Bewegungsschema kann auch ein stochastisches Schema Movement scheme can also be a stochastic scheme
darstellen, gemäß welchem die Ortsposition der beweglichen Komponente zufällig variiert wird, insbesondere innerhalb festgelegter Grenzen, die durch die Minimalposition und die Maximalposition festgelegt sind. Die Maximalposition kann in der ersten Richtung zum Beispiel um maximal die Hälfte der Pixelbreite, wie diese oben definiert wurde, von der ersten Position entfernt sein, während die Minimalposition according to which the spatial position of the movable component is varied randomly, in particular within fixed limits, which are defined by the minimum position and the maximum position. For example, the maximum position may be away from the first position in the first direction by at most half the pixel width as defined above, while the minimum position
beispielsweise in der ersten Richtung von der ersten Position um mindestens ein Zehntel der Breite eines Pixels entfernt ist. Eine Verschiebung der beweglichen Komponente, wie beispielsweise dem Detektor, um weniger als ein Zehntel der Pixelgröße des Detektors ist nicht sehr sinnvoll, da sich hieraus keine sehr signifikante Auflösungserhöhung ergeben wird. Dies könnte beispielsweise durch eine entsprechende Rundung beziehungsweise Quantisierung der Zufallszahlen, auf Basis von welchen die zweite Position zufällig bestimmt wird, erfolgen. Die Definition einer Minimalposition for example, in the first direction from the first position is at least one tenth of the width of a pixel away. Displacing the movable component, such as the detector, by less than one-tenth of the pixel size of the detector is not very useful, as this will not result in a very significant increase in resolution. This could be done, for example, by a corresponding rounding or quantization of the random numbers, on the basis of which the second position is randomly determined. The definition of a minimum position
beziehungsweise eine einer minimalen Verschiebung muss nicht notwendigerweise auf die erste Position bezogen sein, sondern kann auch auf die letzte Position beziehungsweise aktuelle Position der beweglichen Komponente bezogen sein. Mit anderen Worten kann auch eine Begrenzung der minimalen Verschiebung im Vergleich zum vorhergehenden Teilbild erfolgen. Dies ist beispielsweise besonders vorteilhaft, um eine Klumpung der Teilbilder zu vermeiden und damit eine sinnvolle Balance zwischen Abdeckung des Sichtfeldes und Auflösungsverbesserung zu erzielen. Darüber hinaus kann die zweite Position auch durch Superposition einer zeitlich regelmäßigen Funktion mit einem Zufallswert bestimmt werden. Der Vorteil der Verschiebung der beweglichen Komponente in zufällig bestimmte Positionen und einer daraus resultierenden zufallsbasierten Erzeugung von Teilbildern besteht darin, dass Aliasing- beziehungsweise Moire-Artefakte reduziert oder de facto vermieden werden können. or one of a minimum displacement does not necessarily have to be related to the first position, but may also be related to the last position or current position of the movable component. In other words, a limitation of the minimum shift compared to the previous field can be done. This is for example particularly advantageous in order to avoid clumping of the partial images and thus to achieve a meaningful balance between coverage of the field of view and resolution improvement. In addition, the second position can also be determined by superposition of a temporally regular function with a random value. The advantage of Moving the moveable component to randomly determined positions and resulting randomized generation of subimages is such that aliasing or moire artifacts can be reduced or de facto avoided.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Detektionseinheit mindestens ein erstes optisches Element auf, welches die bewegliche Komponente darstellt. Ein solches optisches Element kann beispielsweise eine dem In a further advantageous embodiment of the invention, the detection unit has at least one first optical element, which represents the movable component. Such an optical element may, for example, a the
Detektor zugeordnete Optik darstellen, die aus einem Detector associated optics, which consist of a
bestimmen Sichtfeld des LIDAR-Systems auf diese Optik auftreffende Strahlen in vorbestimmter Weise auf den Detektor abbildet. Statt also den Detektor gegenüber anderen determine field of view of the LIDAR system on these optics incident beams in a predetermined manner on the detector images. So instead of the detector over others
Komponenten, zum Beispiel dem optischen Element, zu bewegen ist es in analoger Weise auch möglich, dieses erste optische Element gegenüber dem Detektor zu bewegen. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn die Bewegung des ersten optischen Elements zum Beispiel in der ersten Richtung um eine Strecke erfolgt, die maximal so lang ist wie die Breite eines Pixels des Detektors. Beispielsweise kann das erste optische Element gegenüber dem Detektor um eine halbe Pixelbreite in der zweiten Position gegenüber der ersten Position verschoben werden. Auch ist hier wiederum eine Bewegung des ersten optischen Elements in einer sowie auch in zwei unabhängigen Richtungen, die insbesondere zueinander senkrecht stehen, möglich. Zudem kann auch hier die Bewegung des ersten Moving components, for example, the optical element, it is also possible in an analogous manner, to move this first optical element relative to the detector. Here, too, it is advantageous if the movement of the first optical element takes place, for example, in the first direction by a distance which is at most as long as the width of a pixel of the detector. For example, the first optical element may be shifted relative to the detector by half a pixel width in the second position from the first position. Again, a movement of the first optical element in one as well as in two independent directions, which are in particular perpendicular to each other, possible here again. In addition, here too, the movement of the first
optischen Elements einem regelmäßigen Schema folgen oder auch wie bereits zum Detektor beschrieben, einem stochastischen Schema folgen, gemäß welchem die zweite Position, follow a regular pattern or, as already described for the detector, follow a stochastic scheme according to which the second position,
vorzugsweise zwischen einer vorbestimmten Minimalposition und Maximalposition, die analog zu obigen Ausführungen definiert sein können, zufällig gewählt und eingestellt wird. Somit können also vorteilhafter Weise die mit Bezug auf die Preferably, between a predetermined minimum position and maximum position, which may be defined analogous to the above, is randomly selected and set. Thus, therefore, advantageously with respect to the
Bewegung des Detektors beschriebenen Ausführungsformen in analoger Weise für die Bewegung der ersten optischen Movement of the detector described embodiments in an analogous manner for the movement of the first optical
Komponente relativ zum Detektor umgesetzt werden, wodurch die dadurch erzielten Vorteile und Effekte die gleichen bleiben. Die Detektionseinheit kann dabei nicht nur ein einzelnes optisches Element aufweisen, sondern auch mehrere optische Elemente in einer bestimmten Anordnung zueinander, wobei wiederum eine gesamte Anordnung aus mehreren optischen Component are implemented relative to the detector, whereby the advantages and effects achieved by the same remain the same. The detection unit can not only have a single optical element, but also a plurality of optical elements in a particular arrangement to each other, in turn, an entire arrangement of a plurality of optical
Elementen ebenfalls die bewegliche Komponente darstellen kann. Beispielsweise kann die Detektionseinheit eine Elements can also represent the movable component. For example, the detection unit can be a
Sekundäroptik sowie eine Detektoroptik aufweisen. Die Have secondary optics and a detector optics. The
Sekundäroptik kann beispielsweise eine Linse oder wiederum ein optisches System aus mehreren einzelnen optischen Secondary optics can be, for example, a lens or, in turn, an optical system composed of several individual optical elements
Elementen darstellen. Die Sekundäroptik kann dabei das Represent elements. The secondary optics can do this
Gesamtsichtfeld des LIDAR-Systems definieren. Weiterhin kann diese Sekundäroptik dazu ausgebildet sein, ein jeweiliges Raumwinkelsegment beziehungsweise einen bestimmten Defining the overall view of the LIDAR system. Furthermore, this secondary optics can be designed to have a respective solid angle segment or a specific one
Raumwinkelbereich des LIDAR-Sichtbereichs auf ein jeweiliges Pixel des Detektors abzubilden. Über alle Raumwinkelsegmente hinweg definiert es damit den Sichtbereich des LIDAR-Systems. Die optionale weitere Detektoroptik kann sich zwischen der Sekundäroptik und dem Detektor befinden. Darüber hinaus kann die Detektoroptik die Abbildung der Raumwinkelsegmente auf die einzelnen Pixel des Detektors optimieren. Beispielsweise kann diese Detektoroptik als Mikrolinsenarray oder ähnliches ausgebildet sein. Entsprechend können also beispielsweise die Sekundäroptik oder die Detektoroptik ebenfalls die bewegliche Komponente darstellen. Bevorzugt wird jedoch die Solid angle range of the LIDAR field of view to a respective pixel of the detector. It defines the field of vision of the LIDAR system across all solid angle segments. The optional additional detector optics can be located between the secondary optics and the detector. In addition, the detector optics can optimize the mapping of the solid angle segments to the individual pixels of the detector. For example, this detector optics can be designed as a microlens array or the like. Accordingly, therefore, for example, the secondary optics or the detector optics can also represent the movable component. However, the preferred
Detektoroptik und nicht die Sekundäroptik des Detektors als bewegliche Komponente ausgestaltet, da die Detektoroptik ein deutlich geringeres Gewicht aufweist und damit deutlich schneller bewegbar ist. Detector optics and not the secondary optics of the detector designed as a movable component, since the detector optics has a significantly lower weight and thus is much faster movable.
Damit sind vielzählige Möglichkeiten zur Auflösungserhöhung und zur effektiveren Erfassung des Sichtfelds des LIDAR- Systems bereitgestellt. Die Auflösungserhöhung kann aber jedoch nicht nur detektorseitig bewerkstelligt werden, sondern kann in analoger Weise auch emitterseitig umgesetzt werden . Daher ist es eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wenn die bewegliche Komponente einen Teil der Sendeeinheit darstellt. Auch hierdurch ist es vorteilhafter Weise möglich, die Auflösung zu erhöhen und das Sichtfeld des LIDAR-Sensors effizienter zu erfassen. This provides numerous options for increasing the resolution and for more effectively detecting the field of view of the LIDAR system. However, the increase in resolution can not only be accomplished on the detector side, but can also be implemented on the emitter side in an analogous manner. Therefore, it is an advantageous embodiment of the invention, when the movable component is a part of the transmitting unit. This also makes it advantageously possible to increase the resolution and to capture the field of view of the LIDAR sensor more efficient.
Beispielsweise kann die Sendeeinheit eine Emitteranordnung aufweisen, die mehrere Emittereinheiten aufweist, die in zumindest einer Reihe angeordnet sind, wobei die For example, the transmitting unit may have an emitter arrangement comprising a plurality of emitter units arranged in at least one row, wherein the
Emitteranordnung die bewegliche Komponente darstellt. Diese Emitteranordnung kann analog zu einem Detektor mit mehreren in einer Matrix angeordneten Pixeln ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann auch eine solcher Emittermatrix aus Emitter arrangement represents the movable component. This emitter arrangement can be designed analogously to a detector with a plurality of pixels arranged in a matrix. In other words, such an emitter matrix can also be made
Emittereinheiten mit mehreren Reihen und Spalten ausgebildet sein. Im einfachsten Fall ist eine solche Emitteranordnung als eine einzelne Reihe mit Emittereinheiten bereitgestellt. Diese Emitteranordnung kann nun ebenfalls analog wie zum Detektor beschrieben bewegt werden, nämlich vorzugsweise in Richtung der zumindest einen Reihe um eine Länge, die maximal so groß ist wie die Breite einer Emittereinheit in dieser Richtung. Auch kann die Verschiebung wiederum Diagonal zu den in einer oder mehreren Reihen angeordneten Emittereinheiten erfolgen, zum Beispiel um die Hälfte der Länge einer Emitter units be formed with multiple rows and columns. In the simplest case, such an emitter array is provided as a single row of emitter units. This emitter arrangement can now likewise be moved analogously to the detector described, namely preferably in the direction of the at least one row by a length which is at most as great as the width of an emitter unit in this direction. Also, the shift may in turn be done diagonally to the emitter units arranged in one or more rows, for example by half the length of one emitter
Diagonalen einer Emittereinheit. Vorzugsweise erfolgt auch hier wiederum eine Verschiebung um eine Länge, die zur Hälfte der Breite, oder auch der Diagonalen, einer Emittereinheit in einer bestimmten Richtung korrespondiert. Theoretisch kann die Verschiebung aber auch größer sein, insbesondere größer als die Hälfte der Breite einer Emittereinheit als auch größer als die gesamte Breite einer Emittereinheit. Auch hier wiederum kann die Verschiebung sowohl in nur einer als auch in zwei Dimensionen, je nach Anwendungsfall und Ausbildung der Emitteranordnung, das heißt ob als einzelne Reihe oder als zweidimensionale Matrix, erfolgen. Diagonals of an emitter unit. In this case, too, a shift by a length which corresponds to half the width, or also the diagonal, of an emitter unit in a specific direction preferably also takes place here. Theoretically, however, the displacement can also be greater, in particular greater than half the width of an emitter unit and also larger than the entire width of an emitter unit. Again, the shift in both one and in two dimensions, depending on the application and the formation of the emitter arrangement, that is, whether as a single row or as a two-dimensional matrix, take place.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass einer jeweiligen Emittereinheit in der ersten Position der Emitteranordnung ein jeweiliger dritter Raumwinkelbereich zugeordnet ist, der durch die jeweilige Emittereinheit beleuchtbar ist, wobei einer In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a respective emitter unit in the first position of the emitter arrangement, a respective one associated with the third solid angle range, which is illuminated by the respective emitter unit, wherein a
jeweiligen Emittereinheit in der zweiten Position der respective emitter unit in the second position of
Emitteranordnung ein jeweiliger von den jeweiligen dritten Raumwinkelbereichen zumindest zum Teil verschiedener vierter Raumwinkelbereich zugeordnet ist. Ist die Sendeeinheit beispielsweise so eingerichtet, dass die jeweiligen dritten Raumwinkelbereiche disjunkt sind, das heißt nicht aneinander anschließen, sondern es befinden sich nicht ausgeleuchtete Raumwinkelbereiche zwischen diesen dritten Emitter arrangement is assigned a respective one of the respective third solid angle ranges at least partially different fourth solid angle range. If, for example, the transmitting unit is set up in such a way that the respective third solid angle ranges are disjoint, that is, not connected to one another, there are unilluminated solid angle ranges between these third ones
Raumwinkelbereichen, so kann durch eine Verschiebung der Emitteranordnung erreicht werden, dass in der zweiten Solid angle ranges, it can be achieved by a displacement of the emitter array that in the second
Position nun auch diese vorher nicht ausgeleuchteten Position now also these previously not illuminated
Raumwinkelbereiche ausgeleuchtet werden. Eine Überlappung mit den zuvor ausgeleuchteten Raumwinkelbereichen ist dennoch möglich. Auch hierdurch lässt sich also wiederum das Solid angle ranges are illuminated. An overlap with the previously illuminated solid angle ranges is still possible. This, in turn, also makes it possible
Sichtfeld des LIDAR-Systems deutlich effizienter erfassen. Detect the field of vision of the LIDAR system much more efficiently.
Alternativ oder zusätzlich muss nicht notwendiger Weise wiederum die Emitteranordnung bewegt werden, zum Beispiel relativ zur einer Emitteroptik, sondern es kann auch eine Optik relativ zur Emitteranordnung bewegt werden, was jedoch wiederum den gleichen Effekt hervorruft. Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Sendeeinheit mindestens ein zweites optisches Alternatively or additionally, the emitter arrangement does not necessarily have to be moved again, for example relative to an emitter optic, but an optic can also be moved relative to the emitter arrangement, which, however, in turn causes the same effect. Accordingly, it represents a further advantageous embodiment of the invention, when the transmitting unit at least a second optical
Element aufweist, welches die bewegliche Komponente Element having which the movable component
darstellt. Auch dieses zweite optische Element kann wiederum eine einzelne Linse darstellen, oder es kann auch eine represents. This second optical element can again represent a single lens, or it can also be a single lens
Anordnung aus mehreren optischen Elementen als die bewegliche Komponente bereitgestellt sein. Beispielsweise kann auch hier die Sendeeinheit wiederum eine Sekundäroptik aufweisen, die dazu ausgelegt ist, die Lichtemission der einzelnen Arrangement of a plurality of optical elements may be provided as the movable component. For example, here again, the transmitting unit may have a secondary optic, which is designed to control the light emission of the individual
Emittereinheiten in vorbestimmter Weise geeignet in das Emitter units in a predetermined manner suitable in the
Fernfeld abzubilden. Im Fall eines reinen Flash-LIDAR wird also mittels der Sekundäroptik jede in einer Depict far-field. In the case of a pure Flash LIDAR so by means of the secondary optics each in one
zweidimensionalen Matrix angeordnete Emittereinheit in ein zugeordnetes Raumwinkelsegment beziehungsweise einen arranged two-dimensional matrix emitter unit in an associated solid angle segment or a
zugeordneten Raumwinkelbereich abgebildet. Zudem kann die Sendeeinheit optional auch eine weitere Emitteroptik mapped solid angle range shown. In addition, the Sending unit optionally also a further emitter optics
aufweisen, die wiederum zwischen der Emitteranordnung und der Sekundäroptik angeordnet sein kann. Die Emitteroptik kann optional eine Verformung der Emitteremission zur Anpassung an die Sekundäroptik bereitstellen . Zur Realisierung der which in turn may be arranged between the emitter assembly and the secondary optics. The emitter optic may optionally provide for emitter emission deformation to accommodate secondary optics. To realize the
senderseitigen Auflösungserhöhung kann die Emitteroptik die bewegliche Komponente darstellen und wie beschrieben bewegt werden, um die bestrahlten Raumwinkelsegmente beziehungsweise Raumwinkelbereiche verschieben zu können. Da wiederum die Emitteroptik ein deutlich geringeres Gewicht aufweisen kann als die Sekundäroptik ist es bevorzugt, die Emitteroptik als bewegliche Komponente auszugestalten, da entsprechend dann deutlich schnellere Bewegungen möglich sind. At the transmitter-side resolution increase, the emitter optics can represent the movable component and can be moved as described in order to be able to displace the irradiated solid angle segments or solid angle ranges. In turn, since the emitter optics can have a significantly lower weight than the secondary optics, it is preferable to design the emitter optics as a movable component, since correspondingly much faster movements are then possible.
Weiterhin kann das LIDAR-System beispielsweise dazu Furthermore, the LIDAR system can do this, for example
ausgebildet sein, den mindestens einen Lichtstrahl als be formed, the at least one light beam as
Lichtpuls auszusenden. Zudem können die Lichtstrahlen Send light pulse. In addition, the light rays
beziehungsweise Lichtpulse mit einer Wellenlänge ausgesandt werden, die vorzugsweise im Bereich zwischen 850 Nanometern und 1600 Nanometern liegt, oder auch in anderen Bereichen.or light pulses are emitted at a wavelength which is preferably in the range between 850 nanometers and 1600 nanometers, or in other areas.
Zum Beispiel kann die Wellenlänge der ausgesandten For example, the wavelength of the emitted
Lichtstrahlen beziehungsweise Lichtpulse bei 905 Nanometern oder 1064 Nanometern oder 1548 Nanometern oder 5600 Light rays or light pulses at 905 nanometers or 1064 nanometers or 1548 nanometers or 5600
Nanometern oder 8100 Nanometern liegen. Denkbar sind jedoch auch andere Wellenlängen, wie beispielsweise kleiner als 850 Nanometern, zum Beispiel 600 Nanometer, 650 Nanometer, 700 Nanometer, 750 Nanometer oder 800 Nanometer. Weiterhin kann das LIDAR-System dazu ausgebildet sein, Lichtpulse mit einer Frequenz zwischen einem Kilohertz und einem Megahertz zu emittieren, vorzugsweise mit einer Frequenz kleiner als 100 Kilohertz. Darüber hinaus kann die Erfassungsreichweite des LIDAR-Systems zwischen einigen Zentimetern, zum Beispiel 20 Zentimetern, bis hin zu 300 Metern, unter Umständen auch weiter, betragen. Entsprechend können die Messzeitfenster, das heißt die Messdauer ab Aussendung eines Lichtpulses, innerhalb von welcher der Detektor beziehungsweise die einzelnen Detektorpixel ausgelesen werden, zum Beispiel zwei Mikrosekunden andauern, was der Laufzeit eines Lichtpulses im Falle einer Reflexion an einem 300 Meter entfernten Objekt entspricht. Die jeweiligen Messzeitfenster müssen jedoch nicht notwendigerweise immer gleich bleiben, sondern können beispielsweise auch dynamisch an die Entfernung kürzlich detektierter Objekte angepasst werden. Zudem ist die Nanometers or 8100 nanometers. However, other wavelengths are also conceivable, for example less than 850 nanometers, for example 600 nanometers, 650 nanometers, 700 nanometers, 750 nanometers or 800 nanometers. Furthermore, the LIDAR system can be designed to emit light pulses having a frequency between one kilohertz and one megahertz, preferably with a frequency smaller than 100 kilohertz. In addition, the detection range of the LIDAR system can be between a few centimeters, for example 20 centimeters, up to 300 meters, possibly even further. Accordingly, the measurement time window, ie the measurement period from the emission of a light pulse, within which the detector or the individual detector pixels are read out, for example, last two microseconds, which is the duration of a light pulse in Case of reflection on an object 300 meters away. However, the respective measurement time windows do not necessarily always have to remain the same, but can, for example, also be adapted dynamically to the distance of recently detected objects. In addition, the
Zeitdauer, für welche sich die bewegliche Komponente in der ersten, der zweiten und optionalen weiteren Positionen befindet, mit der Zeitdauer der jeweiligen Messzeitfenster korreliert, insbesondere so, dass während eines jeweiligen Messzeitfensters keine Verschiebung der beweglichen Time duration for which the movable component is in the first, the second and optional further positions, correlated with the time duration of the respective measuring time window, in particular such that during a respective measuring time window no displacement of the movable
Komponente stattfindet. Die Verschiebung erfolgt stattdessen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messzeitfenstern, aber nicht notwendigerweise nach jedem Messzeitfenster. Die einzelnen Lichtpulse können dabei weiterhin eine Pulslänge zwischen 1 und 100 Nanosekunden aufweisen. Vorzugsweise liegt die Pulslänge im Bereich von wenigen Nanosekunden, wie beispielsweise 1 Nanosekunde, 5 Nanosekunden, 10 Component takes place. Instead, the shift occurs between two consecutive measurement time windows, but not necessarily after each measurement time window. The individual light pulses can continue to have a pulse length between 1 and 100 nanoseconds. Preferably, the pulse length is in the range of a few nanoseconds, such as 1 nanosecond, 5 nanoseconds, 10
Nanosekunden, 15 Nanosekunden, 20 Nanosekunden, und so weiter, bevorzugt jedoch kleiner als 5 Nanosekunden. Auch kann das LIDAR-System beispielsweise als eingangs Nanoseconds, 15 nanoseconds, 20 nanoseconds, and so on, but preferably less than 5 nanoseconds. Also, the LIDAR system, for example, as
beschriebener Flash-LIDAR ausgebildet sein, der seine be designed Flash LIDAR, his
Auflösung ausschließlich mittels des Detektors erzeugt, der in diesem Fall aus mehreren einzeln auslesbaren Segmenten beziehungsweise Pixeln besteht. Um dabei eine Ortsauflösung in nur einer Dimension zu ermöglichen, ist entsprechend eine einzelne Reihe mit auslesbaren Segmenten beziehungsweise Pixeln ausreichend. Soll eine Auflösung in zwei Dimensionen bereitgestellt werden, so kann dies durch einen Detektor mit mehreren einzeln auslesbaren und in einer Matrix mit mehreren Reihen und Spalten angeordneten Segmenten beziehungsweise Pixeln bewerkstelligt werden. Die Sendeeinheit kann dabei in diesem Fall als Emitteranordnung nur eine einzelne Resolution exclusively generated by means of the detector, which consists in this case of several individually readable segments or pixels. In order to enable a spatial resolution in only one dimension, a single row with readable segments or pixels is sufficient. If a resolution in two dimensions is to be provided, this can be accomplished by a detector having a plurality of individually readable and arranged in a matrix with a plurality of rows and columns segments or pixels. The transmitting unit can in this case only one single emitter arrangement
Emittereinheit aufweisen. Zudem wird in diesem Fall die Have emitter unit. In addition, in this case, the
Auflösungserhöhung durch eine detektorseitige bewegliche Komponente bewerkstelligt. Es kann also beispielsweise der Detektor selbst bewegt werden oder auch eine dem Detektor zugeordnete Optik relativ zum Detektor. Darüber hinaus kann das LIDAR-System auch als Raster-LIDAR ausgebildet sein, der einen Emitter aufweist, welcher die Messlichtpulse gezielt in verschiedene Raumrichtungen beziehungsweise Resolution increase accomplished by a detector-side movable component. Thus, for example, the detector itself can be moved or also an optics associated with the detector relative to the detector. In addition, the LIDAR system can also be designed as a raster LIDAR, the having an emitter, which the measuring light pulses targeted in different spatial directions or
Raumwinkelbereiche aussendet, insbesondere zeitlich Solid angle ranges emits, especially in time
sequentiell, wobei hier als Detektor auch ein Einzelsegment, das heißt ein einzelner Pixel genügt. In diesem Fall kann der Detektor mit einer Optik kombiniert sein, welche das gesamte Sichtfeld des LIDAR-Systems auf das einzelne Pixelelement abbildet. Weiterhin kann in diesem Beispiel die Sendeeinheit einen Emitteranordnung aufweisen, die als ein oder sequential, whereby here as a detector also a single segment, that is a single pixel is sufficient. In this case, the detector may be combined with an optic which images the entire field of view of the LIDAR system onto the single pixel element. Furthermore, in this example, the transmitting unit can have an emitter arrangement, which can be used as an or
zweidimensionale Emittermatrix ausgebildet ist, deren Teile, das heißt deren Einzelemittereinheiten, jeweils einzeln angesteuert werden können. Vorteilhaft sind dabei formed two-dimensional emitter matrix whose parts, that is, the individual emitter units, each can be controlled individually. Advantageous are
Laserlichtquellen, welche im Bereich zwischen 850 Nanometern und 1600 Nanometern Pulse einer Leistung zwischen 30 Watt und 200 Watt mit vorzugsweise einer Pulslänge im Bereich zwischen 1 Nanosekunde und 100 Nanosekunden emittieren. Grundsätzlich können dabei sowohl Streifenemitter als auch VCSEL-Typen, beispielsweise VCSEL und VECSEL, das heißt Laser light sources which emit in the range between 850 nanometers and 1600 nanometers pulses of power between 30 watts and 200 watts, preferably with a pulse length in the range between 1 nanosecond and 100 nanoseconds. In principle, both strip emitters and VCSEL types, for example VCSEL and VECSEL, can be used
Oberflächenemitter, zum Einsatz kommen. Die Lichtquellen können grundsätzlich sowohl als LEDs als auch als Laserdioden bereitgestellt sein. Die einzelnen, durch einen solchen Surface emitter, are used. The light sources can basically be provided both as LEDs and as laser diodes. The individual, by such
Emitter emittierten Lichtpulse können dabei eine Leistung im Bereich von einigen Milliwatt (VCSEL) und zwischen 30 Watt und 200 Watt (VECSEL) aufweisen. Im Falle eines Raster-LIDARS ist es bevorzugt, dass die oben beschriebene Emitter emitted light pulses can have a power in the range of a few milliwatts (VCSEL) and between 30 watts and 200 watts (VECSEL). In the case of a raster LIDAR, it is preferred that the one described above
Auflösungserhöhung durch eine emitterseitige bewegliche Resolution increase by an emitter-side moving
Komponente realisiert wird. Beispielsweise lässt sich wie beschrieben hierzu entweder die Emitteranordnung relativ zu einer Optik oder die der Emitteranordnung zugeordnete Optik relativ zur Emitteranordnung bewegen. Component is realized. For example, as described, either the emitter arrangement relative to an optic or the optics associated with the emitter arrangement can be moved relative to the emitter arrangement.
Auch kann das LIDAR-System als eine Mischform aus beiden LIDAR-Typen, das heißt Flash-LIDAR und Raster-LIDAR, gebildet sein, zum Beispiel so, dass in einer Dimension eine  Also, the LIDAR system may be formed as a hybrid of both LIDAR types, that is, Flash LIDAR and raster LIDAR, for example, such that one in one dimension
Rastbewegung erfolgt, die Auflösung in der zweiten Dimension aber mittels eines in dieser Dimension winkelsensitiven Detent movement takes place, the resolution in the second dimension but by means of an angle-sensitive in this dimension
Detektors erreicht wird. In diesem Beispiel kann also der Emitter beziehungsweise die Emitteranordnung als eine Detector is achieved. In this example, therefore, the emitter or the emitter arrangement as a
eindimensionale Matrix aus einzelnen Emittern gebildet sein die, optional mittels einer geeigneten Optik, in einer ersten Dimension beziehungsweise Richtung zeitlich sequentiell einem bestimmten Raumwinkelbereich ausleuchtet. Der Detektor kann ebenso als eindimensionale Pixelmatrix ausgebildet sein, die einen Orts- beziehungsweise Winkelauflösung in der one-dimensional matrix can be formed from individual emitters which, optionally by means of a suitable optics, illuminates in a first dimension or direction temporally sequentially a certain solid angle range. The detector may also be formed as a one-dimensional pixel matrix, which has a spatial or angular resolution in the
entsprechenden zweiten Dimension bereitstellen, indem einem jeweiligen Pixel ein entsprechender Raumwinkelbereich provide corresponding second dimension by a respective pixel a corresponding solid angle range
zugeordnet ist. In einem solchen Fall kann die assigned. In such a case, the
Auflösungserhöhung durch eine bewegliche Komponente sowohl emitterseitig als auch detektorseitig realisiert sein. Resolution increase be realized by a movable component both emitter side and detector side.
Beispielsweise kann in diesem Beispiel sowohl der Detektor als auch die Emitteranordnung beweglich ausgestaltet sein und zur Auflösungserhöhung von einer jeweiligen ersten Position in eine korrespondierende zweite Position bewegt werden. For example, in this example, both the detector and the emitter arrangement can be designed to be movable and, for the increase in resolution, be moved from a respective first position into a corresponding second position.
Darüber hinaus findet das erfindungsgemäße LIDAR-System oder eine seiner Ausgestaltungen vorzugsweise Anwendung bei In addition, the LIDAR system or one of its embodiments according to the invention preferably finds application
Kraftfahrzeugen. Entsprechend soll auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen LIDAR-System oder einer seiner Motor vehicles. Accordingly, a motor vehicle with a LIDAR system according to the invention or one of his
Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Grundsätzlich sind jedoch den Anwendungsbereichen des erfindungsgemäßen LIDAR-Systems oder seiner Ausgestaltungen keine Grenzen gesetzt. Dieses kann also beispielsweise auch bei Flugzeugen, Drohnen, Schiffen, Leuchttürmen, Embodiments are considered as belonging to the invention. In principle, however, there are no limits to the fields of application of the LIDAR system according to the invention or its embodiments. This can also be used, for example, in aircraft, drones, ships, lighthouses,
verschwenkbaren Beleuchtungseinrichtungen im Entertainment- und Studiobeleuchtungsbereich, oder ähnlichem zum Einsatz kommen . pivotable lighting devices in the entertainment and studio lighting area, or the like are used.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines LIDAR-Systems, welches zur Umfelderfassung wiederholt Messungen durchführt, bei welchen jeweils Furthermore, the invention also relates to a method for operating a LIDAR system, which performs repeated measurements for environment detection, in which each case
mindestens ein Lichtstrahl vom LIDAR-System ausgesandt wird und im Falle, dass während einer Messung zumindest ein reflektierter Stahlanteil erfasst wird, dem erfassten at least one light beam is emitted by the LIDAR system and, in the event that during a measurement at least one reflected steel component is detected, the detected
Strahlanteil auf Basis einer vorbestimmten Zuordnung ein Raumwinkelbereich zugeordnet wird, aus welchem der Strahlanteil stammt. Weiterhin wird mindestens eine Beam portion is assigned based on a predetermined assignment a solid angle range, from which the Beam component comes. Furthermore, at least one
bewegliche Komponente des LIDAR-Systems , insbesondere movable component of the LIDAR system, in particular
zwischen zwei jeweiligen Messungen, von einer ersten Position in mindestens eine von der ersten Position verschiedenen zweite Position bewegt, in welcher die Zuordnung in between two respective measurements, from a first position to at least one second position different from the first position, in which the assignment in
vorbestimmter Weise verändert ist. is changed in a predetermined manner.
Die für das erfindungsgemäße LIDAR-System und seine The LIDAR system according to the invention and its
Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus Embodiments mentioned advantages apply in the same way for the inventive method. Furthermore
ermöglichen die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen LIDAR-System und seinen Ausgestaltungen genannten allow the mentioned in connection with the LIDAR system according to the invention and its embodiments
gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des representational characteristics of the further education of the
erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere inventive method by further
Verfahrensschritte . Procedural steps.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, sowie anhand der Zeichnung . Description of preferred embodiments, and with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von In the following, the invention is based on
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.  Embodiments will be explained in more detail.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines LIDAR-Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 1 is a schematic representation of a LIDAR system according to an embodiment of the invention;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of a
Detektionseinheit eines LIDAR-Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;  Detection unit of a LIDAR system according to an embodiment of the invention;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a
Detektionseinheit gemäß einem weiteren  Detection unit according to another
Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Embodiment of the invention; Fig. 4 is a schematic representation of a
Detektionseinheit eines LIDAR-Systems im Querschnitt gemäß einem weiteren  Detection unit of a LIDAR system in cross section according to another
Ausführungsbeispiel der Erfindung.  Embodiment of the invention.
Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Fig. 5 is a schematic cross-sectional view of a
Sendeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und  Transmitting unit according to an embodiment of the invention; and
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Sendeeinheit eines LIDAR-Systems im Querschnitt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 6 is a schematic representation of a transmitting unit of a LIDAR system in cross section according to another embodiment of the invention.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines LIDAR- Systems 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das LIDAR-System 10 weist in diesem Beispiel eine Sendeeinheit 12, eine Detektionseinheit 14 sowie eine Steuereinrichtung 16 auf. Die Sendeeinheit 12 ist dabei dazu ausgelegt, wiederholt Messlichtpulse auszusenden. Werden solche Messlichtpulse an einem Objekt in der Umgebung des LIDAR-Systems 10 Fig. 1 shows a schematic representation of a LIDAR system 10 according to an embodiment of the invention. The LIDAR system 10 has in this example a transmitting unit 12, a detection unit 14 and a control device 16. The transmitting unit 12 is designed to emit repeated measuring light pulses. If such measuring light pulses on an object in the vicinity of the LIDAR system 10th
reflektiert, so kann zumindest ein reflektierter Anteil von der Detektionseinheit 14 des LIDAR-Systems 10 detektiert werden. Das LIDAR-System 10 kann weiterhin als Flash-LIDAR, als Raster-LIDAR oder als Kombination beider LIDAR-Typen ausgebildet sein. Bei der Ausbildung als Flash-LIDAR wird die Auflösung ausschließlich mittels der Detektionseinheit 14 erzeugt, die in einem solchen Fall einen Detektor 18 mit mehreren einzeln auslesbaren und in einer Matrix angeordneten Segmenten in Form von Pixeln 20. Weiterhin kann eine reflected, so at least a reflected portion of the detection unit 14 of the LIDAR system 10 can be detected. The LIDAR system 10 may further be configured as a Flash LIDAR, as a raster LIDAR or as a combination of both LIDAR types. In the embodiment as a flash LIDAR, the resolution is generated exclusively by means of the detection unit 14, which in such a case has a detector 18 with a plurality of individually readable and arranged in a matrix segments in the form of pixels 20. Furthermore, a
entsprechende Optik 25 (vergleiche Fig. 3 und Fig. 4) corresponding optics 25 (see FIG. 3 and FIG. 4)
vorgesehen sein, welche verschiedene Raumwinkelsegmente beziehungsweise Raumwinkelbereiche auf die einzelnen Pixel 20 abbildet. Das LIDAR-System 10 kann alternativ auch als be provided, which images different solid angle segments or solid angle areas on the individual pixels 20. The LIDAR system 10 may alternatively be referred to as
Raster-LIDAR ausgebildet sein, bei welchem durch die Raster LIDAR be formed, in which by the
Sendeeinheit 12 Messpulse gezielt in verschiedene Transmitting unit 12 measuring pulses targeted to different
Raumrichtungen beziehungsweise Raumwinkelbereiche ausgesandt werden, insbesondere zeitlich sequentiell. Hierzu kann die Sendeeinheit 12 eine entsprechende Emitteranordnung 22 in Form einer ein- oder zweidimensionalen Emittermatrix Spaces or solid angle ranges are emitted, in particular temporally sequential. For this purpose, the Transmitting unit 12, a corresponding emitter array 22 in the form of a one- or two-dimensional emitter matrix
aufweisen, die wiederum mehrere Einzelemitter 24 als separat ansteuerbare Emittereinheiten aufweist. Ein jeweiliger have, in turn, a plurality of individual emitter 24 as separately controllable emitter units. A respective one
Einzelemitter 24 kann dann über eine entsprechende Optik 26 (vergleiche Fig. 5 und Fig. 6) einen zugeordneten Single emitter 24 can then via an appropriate optics 26 (see FIG. 5 and FIG. 6) an associated
Raumwinkelbereich beleuchten. Als Detektor genügt im Falle eines Raster-LIDARS auch ein Einzelsegment, das heißt ein einzelnes Pixel 20, insbesondere in Kombination mit einer entsprechenden Optik 25, welche den gesamten Sichtbereich des LIDAR-Systems 10 auf dieses Einzelsegment abbildet. Illuminate solid angle range. In the case of a raster LIDAR, a single segment, that is to say a single pixel 20, in particular in combination with a corresponding optical system 25, which images the entire field of view of the LIDAR system 10 onto this individual segment, is sufficient as the detector.
In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist das LIDAR-System 10 als eine Mischform der genannten LIDAR-Typen ausgebildet, sodass in einer ersten Dimension Dl eine Rasterbewegung erfolgt, das heißt eine zeitlich sequentielle Ausleuchtung einzelner sich in der ersten Dimension Dl nebeneinander angeordneter Raumwinkelbereiche durch einzelne Ansteuerung der Einzelemitter 24. Die Auflösung in der zweiten Dimension D2 wird durch einen in dieser zweiten Dimension D2 In the example shown in FIG. 1, the LIDAR system 10 is embodied as a hybrid of the LIDAR types mentioned, so that a raster movement takes place in a first dimension D1, that is to say temporally sequential illumination of individual solid angle regions arranged side by side in the first dimension D1 by individual control of the individual emitter 24. The resolution in the second dimension D2 is determined by a in this second dimension D2
winkelselektiven Detektor 18 bewerkstelligt. Es werden also in der zweiten Dimension D2 nebeneinander angeordnete angle-selective detector 18 accomplished. Thus, in the second dimension D2 are arranged side by side
Raumwinkelbereiche auf jeweils zugeordnete Pixel 20 dieses Detektors 18 abgebildet. Somit kann jedem Objekt Solid angle ranges mapped to respective associated pixels 20 of this detector 18. Thus, every object can
beziehungsweise Objektpunkt in der Umgebung des LIDAR-Systems 10, welcher sich im Erfassungsbereich des LIDAR-Systems 10 befindet, eine 2D-Koordinate basierend auf der Kenntnis, welches der Einzelemitter 24 einen Lichtpuls ausgesandt hat und auf Basis der Kenntnis welches der Pixel 18 den or object point in the vicinity of the LIDAR system 10, which is in the detection range of the LIDAR system 10, a 2D coordinate based on the knowledge of which the single emitter 24 has emitted a light pulse and based on the knowledge of which of the pixels 18
reflektierten Anteil dieses Lichtpulses erfasst hat, bestimmt werden. Die dritte Raumkoordinate, die den Abstand zum LIDAR- System 10 angibt, wird auf Basis der Laufzeitmessung dieses ausgesandten und detektierten Lichtpulses ermittelt. Um also ein dreidimensionales Abbild der Umgebung bereitzustellen, sind in diesem Beispiel also eine eindimensionale reflected fraction of this light pulse has been determined. The third spatial coordinate, which indicates the distance to the LIDAR system 10, is determined on the basis of the transit time measurement of this emitted and detected light pulse. So to provide a three-dimensional image of the environment, so in this example are a one-dimensional
Emittermatrix 22, sowie auch ein eindimensional ausgebildeter Detektor 18 ausreichend. Eine solche Kombination aus Raster und Flash-LIDAR wird auch als Hybrid-Raster-LIDAR bezeichnet. Der Detektor 18 kann im Allgemeinen aus einer ein- oder zweidimensionalen Anordnung von Einzelpixeln 20 bestehen, welche jeweils individuell ausgelesen werden können. Emitter matrix 22, as well as a one-dimensional trained detector 18 sufficient. Such a combination of raster and flash LIDAR is also referred to as hybrid raster LIDAR. The detector 18 can generally consist of a one- or two-dimensional arrangement of individual pixels 20, which can each be read out individually.
Grundsätzlich kommt jede Art von Detektor 18 in Frage, welche die LIDAR-Wellenlänge, die typischerweise zwischen 850 In principle, any type of detector 18 is contemplated, which is the LIDAR wavelength, typically between 850
Nanometern und 1600 Nanometern liegt, mit einer Nanometers and 1600 nanometers, with one
Mindestbandbreite, die typischerweise größer als 1 Megahertz ist, in eine elektrische Spannung umwandeln kann. Konkret können das beispielsweise eine PIN-Diode, eine APD (avalanche photo diode) , eine SPAD (single photon avalanche photo diode) oder ein Photomultiplier sein. Darüber hinaus kommen auch andere Typen von Detektoren 18 in Frage. Minimum bandwidth, which is typically greater than 1 megahertz, can convert into an electrical voltage. Specifically, these may be, for example, a PIN diode, an avalanche photo diode (APD), a single photon avalanche photo diode (SPAD) or a photomultiplier. In addition, other types of detectors 18 come into question.
Die Steuereinrichtung 16 ist dazu ausgelegt, sowohl die The controller 16 is adapted to both the
Sendeeinheit 12 zu steuern als auch die Auswertung der von der Empfangseinheit 14 empfangenen Signale vorzunehmen. To control transmitting unit 12 and to make the evaluation of the signals received by the receiving unit 14.
Um eine Auflösungserhöhung zu erreichen, ist es nun To achieve an increase in resolution, it is now
vorteilhafter Weise vorgesehen, dass mindestens eine LIDAR- Komponente in ihrer Position verschoben wird, insbesondere wiederholt. Die Steuerung einer solchen Verschiebung D kann dabei ebenfalls von der Steuereinrichtung 16 übernommen werden. Als bewegliche Komponente, die in ihrer Position verschoben werden kann, und deren Verschiebung D zu einer Auflösungserhöhung genutzt werden kann, kommen nun advantageously provided that at least one LIDAR component is moved in position, in particular repeatedly. The control of such a shift D can also be taken over by the control device 16. As a movable component that can be moved in position, and whose shift D can be used to increase the resolution, come now
Verschiedene in Betracht. Insbesondere kann hierbei eine Komponente der Sendeeinheit 12 und/oder der Detektionseinheit 14 verschoben werden. Insbesondere können dabei der Detektor 18 selbst, oder mindestens eine Komponente der dem Detektor 18 zugeordneten Optik 25, oder die Emitteranordnung 22 oder zumindest ein Teil einer der Emitteranordnung 22 zugeordneten Optik 26 als bewegliche Komponente ausgeführt werden. So können zeitlich sequentiell Teilbilder erzeugt werden, wobei jedes Teilbild eine Auflösung besitzt, wie sie durch die Auflösung beispielsweise der Detektormatrix 18 oder der Various in consideration. In particular, in this case a component of the transmitting unit 12 and / or the detection unit 14 can be moved. In particular, the detector 18 itself, or at least one component of the optics 25 associated with the detector 18, or the emitter arrangement 22 or at least a part of the optics 26 associated with the emitter arrangement 22 can be embodied as a movable component. Thus, temporally sequential partial images can be generated, wherein each partial image has a resolution as determined by the resolution of, for example, the detector matrix 18 or the
Emitteranordnung 22 vorgegeben ist. Durch eine Verschiebung D um beispielsweise eine halbe Detektorpixelbreite kann durch die Kombination der beiden Teilbilder die Auflösung idealer Weise verdoppelt werden. Hierzu können insbesondere Emitter array 22 is specified. By a shift D by, for example, a half detector pixel width can through the combination of the two fields ideally double the resolution. This can in particular
entsprechende Bildverarbeitungsalgorithmen, die durch die Steuereinrichtung 16 ausgeführt werden können, zum Einsatz kommen um diese Teilbilder zu verarbeiten. corresponding image processing algorithms that can be executed by the control device 16 are used to process these partial images.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch die Detektionseinheit 14 gemäß einem FIG. 2 shows a schematic illustration of a cross section through the detection unit 14 according to FIG
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Detektionseinheit 14 weist wiederum eine Detektor 18 mit mehreren zumindest in einer Reihe angeordneten Pixel 20 auf. Diese sind in einer Ausgangssituation in einer jeweiligen ersten Position PI angeordnet. Weiterhin ist jedem dieser Pixel 20 basierend auf seiner Position PI ein entsprechender Raumwinkelbereich Ql, W2, W3 zugeordnet. Diese Zuordnung ist in Fig. 2 schematisch mit ZI bezeichnet. Wird also beispielsweise von einem dieser Pixel 20 ein Lichtpuls empfangen, so kann die  Embodiment of the invention. The detection unit 14 in turn has a detector 18 with a plurality of pixels 20 arranged at least in one row. These are arranged in a starting situation in a respective first position PI. Furthermore, each of these pixels 20 is assigned a corresponding solid angle range Q1, W2, W3 based on its position PI. This assignment is indicated schematically in FIG. 2 by ZI. If, for example, one of these pixels 20 receives a light pulse, then the
Steuereinrichtung 16 basierend auf der Information, von welchem der Pixel 20 dieser Lichtpuls empfangen wurde, gemäß dieser Zuordnung ZI bestimmen, aus welcher Richtung Controller 16 based on the information from which the pixel 20 has received this light pulse according to this assignment ZI determine from which direction
beziehungsweise aus welchem der Raumwinkelbereiche W1, W2, W3 der Lichtpuls empfangen wurde und dadurch die Richtung, in welcher sich das Objekt befindet, bestimmen, von welchem dieser Lichtpuls reflektiert wurde. Für eine darauffolgende Messung kann nun vorteilhafter Weise der Detektor 18 or from which of the solid angle ranges W1, W2, W3 the light pulse was received and thereby determine the direction in which the object is located, from which this light pulse was reflected. For a subsequent measurement can now advantageously the detector 18th
verschoben werden. Insbesondere wird dabei die gesamte be moved. In particular, while the entire
Anordnung der Einzelpixel 20, zum Beispiel um eine halbe Pixelbreite B wie in Fig. 2 dargestellt, in eine Richtung R verschoben. Die Pixelbreite B kann dabei als die Länge des Abstands zwischen zwei Mittelpunkten jeweils benachbarter Pixel in der Richtung R definiert sein. In dieser Pixelbreite B sind entsprechend auch zwischen den Pixeln 20 befindliche Zwischenräume berücksichtigt. Damit befindet sich nach dieser Verschiebung D nun die Pixelanordnung mit den jeweiligen Pixeln 20 an einer gegenüber der ersten Position PI Arrangement of the individual pixels 20, for example, by a half pixel width B as shown in Fig. 2, in a direction R shifted. The pixel width B can be defined as the length of the distance between two center points of respectively adjacent pixels in the direction R. In this pixel width B are also taken into account between the pixels 20 spaces. Thus, after this shift D, the pixel arrangement with the respective pixels 20 is now located at a position opposite the first position PI
verschobenen zweiten Position P2. Entsprechend ist nun auch die Zuordnung Z2 zu den jeweiligen Raumwinkelbereichen WI',shifted second position P2. Accordingly, the assignment Z2 to the respective solid angle ranges WI ',
W2 ' , W3 ' verschoben beziehungsweise geändert. Mit anderen Worten blickt nun jedes Pixel 20 in der geänderten zweiten Position P2 auf einen gegenüber den in der ersten Position PI zugeordneten Raumwinkelbereichen Ql, W2, W3 verschobenen beziehungsweise verkippten Raumwinkelbereich WI', W2 ' , W3 ' . Bei einer Verschiebung D von beispielsweise der halben W2 ', W3' shifted or changed. With others Words, each pixel 20 in the changed second position P2 now looks at a solid angle range WI ', W2', W3 'shifted or tilted relative to the solid angle ranges Q1, W2, W3 assigned in the first position PI. At a shift D of, for example, half
Pixelbreite B überlappen sich auch die zugehörigen Pixel width B also overlap the associated
Raumwinkelsegmente beziehungsweise Raumwinkelbereich W1, W1, W2, W2 ' , W3, W3 ' jeweils hälftig. Somit lassen sich die für diese beiden unterschiedlichen Positionen PI, P2 Solid angle segments or solid angle range W1, W1, W2, W2 ', W3, W3' in each case half. Thus, for these two different positions PI, P2
aufgenommenen Teilbilder mittels eines geeigneten recorded partial images by means of a suitable
Bildverarbeitungsalgorithmus zu einem höher auflösenden Image processing algorithm to a higher resolution
Gesamtbild kombinieren. Combine overall picture.
Zur Verbesserung von Störabständen können auch mehrere To improve disturbance intervals can also several
Einzelpulsmessungen miteinander verrechnet werden, um Single pulse measurements are netted with each other to
beispielsweise den Störabstand durch Mittelung zu verbessern. Bevor also entsprechende Teilbilder, die aus jeweiligen For example, to improve the signal to noise ratio by averaging. So before corresponding subpictures from each
Positionen PI, P2 aufgenommen wurden, miteinander kombiniert werden können zuvor mehrere solcher ersten Teilbilder und zweiten Teilbilder über mehrere Messungen hinweg gemittelt werden und dann entsprechend kombiniert werden. Dabei ist es bevorzugt, dass maximal 100 aufeinanderfolgende Messungen gemittelt werden, insbesondere wenn ein Messzeitfenster zwei Mikrosekunden beträgt. Im Falle kürzerer Messzeitfenster sind auch entsprechend mehr Mittelungen möglich. Positions PI, P2 were recorded, can be combined with each other before several such first fields and second fields are averaged over several measurements and then combined accordingly. It is preferred that a maximum of 100 consecutive measurements are averaged, especially if a measurement time window is two microseconds. In the case of shorter measuring time windows, correspondingly more averaging is possible.
Gemäß einer Ausführungsform können beispielsweise For example, according to one embodiment
alternierend Messungen mit dem Detektor 18 in der ersten Position PI und der zweiten Position P2 durchgeführt werden. Eine Verschiebung D der beweglichen Komponente wie hier dem Detektor 18 ist aber nicht nur in einer Richtung möglich, sondern beispielsweise auch in zwei zueinander senkrechten Richtungen. Dies kann beispielsweise im Falle eines Flash- LIDARS mit einer zweidimensionalen Detektormatrix 18 alternating measurements with the detector 18 in the first position PI and the second position P2 are performed. A displacement D of the movable component as here the detector 18 is not only possible in one direction, but for example in two mutually perpendicular directions. This can be done, for example, in the case of a flash LIDAR with a two-dimensional detector matrix 18
vorteilhaft sein. In diesem Fall wird die Auflösung allein durch die Detektormatrix 18 bereitgestellt, wobei dann entsprechend durch eine Bewegung des Detektors in zwei be beneficial. In this case, the resolution is provided solely by the detector array 18, and then in accordance with a movement of the detector in two
Raumrichtungen, die zur in Fig. 1 dargestellten ersten und zweiten Dimension Dl, D2 korrespondieren, entsprechend eine Auflösungserhöhung in diesen beiden Dimensionen Dl, D2 erfolgen kann. Die Bewegungsabfolge kann dabei im Prinzip beliebig sein, beispielsweise kann die bewegliche Komponente von einer ersten Position PI in eine zweite Position P2 und anschließend in eine dritte Position dann wiederum in die erste Position PI wieder in die zweite Position P2 und so weiter verschoben werden. Natürlich können auch mehr als nur drei Positionen vorgesehen sein. Die Verschiebung D dieser beweglichen Komponente kann also nicht nur einem solchen regelmäßigen Schema folgen, bei welchem die einzelnen Spaces corresponding to the first and in Fig. 1 shown second dimension Dl, D2 correspond, a corresponding increase in resolution in these two dimensions Dl, D2 can take place. The sequence of movements may in principle be arbitrary, for example, the movable component of a first position PI in a second position P2 and then in a third position then in turn in the first position PI again in the second position P2 and so on. Of course, more than just three positions can be provided. The shift D of this movable component can thus not only follow such a regular scheme in which the individual
Positionen in ihrer zeitlichen Abfolge vorbestimmt und festgelegt sind, sondern es kann auch ein stochastisches Schema angewandt werden. Beispielsweise kann der Detektor 18 ausgehend von der ersten Position PI in eine zufällig Positions in their temporal sequence are predetermined and fixed, but it can also be applied to a stochastic scheme. For example, the detector 18 may be randomized from the first position PI
zwischen zwei Extremwerten gewählte zweite Position P2 verschoben werden. Diese beiden Extremwerte können dabei eine minimale und eine maximale Position in Richtung R definieren. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die zweite between two extreme values selected second position P2 are moved. These two extreme values can define a minimum and a maximum position in the direction R. For example, it may be provided that the second
Position P2 um mindestens 10 Prozent der Pixelbreite B gegenüber der ersten Position PI in Richtung R verschoben ist, und maximal um die halbe Pixelbreite B. Das gleiche gilt auch für die Verschiebung D in einer zweiten Dimension. Position P2 is shifted by at least 10 percent of the pixel width B from the first position PI in the direction R, and at most by half the pixel width B. The same is true for the displacement D in a second dimension.
Die durch die Verschiebung D des Detektors 18 erzielten The achieved by the displacement D of the detector 18
Vorteile können aber in gleicher Weise durch Verschiebung D anderer beweglicher Komponenten des LIDAR-Systems 10 ebenso erreicht werden, was nun anhand von Fig. 3 und Fig. 4 However, advantages can also be achieved in the same way by shifting D of other movable components of the LIDAR system 10, which will now be described with reference to FIGS. 3 and 4
erläutert werden soll. should be explained.
Fig. 3 zeigt dabei eine schematische Querschnittsdarstellung der Detektionseinheit 14 für ein LIDAR-System 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Detektionseinheit 14 weist wiederum einen Detektor 18 auf, welcher wie zuvor beschrieben ausgebildet sein kann. Zudem weist die FIG. 3 shows a schematic cross-sectional representation of the detection unit 14 for a LIDAR system 10 according to an exemplary embodiment of the invention. The detection unit 14 in turn has a detector 18, which may be designed as described above. In addition, the
Detektionseinheit 14 eine dem Detektor 18 zugeordnete Optik 25 auf. Diese Optik 25 kann eine Sekundäroptik 28 aufweisen, die die Aufgabe hat, jeweils ein gewisses Raumwinkelsegment beziehungsweise einen Raumwinkelbereich Ql, W2, W3, WI', W2 ' , W3 ' des LIDAR-Sichtbereichs auf einen Spiegel der Matrix, das heißt ein entsprechendes Pixel 20 des Detektors 18, Detection unit 14 to the detector 18 associated optics 25. This optics 25 may have a secondary optics 28, which has the task, each a certain solid angle segment or a solid angle range Q1, W2, W3, WI ', W2', W3 'of the LIDAR viewing region to a mirror of the matrix, that is to say a corresponding pixel 20 of the detector 18,
abzubilden. Über alle Raumwinkelsegmente hinweg definiert es damit den Sichtbereich des LIDAR-Systems 10. map. It thus defines the field of view of the LIDAR system 10 over all solid angle segments.
Auch Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Also, Fig. 4 shows a schematic representation of
Detektionseinheit 14, die wie in Fig. 3 dargestellt Detection unit 14, as shown in Fig. 3
ausgebildete sein kann. Zusätzlich weist hier nun die dem Detektor 18 zugeordnete Optik 25 zusätzlich zur Sekundäroptik 28 noch eine Detektoroptik 30 auf. Diese kann beispielsweise als Mikrolinsenarray ausgebildet sein. Jedoch sind auch beliebige andere Ausbildungsmöglichkeiten für diese can be trained. In addition, the optics 25 assigned to the detector 18 now have a detector optics 30 in addition to the secondary optics 28. This can be formed for example as a microlens array. However, any other training options for these are
Detektoroptik 30 denkbar. Die Detektoroptik 30 ist dabei zwischen der Sekundäroptik 28 und dem eigentlichen Detektor 18 angeordnet und kann die Abbildung der Raumwinkelbereiche W1, W2, W3, WI', W2 ' , W3 ' auf die Einzelpixel 20 optimieren. Die Detektoroptik 30 und/oder die Sekundäroptik des Detektors kann dabei auch holografische optische Elemente aufweisen. Detector optics 30 conceivable. The detector optics 30 is arranged between the secondary optics 28 and the actual detector 18 and can optimize the imaging of the solid angle ranges W1, W2, W3, WI ', W2', W3 'to the individual pixels 20. The detector optics 30 and / or the secondary optics of the detector can also have holographic optical elements.
In Fig. 3 stellt wiederum, wie auch zu Fig. 2 beschrieben, die bewegliche Komponente des LIDAR-Systems 10 der Detektor 18 dar. Dieser kann wiederum in oder entgegen Richtung R, sowohl optional zusätzlich in eine weitere Richtung, die vorzugsweise senkrecht zur Richtung R steht, bewegt werden, was durch den Bewegungspfeil 31 veranschaulicht ist. Im In Fig. 3, in turn, as described also to Fig. 2, the movable component of the LIDAR system 10, the detector 18 is. This may turn in or opposite direction R, both optionally additionally in a further direction, preferably perpendicular to the direction R is to be moved, which is illustrated by the movement arrow 31. in the
Gegensatz dazu stellt in Fig. 4 die bewegliche Komponente des LIDAR-Systems 10 ein Teil der Optik 25 dar, insbesondere in diesem Beispiel die Detektoroptik 30. Auch diese In contrast, in Fig. 4, the movable component of the LIDAR system 10 is a part of the optical system 25, in particular in this example, the detector optics 30. These too
Detektoroptik 30 kann nun in oder entgegen der Richtung R sowie optional zusätzlich in einer zweiten Richtung, die wiederum vorzugsweise senkrecht zur Richtung R steht, bewegt werden, was auch hier durch den Bewegungspfeil 31 Detector optics 30 can now be moved in or against the direction R and optionally additionally in a second direction, which in turn is preferably perpendicular to the direction R, which is also indicated by the movement arrow 31
veranschaulicht ist. Die Bewegung der Detektoroptik 30 kann wie zur Bewegung des Detektors 18 beschrieben erfolgen. is illustrated. The movement of the detector optics 30 can be carried out as described for the movement of the detector 18.
Insbesondere kann auch die Detektoroptik 30 von einer ersten Position in eine korrespondierende zweite Position bewegt werden. Diese Bewegung kann zudem einem regulären Schema folgen oder auch wiederum einem stochastischen Schema. In particular, the detector optics 30 can also be moved from a first position to a corresponding second position. This movement can also be a regular scheme follow or in turn a stochastic scheme.
Zusätzlich erfolgt auch hier die Verschiebung der In addition, the shift of the
Detektoroptik 30 um eine Länge, die maximal so groß ist wie die Pixelbreite B, vorzugsweise um eine Länge, die der halben Pixelbreite B entspricht, und im Falle eines stochastischen Schemas um eine Länge die mindestens 10 Prozent und höchstens 50 Prozent der Pixelbreite B beträgt. Die Verschiebung des Detektors 18 gegenüber der Optik 25 sowie andererseits die Verschiebung einer Optikkomponente gegenüber dem Detektor 18 haben dabei den gleichen technischen Effekt. Wird also wie in Fig. 4 dargestellt die Detektoroptik 30 verschoben, so ändert sich auch die Zuordnung der Raumwinkelbereiche Ql, Q2, W3 zu den einzelnen Pixeln 20 des Detektors 18, wie dies bereits zu Fig. 2 beschrieben wurde. Detector optics 30 by a maximum length of the pixel width B, preferably by a length corresponding to half the pixel width B, and in the case of a stochastic scheme by a length which is at least 10 percent and at most 50 percent of the pixel width B. The displacement of the detector 18 with respect to the optical system 25 and on the other hand, the displacement of an optical component relative to the detector 18 have the same technical effect. If, as shown in FIG. 4, the detector optics 30 are displaced, the assignment of the solid angle ranges Q1, Q2, W3 to the individual pixels 20 of the detector 18 also changes, as has already been described with reference to FIG.
Fig. 5 zeigt nun eine schematische Darstellung in einem Fig. 5 now shows a schematic representation in one
Querschnitt durch die Sendeeinheit 12 für ein LIDAR-System 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Cross section through the transmitting unit 12 for a LIDAR system 10 according to an embodiment of the invention. The
Sendeeinheit 12 weist eine Emitteranordnung 22 mit mehreren in einer ein- oder zweidimensionalen Matrix angeordneten Einzelemittern 24 auf. Zusätzlich ist dieser Emitteranordnung 22 eine korrespondierende Optik 26 zugeordnet. Diese Transmitting unit 12 has an emitter arrangement 22 with a plurality of individual emitters 24 arranged in a one- or two-dimensional matrix. In addition, this emitter assembly 22 is associated with a corresponding optics 26. These
zugeordnete Optik 26 kann wiederum eine Sekundäroptik 32 umfassen, die die Aufgabe hat, die Lichtemission der associated optics 26 may in turn include a secondary optics 32, which has the task of the light emission of
Einzelemitter 24 geeignet in das Fernfeld abzubilden. Im Falle eines reinen Flash-LIDAR würde also jeder in einer zweidimensionalen Matrix angeordnete Emitter 24 in ein eigenes Raumwinkelsegment W1, W2, W3 abgebildet werden. Single emitter 24 suitable to image in the far field. In the case of a pure flash LIDAR, therefore, each emitter 24 arranged in a two-dimensional matrix would be imaged into its own solid angle segment W1, W2, W3.
Darüber hinaus zeigt Fig. 6 eine schematische In addition, Fig. 6 shows a schematic
Querschnittsdarstellung der Sendeeinheit 12, die wie in Fig. Cross-sectional view of the transmitting unit 12, which as shown in FIG.
5 dargestellt ausgebildet ist, jedoch hier zusätzlich eine Emitteroptik 34 als Teil der Optik 26, welche der 5, but here additionally an emitter optic 34 as part of the optics 26, which is the
Emitteranordnung 22 zugeordnet ist aufweist. Diese Emitter assembly 22 has associated. These
Emitteroptik 34 kann optional eine Verformung der Emitter optic 34 can optionally be a deformation of the
Emitteremission zur Anpassung an die Sekundäroptik 32 Emitter emission for adaptation to secondary optics 32
gewährleisten . Im Beispiel von Fig. 5 stellt die bewegliche Komponente des LIDAR-Systems 10 nun die Emitteranordnung 22 dar. Durch eine Verschiebung der Emitteranordnung 22, die wiederum durch den Bewegungspfeil 31 illustriert ist, erfolgt entsprechend auch eine Verschiebung beziehungsweise Verkippung der durch die einzelnen Emitter 24 beleuchteten Raumwinkelbereiche Ql, Q2, W3. Auch hierdurch lässt sich eine Auflösungserhöhung wie bei der Verschiebung des Detektors 18 erreichen. Alternativ zu einer Verschiebung der Emitteranordnung 22 kann auch eine Verschiebung eines Teils der der Emitteranordnung 22 guarantee . In the example of FIG. 5, the movable component of the LIDAR system 10 now represents the emitter arrangement 22. Displacement of the emitter arrangement 22, which in turn is illustrated by the movement arrow 31, also results in a displacement or tilting of the light emitted by the individual emitters 24 illuminated solid angle ranges Ql, Q2, W3. This also makes it possible to achieve an increase in resolution as in the displacement of the detector 18. As an alternative to a displacement of the emitter arrangement 22, a displacement of a part of the emitter arrangement 22 can also take place
zugeordneten Optik 26 erfolgen, wie dies in Fig. 6 associated optics 26 take place, as shown in Fig. 6
dargestellt ist. In diesem Beispiel wird wiederum die is shown. In this example, the
Emitteroptik 34 verschoben, was durch den Bewegungspfeil 31 illustriert ist. Auch dies wiederum bewirkt eine Verschiebung der durch die Einzelemitter 24 beleuchteten Emitter optics 34 shifted, which is illustrated by the movement arrow 31. Again, this causes a shift in the lit by the individual emitter 24
Raumwinkelbereiche W1, W2, W3, wodurch wiederum eine Solid angle ranges W1, W2, W3, which in turn one
Auflösungserhöhung wie beschrieben erreicht werden kann. Resolution increase can be achieved as described.
Zur Verschiebung dieser beschriebenen beweglichen Komponenten kann im Allgemeinen ein nicht dargestellter Aktuator To shift these described movable components can generally an unillustrated actuator
verwendet werden. Der Aktuator ist vorzugsweise dazu be used. The actuator is preferably to
ausgebildet, die bewegliche Komponente in nur eine Richtung zu bewegen, kann aber optional auch dazu ausgebildet sein, die bewegliche Komponente in zwei voneinander unabhängige Richtungen zu bewegen. Gerade in automobilen Anwendungen, in welchen üblicherweise eine hohe horizontale Auflösung is configured to move the movable component in only one direction, but may optionally also be adapted to move the movable component in two independent directions. Especially in automotive applications, where usually a high horizontal resolution
gewünscht, jedoch eine hohe vertikale Auflösung von desired, however, a high vertical resolution of
nachgelagertem Interesse ist, ist eine Auslenkungsmöglichkeit der beweglichen Komponente durch den Aktuator in nur einer Dimension beziehungsweise in nur einer Richtung vollkommen ausreichend. Generell sind jedoch auch zweidimensionale is downstream interest, a possibility of deflection of the movable component by the actuator in only one dimension or in only one direction is completely sufficient. Generally, however, are also two-dimensional
Bewegungen möglich. Die minimale Anforderung an die Amplitude der Bewegung, die durch den Aktuator umsetzbar ist, Movements possible. The minimum requirement on the amplitude of the movement, which can be implemented by the actuator,
resultiert aus der angestrebten Auflösungsverbesserung. Für eine Erhöhung zum Beispiel um den Faktor 2 würde die results from the desired resolution improvement. For an increase, for example, by a factor of 2, the
bewegliche Komponente, wie beispielsweise das Sensorarray des Detektors, um die halbe Pixelbreite B relativ zur movable component, such as the sensor array of the detector, by half the pixel width B relative to
Detektoroptik 30 verschoben werden, was sich mittels der nachgelagerten Optik 25 entsprechend in die erfassten Detector optics 30 are moved, which means the downstream optics 25 accordingly in the detected
Raumwinkelsegmente übersetzt. Bei einer typischen Breite einer PIN-Diode entlang der schmalen Kante von 500 Solid angle segments translated. At a typical width of a PIN diode along the narrow edge of 500
Mikrometern wäre eine Bewegungsamplitude von circa 250 Microns would be a movement amplitude of about 250
Mikrometern vorteilhaft, um ein Subpixel zu generieren und die Auflösung in etwa zu verdoppeln. Auch in diesem Beispiel beinhaltet die Pixelbreite bereits den optisch nicht aktiven Randbereich. Weiterhin liegt die Aktualisierungsrate der LIDAR-Daten typischerweise im Bereich zwischen 10 Hertz und 200 Hertz. Eine Auflösungserhöhung um den Faktor N in einer Dimension reduziert die Aktualisierungsrate entsprechend. Je nach Applikationsanforderung ist es vorteilhaft, wenn der Aktuator also die für die Auflösungserhöhung notwendige Microns to generate a subpixel and approximately double the resolution. Also in this example, the pixel width already includes the optically inactive border area. Furthermore, the update rate of LIDAR data is typically in the range between 10 hertz and 200 hertz. A resolution increase by a factor of N in one dimension reduces the update rate accordingly. Depending on the application request, it is advantageous if the actuator thus necessary for the resolution increase
Bewegung mit einer Frequenz im Bereich größer als 20 Hertz ausführen kann. Eine mögliche Ausbildungsform des Aktuators ist in Form eines Piezostellers , der ein piezoelektrisches Element aufweist. Can perform movement with a frequency in the range greater than 20 hertz. One possible embodiment of the actuator is in the form of a piezoelectric actuator having a piezoelectric element.
Durch die Bewegung der Emitteranordnung 22 in zumindest einer Dimension relativ zur Vorgesetzten Optik 32 wird die The movement of the emitter assembly 22 in at least one dimension relative to the V orgesetzten optics 32, the
Abstrahlung in das Fernfeld verändert, sodass sich auf diese Weise ebenfalls Subpixel definieren lassen. Ist das LIDAR- System 10 beispielsweise als Hybrid-Scanning-LIDAR Radiation into the far field changed, so that also subpixels can be defined in this way. For example, LIDAR system 10 is a hybrid scanning LIDAR
ausgebildet, bei welchem in einer Dimension ein formed, in which in one dimension
Rasterbildaufbau, in der zweiten jedoch ein Flash-Ansatz verwendet wird, so kann in Richtung der zweiten Dimension dann eine der zuvor beschriebenen Möglichkeiten zur Rasterbildaufbau, in the second, however, a flash approach is used, then in the direction of the second dimension then one of the possibilities described above
Verschiebung der beweglichen Komponente zum Einsatz kommen, um die Auflösung mittels zeitlich sequentieller Teilbilder zu erhöhen . Move the movable component are used to increase the resolution using temporally sequential fields.
Insgesamt sind damit durch die Erfindung und ihre Overall, so are by the invention and their
Ausführungsformen vielzählige Möglichkeiten bereitgestellt, um das Sichtfeld des LIDAR-Systems besonders effizient zu erfassen und auf besonders effektive Weise die Auflösung des LIDAR-Systems zu erhöhen. BEZUGSZEICHENLISTE Embodiments provided numerous possibilities to detect the field of view of the LIDAR system particularly efficiently and to increase the resolution of the LIDAR system in a particularly effective manner. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 LIDAR-System 10 LIDAR system
12 Sendeeinheit  12 transmitting unit
14 Detektionseinheit  14 detection unit
16 Steuereinrichtung  16 control device
18 Detektor  18 detector
20 Pixel  20 pixels
22 Emitteranordnung  22 emitter assembly
24 Einzelemitter  24 single emitter
25 Optik  25 optics
26 Optik  26 optics
28 Sekundäroptik  28 secondary optics
30 Detektoroptik  30 detector optics
31 Bewegungspfeil  31 movement arrow
32 Sekundäroptik  32 secondary optics
34 Emitteroptik  34 emitter optics
B Pixelbreite  B pixel width
PI Position  PI position
P2 Position  P2 position
R Richtung  R direction
D Verschiebung  D shift
Ql Raumwinkelbereich  Ql solid angle range
W2 Raumwinkelbereich  W2 solid angle range
W3 Raumwinkelbereich  W3 solid angle range
W1 ' Raumwinkelbereich  W1 'solid angle range
W2 ' Raumwinkelbereich  W2 'solid angle range
W3 ' Raumwinkelbereich  W3 'solid angle range

Claims

Patentansprüche claims
1. LIDAR-System (10) zur Umfelderfassung, 1. LIDAR system (10) for environment detection,
— wobei das Lidar-System (10) dazu ausgebildet ist, zur Erfassung des Umfelds wiederholt Messungen  - The lidar system (10) is adapted to measure the environment repeatedly measurements
durchzuführen,  perform,
— wobei das Lidar-System (10) eine Sendeeinheit (12) aufweist, die dazu ausgelegt ist, für die  - wherein the lidar system (10) has a transmitting unit (12), which is designed for the
Durchführung einer Messung mindestens einen  Performing a measurement at least one
Lichtstrahl auszusenden,  To emit light beam,
— wobei das Lidar-System (10) eine Detektionseinheit (14) aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen bei einer Messung reflektierten Stahlanteil zu erfassen, - wherein the lidar system (10) has a detection unit (14) which is designed to detect a steel portion reflected during a measurement,
— wobei das Lidar-System (10) eine Steuereinrichtung- The lidar system (10) a control device
(16) aufweist, die dazu ausgelegt ist, im Falle dass zumindest ein reflektierter Strahlanteil erfasst wird, dem erfassten Strahlanteil auf Basis einer vorbestimmten Zuordnung (ZI) einen Raumwinkelbereich (Ql, W2, W3) zuzuordnen, aus welchem der Strahlanteil stammt, (16) which is designed, in the event that at least one reflected beam component is detected, to associate the detected beam component with a spatial angle range (Q1, W2, W3) on the basis of a predetermined assignment (ZI) from which the beam component originates,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Lidar-System (10) mindestens eine bewegliche  the lidar system (10) at least one movable
Komponente (18, 22, 28, 20, 32, 34) aufweist und einen Aktuator, der dazu ausgelegt ist, die Komponente (18, 22, 28, 20, 32, 34) von einer ersten Position (PI) in  Component (18, 22, 28, 20, 32, 34) and an actuator adapted to move the component (18, 22, 28, 20, 32, 34) from a first position (PI) in FIG
mindestens eine von der ersten Position (PI)  at least one from the first position (PI)
verschiedenen zweite Position (P2) zu bewegen, wobei, wenn sich die Komponente (18, 22, 28, 20, 32, 34) in der zweiten Position (P2) befindet, die Zuordnung (Z2) in vorbestimmter Weise verändert ist.  different second position (P2) to move, wherein, when the component (18, 22, 28, 20, 32, 34) is in the second position (P2), the assignment (Z2) is changed in a predetermined manner.
2. LIDAR-System (10) nach Anspruch 5, 2. LIDAR system (10) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Lidar-System (10) dazu ausgebildet ist, eine erste Messung durchzuführen, bei welcher sich die bewegliche Komponente (18, 22, 28, 20, 32, 34) in der ersten  the lidar system (10) is adapted to perform a first measurement in which the movable component (18, 22, 28, 20, 32, 34) in the first
Position (PI) befindet und mindestens eine zweite Messung durchzuführen, bei welcher sich die bewegliche Komponente (18, 22, 28, 20, 32, 34) in der zweiten Position (P2) befindet, wobei die Steuereinrichtung (16) dazu ausgelegt ist, die erste Messung und die mindestens eine zweite Messung zu kombinieren und auf Basis der Kombination ein ortsaufgelöstes Messergebnis bereitzustellen, welches eine Auflösung aufweist, die höher ist als ein auf Basis nur der ersten oder nur der zweiten Messung Position (PI) and perform at least a second measurement in which the movable component (18, 22, 28, 20, 32, 34) is in the second position (P2), wherein the control means (16) is arranged to combine the first measurement and the at least one second measurement and a spatially resolved one based on the combination Provide measurement result, which has a resolution that is higher than one based on only the first or only the second measurement
bereitgestelltes ortsaufgelöstes Messergebnis.  provided spatially resolved measurement result.
3. LIDAR-System (10) nach Anspruch 1, 3. LIDAR system (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Komponente (18, 28, 30, 32, 34) einen Teil der  the component (18, 28, 30, 32, 34) forms part of
Detektionseinheit (14) darstellt.  Detection unit (14) represents.
4. LIDAR-System (10) nach einem der vorhergehenden 4. LIDAR system (10) according to one of the preceding
Ansprüche,  Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Detektionseinheit (14) einen Detektor (18) mit mehreren Pixeln (20) aufweist, wobei der Detektor (18) die bewegliche Komponente (18) darstellt.  the detection unit (14) has a detector (18) with a plurality of pixels (20), the detector (18) representing the movable component (18).
5. LIDAR-System (10) nach Anspruch 3, 5. LIDAR system (10) according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass,  characterized in that
wenn sich der Detektor (18) in der ersten Position (PI) befindet, jedem der Pixel (20) ein jeweiliger  when the detector (18) is in the first position (PI), each of the pixels (20) is a respective one
vorbestimmter erster Raumwinkelbereich (Ql, Q2, W3) zugeordnet ist, wobei, wenn sich der Detektor (18) in der zweiten Position (P2) befindet, jedem der Pixel (20) ein jeweiliger zweiter Raumwinkelbereich (Ql ' , W2 ' , W3 ' ) zugeordnet ist, wobei sich ein jeweiliger zweiter  predetermined first solid angle range (Q1, Q2, W3), wherein, when the detector (18) is in the second position (P2), each of the pixels (20) has a respective second solid angle range (Q1 ', W2', W3 '). ), wherein a respective second
Raumwinkelbereich (W1 ' , W2 ' , W3 ' ) zumindest zum Teil von einem jeweiligen ersten Raumwinkelbereich (W1, W2, W3) unterscheidet, und vorzugweise mit einem jeweiligen ersten Raumwinkelbereich (W1, W2, W3) überlappt.  Solid angle range (W1 ', W2', W3 ') at least partially different from a respective first solid angle range (W1, W2, W3), and preferably with a respective first solid angle range (W1, W2, W3) overlaps.
6. LIDAR-System (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, 6. LIDAR system (10) according to one of claims 4 or 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel (20) des Detektors (18) in zumindest einer ersten Richtung (R) in einer Reihe angeordnet sind, wobei ein jeweiliges Pixel (20) in der ersten Richtung (R) eine Breite (B) aufweist, wobei der Detektor (18) in der zweiten Position (P2) gegenüber der ersten Position (PI) in der ersten Richtung (R) um weniger als eine Breite (B) eines Pixels (20) verschoben ist. characterized in that the pixels (20) of the detector (18) are arranged in a row in at least a first direction (R), a respective pixel (20) having a width (B) in the first direction (R), the detector (18 ) in the second position (P2) is shifted from the first position (PI) in the first direction (R) by less than a width (B) of a pixel (20).
7. LIDAR-System (10) nach Anspruch 6, 7. LIDAR system (10) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Detektor (18) in der zweiten Position (P2) gegenüber der ersten Position (PI) um die Hälfte der Breite (B) des Pixels (20) in der Reihe verschoben ist.  the detector (18) in the second position (P2) is shifted from the first position (PI) by half the width (B) of the pixel (20) in the row.
8. LIDAR-System (10) nach Anspruch 4 oder 5, 8. LIDAR system (10) according to claim 4 or 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Pixel (20) des Detektors (18) in zumindest einer ersten Richtung (R) in einer Reihe angeordnet sind, wobei ein jeweiliges Pixel (20) in der ersten Richtung (R) eine Breite und in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung (R) verläuft, eine Länge und in einer zwischen der ersten Richtung (R) und zweiten Richtung verlaufenden dritten Richtung eine Diagonale aufweist, und wobei der Detektor (18) in der zweiten Position (P2) gegenüber der ersten Position (PI) in der dritten  the pixels (20) of the detector (18) are arranged in a row in at least a first direction (R), wherein a respective pixel (20) has a width in the first direction (R) and a second direction perpendicular to the first direction (R) Direction (R), has a length and a diagonal in a third direction extending between the first direction (R) and second direction, and wherein the detector (18) in the second position (P2) with respect to the first position (PI) in the third
Richtung verschoben ist, insbesondere um weniger als eine Länge der Diagonalen eines Pixels (20) .  Direction is shifted, in particular by less than a length of the diagonal of a pixel (20).
9. LIDAR-System (10) nach einem der vorhergehenden 9. LIDAR system (10) according to one of the preceding
Ansprüche,  Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Aktuator dazu ausgelegt ist, die bewegliche  the actuator is designed to be the moving one
Komponente (18, 22, 28, 30, 32, 34) von der ersten  Component (18, 22, 28, 30, 32, 34) of the first
Position (PI) in die zweite Position (P2) in einer ersten Richtung (R) zu bewegen, und von der ersten Position (PI) in eine dritte Position in einer zweiten von der ersten Richtung (R) verschiedenen Richtung zu verschieben, insbesondere wobei die zweite Richtung zur ersten To move position (PI) to the second position (P2) in a first direction (R), and to move from the first position (PI) to a third position in a second direction different from the first direction (R), in particular, wherein the second direction to the first
Richtung (R) senkrecht ist.  Direction (R) is vertical.
10. LIDAR-System (10) nach einem der vorhergehenden 10. LIDAR system (10) according to one of the preceding
Ansprüche,  Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Steuereinrichtung (16) dazu ausgelegt ist, zumindest die zweite Position (P2) zwischen einer Minimalposition und einer Maximalposition zufällig zu wählen und den Aktuator zum Einstellen der zweiten Position (P2) anzusteuern .  the control device (16) is designed to randomly select at least the second position (P2) between a minimum position and a maximum position and to control the actuator for setting the second position (P2).
11. LIDAR-System (10) nach einem der vorhergehenden 11. LIDAR system (10) according to one of the preceding
Ansprüche,  Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Detektionseinheit (14) mindestens ein erstes  the detection unit (14) at least a first
optisches Element (28, 30) aufweist, welches die  optical element (28, 30), which the
bewegliche Komponente (28, 30) darstellt.  movable component (28, 30) represents.
12. LIDAR-System (10) nach einem der vorhergehenden 12. LIDAR system (10) according to one of the preceding
Ansprüche,  Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Komponente (22, 32, 34) einen Teil der Sendeeinheit (12) darstellt.  the component (22, 32, 34) constitutes a part of the transmitting unit (12).
13. LIDAR-System (10) nach Anspruch 5, 13. LIDAR system (10) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Sendeeinheit (12) eine Emitteranordnung (22)  the transmitting unit (12) has an emitter arrangement (22)
aufweist, die mehrere Emittereinheiten (24) aufweist, die in zumindest einer Reihe angeordnet sind, wobei die  comprising a plurality of emitter units (24) arranged in at least one row, wherein the
Emitteranordnung (22) die bewegliche Komponente (22) darstellt .  Emitter assembly (22), the movable component (22).
14. LIDAR-System (10) nach einem der vorhergehenden 14. LIDAR system (10) according to one of the preceding
Ansprüche,  Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
einer jeweiligen Emittereinheit (24) in der ersten  a respective emitter unit (24) in the first
Position (PI) der Emitteranordnung (22) ein jeweiliger dritter Raumwinkelbereich zugeordnet ist, der durch die jeweilige Emittereinheit (24) beleuchtbar ist, wobei einer jeweiligen Emittereinheit (24) in der zweiten Position (PI) of the emitter assembly (22) a respective one associated with the third solid angle range, which is illuminated by the respective emitter unit (24), wherein a respective emitter unit (24) in the second
Position (P2) der Emitteranordnung (22) ein jeweiliger von den jeweiligen dritten Raumwinkelbereichen zumindest zum Teil verschiedener vierter Raumwinkelbereich  Position (P2) of the emitter assembly (22) a respective of the respective third solid angle ranges at least partially different fourth solid angle range
zugeordnet ist.  assigned.
15. LIDAR-System (10) nach einem der vorhergehenden 15. LIDAR system (10) according to one of the preceding
Ansprüche,  Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Sendeeinheit (12) mindestens ein zweites optisches Element (32, 34) aufweist, welches die bewegliche  the transmitting unit (12) has at least one second optical element (32, 34) which controls the movable one
Komponente (32, 34) darstellt.  Component (32, 34) represents.
16. Verfahren zum Betreiben eines LIDAR-Systems (10), welches zur Umfelderfassung wiederholt Messungen durchführt, welchen jeweils mindestens ein Lichtstrahl vom Lidar- System (10) ausgesandt wird und im Falle, dass während einer Messung zumindest ein reflektierter Stahlanteil erfasst wird, dem erfassten Strahlanteil auf Basis einer vorbestimmten Zuordnung (ZI) ein Raumwinkelbereich (Ql, W2, W3) zugeordnet wird, aus welchem der Strahlanteil stammt, 16. A method for operating a LIDAR system (10), which performs repeated measurements for environment detection, which in each case at least one light beam from the lidar system (10) is emitted and in the event that during a measurement at least one reflected steel component is detected, the detected beam component based on a predetermined assignment (ZI) is assigned a solid angle range (Ql, W2, W3), from which the beam component comes from,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
mindestens eine bewegliche Komponente (18, 22, 28, 30, at least one movable component (18, 22, 28, 30,
32, 34) des Lidar-Systems (10) von einer ersten Position (PI) in mindestens eine von der ersten Position (PI) verschiedenen zweite Position (P2) bewegt wird, in welcher die Zuordnung (Z2) in vorbestimmter Weise 32, 34) of the lidar system (10) is moved from a first position (PI) to at least one second position (P2) different from the first position (PI), in which the assignment (Z2) is predetermined
verändert ist.  is changed.
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