WO2020244950A1 - Lidar-vorrichtung - Google Patents

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WO2020244950A1
WO2020244950A1 PCT/EP2020/064403 EP2020064403W WO2020244950A1 WO 2020244950 A1 WO2020244950 A1 WO 2020244950A1 EP 2020064403 W EP2020064403 W EP 2020064403W WO 2020244950 A1 WO2020244950 A1 WO 2020244950A1
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lidar device
housing
lidar
glass
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PCT/EP2020/064403
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Jan Sparbert
Matthias Baier
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a lidar device.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a lidar device.
  • Lidar sensors will establish themselves in the implementation of highly automated driving functions on motorways and in urban environments over the next few years.
  • An essential property of these sensors is that the expected performance can only be achieved if the optical exit window to the environment is essentially free of contamination and / or obscurations.
  • the masked exit lens can be made of glass. Glass withstands the requirements for scratch resistance and fatigue strength when wiping.
  • the wiped area is made of transparent plastics (e.g. polycarbonate (PC), Macrolon, polymethyl methacrylate (PMMA), etc.). However, these do not meet the requirements for scratch resistance and fatigue strength during wiping by far.
  • DE 10 2016 123 637 A1 discloses a device for defrosting and / or defrosting a radar device and / or a camera device and / or a headlight of a vehicle, the device being provided with at least one heating element for heating compressed air and / or at least one compressed air duct .
  • DE 10 2012 015 260 A1 describes a device for defrosting and / or defrosting a radar device of a vehicle.
  • heating devices for transparent surface elements are known.
  • DE 10 2012 017 264 A1 discloses a windshield that is provided with an anti-fog coating, with a heating layer being provided in the inner area of the protective glass in one variant.
  • lidar protective glass also referred to as front cover or cover glass
  • a biaxial lidar scanner is disclosed there, the protective glass of which is partially heated.
  • the transmission window is not heated, whereas the reception window can be heated.
  • Optoelectronic 3D scanners are known in different variants.
  • OPA Optical Phase Array
  • Flash-LIDAR Flash-LIDAR
  • the invention provides a lidar device, comprising:
  • a substantially flat first optical element made of glass and arranged in a side wall of the housing.
  • a lidar device is provided, the outwardly directed optical window (exit window) of which, due to the fact that it is essentially flat and made of glass, works very well with a conventional cleaning device, for example in the form of a wiper element and a spray device can be cleaned.
  • the glass material of the first optical element advantageously withstands mechanical loads very well, so that a high frequency or frequency of cleaning processes is supported as a result.
  • the object is achieved with a method for producing a lidar device, comprising the steps:
  • Preferred embodiments of the lidar device are the subject of the dependent claims.
  • the lidar device has a defined small external curvature.
  • the first optical element can advantageously be wiped very easily due to the defined small external curvature.
  • lidar device is characterized in that it also has a sealing element between the first optical element and the housing. In this way, a good seal between the housing and the first optical element is supported. Furthermore, a good fit of the first optical element in the housing and easy exchangeability of the first optical element are thereby supported.
  • the sealing element is fixed in a groove of the first optical element. As a result, the seat and the fixation of the first optical element in the housing are improved even further, which is not possible with conventional lidar devices with a thin optical element.
  • the sealing element is designed as a rubber lip. This advantageously enables a simple and proven technical implementation of the sealing element.
  • lidar device Another advantageous development of the lidar device is characterized in that a heating device is arranged within the first optical element. This supports a further cleaning or dewatering or defrosting or defrosting of the first optical element, whereby the first optical element can advantageously be kept dry essentially permanently.
  • the lidar device is characterized in that the first optical element is designed to be flush with the sealing element or protruding slightly over the sealing element in a defined manner. This enables a stripping process with which cleaning liquid can be effectively stripped from the edge of the first optical element. Furthermore, this also supports a change in an inclination angle of the wiper blade that is easy to carry out in the course of a wiping cycle.
  • lidar device Another advantageous embodiment of the lidar device is characterized in that the lidar device also has a second optical element which is arranged in the interior of the housing and is designed to be rotatable relative to the first optical element.
  • a technical concept of the so-called “variable prism” is made possible, with which an efficient lidar sensor device can be realized.
  • a ratio of radii of curvature of the first optical element to the second optical element is approximately 2: 1 to approximately 5: 1.
  • Disclosed device features result analogously from corresponding disclosed method features and vice versa. This means in particular that features, technical advantages and designs relating to the lidar device result in an analogous manner from corresponding designs, features and advantages of the method for producing a lidar device, and vice versa.
  • Fig. 1 shows a basic representation of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows a basic illustration of a further embodiment of a proposed lidar device
  • FIG. 3 shows a basic illustration of a detail of the embodiment of the proposed lidar device from FIG. 2;
  • Fig. 4 is a flow chart of a proposed method for
  • a core idea of the present invention consists in particular in providing an improved lidar device, in particular with regard to a cleaning aspect.
  • a synthetic plastic e.g. B. in the form of polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA, "acrylic glass", “plexiglass”).
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • An efficiency of the lidar device can be significantly reduced in this way.
  • FIG. 1 shows a plan view of an embodiment of the proposed lidar device 100.
  • a housing 10 can be seen in which a first optical element 20 is arranged as an exit window in a side wall, and thus directed outwards.
  • the first optical element 20 is made of a scratch-resistant and durable glass material and is designed to be essentially flat or defined slightly curved towards the outside.
  • a wiping and washing device 32, 31 can advantageously be designed simply for these geometries of the first optical element 20.
  • Fig. 1 shows the variant with a flat first optical element 20.
  • the connection between the housing 10 and the first optical ele element 20 is preferably implemented by means of a sealing element 50, the first optical element 20 in relation to the sealing element 50 formed in this way is that it is formed largely flush with this element or slightly protruding over the sealing element 50.
  • Fig. 1 shows the variant with a first optical element 20 which protrudes slightly over the sealing element 50.
  • the sealing element 50 supports the exchangeability of the first optical element 20, where the lidar device 100 e.g. can be repaired inexpensively.
  • the first optical element 20 Due to the flatness of the first optical element 20 and its formation from glass, it can advantageously e.g. can be cleaned efficiently and easily with a conventional cleaning device of a motor vehicle.
  • a cleaning device 30 for cleaning the first optical element 20 can be seen for this purpose.
  • the cleaning device 30 has at least one wiper device 32 (for example a wiper blade) and a washing device 31 (For example a spray nozzle with an assigned washing liquid container, not shown), with which washing or cleaning liquid is sprayed onto the first optical element 10 and wiped off the first optical element 20 by means of the wiping device 32. Due to the slight protrusion of the first optical element 20 over the sealing element 50, the washing liquid can be completely wiped off the first optical element 20 when wiping it.
  • a heating device 33 in the form of heating wire 3 can optionally be provided within the first optical element 20, with which the first optical element 20 can be heated and freed from moisture or ice in this way.
  • the heating device 33 arranged inside the first optical element 20 can e.g. be designed as an electrically controllable resistance heater. This is activated in order to evaporate the moisture coating or the ice on the outside of the first optical element 20 by thermal energy and thus to keep the first optical element 20 for the lidar device 100 largely transparent. A usability or efficiency of the lidar device 100 can be significantly improved in this way.
  • control device that detects moisture and / or dirt on the outside of the first optical element 20 and thereby controls the cleaning device 30 accordingly.
  • the glass material of the first optical element 20 is very stable against high temperatures, high temperature changes and mechanical stresses due to temperature differences.
  • glass has a high coefficient of thermal conductivity. Due to the high thermal conductivity, the heating wires of the heating device can be made relatively thin. Thick heating strips or surface coatings are therefore not required. Due to the high resistance to temperatures and the resulting mechanical stresses, the heating wires of the heating device 33 can be operated very hot, the gaps between the individual heating wires can be large and the heating wires can be inserted into the glass of the first optical element 20 just below the glass surface. This in turn increases the effectiveness the heating power or improves the optical properties, for example by less shadowing of the optical path due to the heating wires.
  • the first optical element 20 is fixed in the housing 10, preferably with the aid of a sealing element 50.
  • the sealing element 50 is attached to the side of the optical glass 10, for example in the form of a rubber lip in a groove (not shown) of the first optical element 20 can be fixed. This advantageously allows dirt and / or washing liquid and / or rainwater to be wiped off laterally over the surface of the first optical element 20 by means of the wiping device 32, from where it can subsequently be specifically derived.
  • the wiper device 32 allows the wiper device 32 to wipe past the first optical element 20 and in this way a requested reversal point for the support direction of the wiper lip is achieved, which can advantageously increase the service life of the wiper lip.
  • it allows high-quality optics when installing the lidar device 100 in a body of a vehicle (not shown), because this allows a uniform and high-quality surface to be seen, housing parts of the lidar device 100 thus being set back and thus advantageously not visible .
  • An improved integration of the Li dar device 100 in a vehicle surface is thereby advantageously supported.
  • Fig. 2 shows a plan view of a further embodiment of a lidar device 100 in the form of a lidar sensor for a motor vehicle.
  • a second optical element 40 is provided, which is designed to be rotatable in relation to the first optical element 20 in the direction of the arrow and in this way beams from a radiation source 60 (e.g. laser) in two beam paths 61 , 62 leads externally into the surrounding area.
  • a radiation source 60 e.g. laser
  • the radiation source 60 can be active, whereas when the rounded surface of the second optical element 40 faces the radiation source 60, it can be switched off .
  • a time-of-flight system is implemented with a light transmitter and a receiver (not shown), via which a beam deflects into the environment via the two-part variable prism 20, 40, which is reflected on objects and again on the same path is led back to the recipient.
  • a rotation of the second optical element 40 leads to a change in the deflection of the internal beam path 61 into an external beam path 62, which is directed into the environment.
  • the first optical element 20 is made of glass, it is advantageous to support a high number of wiping processes or cycles for the first optical element 20, which is about 100 times larger than conventional plastic material and e.g. can be several million wipe cycles.
  • the material of the first optical element 20 is robust against mechanical damage, aging, chemicals, UV radiation, sandblasting, etc., with glass essentially meeting all known requirements.
  • the glass can withstand washing chemicals of the washing device 31 and the mechanical loads on the wiping device 32 sufficiently for a long operating time.
  • the first optical element 20 can also be designed or dimensioned as a glass body in such a way that, in the event of damage, e.g. does not break completely and / or generates sharp-edged splinters due to falling rocks and / or an accident.
  • this does not bring about any undesired opening of the lidar device 100.
  • Fig. 3 indicates that a ratio of a radius of curvature R1 of the first optical element's 40 to a radius of curvature R2 of the second optical egg ments 10 R1: R2 can preferably be between about 2: 1 to about 5: 1.
  • the radius of curvature R1 of the first optical element 20 can be adapted to an aesthetic design and can typically be approximately 10 cm to approximately 50 cm.
  • the wiping device 32 Due to the design of the outer surface of the first optical element 20, it can be wiped and washed very well by means of the wiping device 32, which supports an optimal cleaning effect for the first optical element 20.
  • the cleaning device 30 can also be provided for the cleaning device 30. It can be provided, for example, that the washing liquid is arranged within a vertically closed chamber. The vertically closed chamber is moved over the first optical element 20 to be cleaned, which advantageously increases the duration of the action of the washing liquid and at the same time can greatly reduce the consumption of the washing liquid.
  • a detection device can additionally be provided which, on the outside of the first optical element 20, has a covering, e.g. in the form of moisture, ice, etc. can detect and which is functionally connected to a control device which is provided for the electrical control of the cleaning device 30. In this way, the cleaning device 30 is only activated when a deposit is detected on the first optical element 20 by the detection device.
  • FIG. 4 shows a basic sequence of an embodiment of the proposed method for producing a lidar device 100.
  • a housing 10 is provided.
  • a substantially flat first optical element 20, arranged in the housing 10 and made of glass, is provided.
  • the invention has been explained in connection with an optoelectronic 3D scanner in the form of a lidar sensor for a motor vehicle, it is also conceivable to design the proposed lidar device 100 as an optical camera (for example in the form of a line scan camera), an optical industrial application in an unclean environment, a robot application, an application for building monitoring, etc.
  • an optical camera for example in the form of a line scan camera
  • an optical industrial application in an unclean environment for example in the form of a robot application, an application for building monitoring, etc.

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Abstract

Lidar-Vorrichtung (100), aufweisend: - ein Gehäuse (10); und - ein in einer Seitenwand des Gehäuses (10) angeordnetes, im Wesentlichen flaches und aus Glas ausgebildetes erstes optisches Element (20).

Description

Beschreibung
Titel
Lidar-Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Lidar-Vorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Lidar-Vorrichtung.
Stand der Technik
Lidar-Sensoren werden sich in den nächsten Jahren bei der Realisierung von hochautomatisierten Fahrfunktion auf Autobahnen und im urbanen Umfeld etablieren. Eine wesentliche Eigenschaft dieser Sensoren ist, dass die erwartete Performance nur dann erreicht werden kann, wenn das optische Austrittsfenster zur Umwelt im Wesentlichen frei von Verunreinigungen und/oder Verdeckungen ist.
Die Erkennung von Verunreinigungen und/oder Verdeckungen ist heute für viele Sensoren prinzipiell bekannt und wird teilweise umgesetzt. Für Lidar-Sensoren zeigen verfügbare Lösungen allerdings markante Schwächen. Üblich sind zum Beispiel Spritzdüsen, mit denen versucht wird, Verschmutzungen mit hohem Druck zu entfernen, wobei eine Reinigungswirkung nicht immer zuverlässig und zudem der Wasserverbrauch sehr hoch ist.
Für kleine optische Sensoren, wie z.B. Kameras kann die überwischte Austritts linse aus Glas bestehen. Glas hält den Anforderungen an Kratzfestigkeit und Dauerfestigkeit bei Wischbetrieb stand. Für große optische Systeme, wie Scheinwerfer und Lidar-Sensoren wird der überwischte Bereich aus transpar enten Kunststoffen (z.B. Polycarbonat (PC), Macrolon, Polymethylmethacrylat (PMMA), usw.) gefertigt. Diese entsprechen allerdings Anforderungen an die Kratzfestigkeit und Dauerfestigkeit beim Wischbetrieb bei weitem nicht. DE 10 2016 123 637 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Enttauung und/oder Enteisung einer Radarvorrichtung und/oder einer Kameravorrichtung und/oder eines Scheinwer fers eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung mit zumindest einem Heizelement zum Erwärmen von Pressluft und/oder zumindest einem Pressluftleitkanal versehen ist.
DE 10 2015 210 465 A1 offenbart ein verbessertes Radargehäuse in einem Fahrzeug.
DE 10 2012 015 260 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Enttauung und/oder Ent eisung einer Radarvorrichtung eines Fahrzeugs.
Im Stand der Technik sind Heizungseinrichtungen für transparente Flächenele mente bekannt. Beispielsweise offenbart DE 10 2012 017 264 A1 eine Wind schutzscheibe, die mit einer Antibeschlagsbeschichtung versehen ist, wobei bei einer Variante eine Heizschicht im inneren Bereich des Schutzglases vorgesehen ist.
Ferner ist eine Beheizung eines Lidar-Schutzglases (auch als Front Cover oder Cover Glass bezeichnet) z.B. aus DE 10 2011 122 345 A1 bekannt. Dort ist ein biaxialer Lidar-Scanner offenbart, dessen Schutzglas partiell beheizt ist. Dabei wird das Sendefenster nicht beheizt, wohingegen das Empfangsfenster beheizt werden kann.
Optoelektronische 3D-Scanner sind in unterschiedlichen Varianten bekannt.
Hierunter versteht man rotierende Makroscanner, MEMS-basierende Scanner,
OPA (engl. Optical Phase Array)-Ll DAR, Flash-LIDAR. Allen genannten System en ist gemeinsam, dass sie ausgesendetes Laserlicht sammeln. Dabei gibt es optische Systeme, die aus einer oder aus mehreren Linsen bestehen. Alle haben sie gemeinsam, dass sie einen langen optischen Empfangspfad bzw. eine große Anzahl von Linsen aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lidar- Vorrichtung bereit zu stellen. Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine Lidar-Vorrichtung, aufweisend:
ein Gehäuse; und
ein in einer Seitenwand des Gehäuses angeordnetes, im Wesentlichen flaches und aus Glas ausgebildetes erstes optisches Element.
Auf diese Weise wird eine Lidar-Vorrichtung bereitgestellt, deren nach außen gerichtetes optisches Fenster (Austrittsfenster) aufgrund der Tatsache, dass es im Wesentlichen flach und aus Glas ausgebildet ist, mit einer herkömmlichen Reinigungsvorrichtung, zum Beispiel in Form eines Wischerelements und einer Spritzeinrichtung sehr gut reinigen lässt. Vorteilhaft hält das Glasmaterial des ersten optischen Elements mechanischen Belastungen sehr gut stand, sodass dadurch eine hohe Frequenz bzw. Häufigkeit von Reinigungsvorgängen unter stützt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer Lidar-Vorrichtung, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen ein Gehäuses; und
Bereitstellen eines im Gehäuse angeordneten, aus Glas ausgebildeten, im Wesentlichen flachen ersten optischen Elements.
Bevorzugte Ausführungsformen der Lidar-Vorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element eine definiert geringe Außenkrümmung auf weist. Auch durch die definiert geringe Außenkrümmung ist eine Wischbarkeit des ersten optischen Elements vorteilhaft sehr gut möglich.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung ist dadurch gekenn zeichnet, dass sie ferner ein Dichtungselement zwischen dem ersten optischen Element und dem Gehäuse aufweist. Auf diese Weise ist eine gute Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem ersten optischen Element unterstützt. Ferner sind dadurch ein guter Sitz des ersten optischen Elements im Gehäuse und eine leichte Austauschbarkeit des ersten optischen Elements unterstützt. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung sieht vor, dass das Dichtungselement in einer Nut des ersten optischen Elements fixiert ist. Dadurch wird der Sitz die Fixierung des ersten optischen Elements im Gehäuse noch weiter verbessert, was bei herkömmlichen Lidar-Vorrichtung mit einem dünnen optischen Element nicht möglich ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung sieht vor, dass das Dichtungselement als eine Gummilippe ausgebildet ist. Vorteilhaft ist dadurch eine einfache und bewährte technische Umsetzung des Dichtungselements ermöglicht.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung ist dadurch gekenn zeichnet, dass innerhalb des ersten optischen Elements eine Heizeinrichtung an geordnet ist. Dadurch ist eine weitere Reinigung bzw. Entwässerung bzw. Entei sung bzw. Enttauung des ersten optischen Elements unterstützt, wodurch das erste optische Element vorteilhaft im Wesentlichen dauerhaft trocken gehalten werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Lidar-Vorrichtung zeichnet sich da durch aus, dass das erste optische Element mit dem Dichtungselement bündig oder über das Dichtungselement definiert gering überstehend ausgebildet ist. Da durch ist ein Abstreifprozess ermöglicht, mit dem Reinigungsflüssigkeit effektiv von der Kante des ersten optischen Elements abgestreift werden kann. Ferner ist dadurch auch ein einfach durchzuführender Wechsel eines Neigewinkels des Wischblatts im Verlauf eines Wischzyklus unterstützt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Lidar-Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lidar-Vorrichtung ferner ein zweites optisches Element aufweist, welches im Inneren des Gehäuses angeordnet und gegenüber dem ersten optischen Element rotierbar ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ein technisches Konzept des sogenannten„variablen Prismas“ ermöglicht, mit dem eine effiziente Lidar-Sensorvorrichtung realisierbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Lidar-Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Verhältnis von Krümmungsradien des ersten optischen Elements zum zweiten optischen Element ca. 2:1 bis ca. 5:1 beträgt. Vorteilhaft werden auf diese Weise effektive Krümmungsradien in Kombination mit geeig neten Außenabmessungen der Lidar-Vorrichtung ermöglicht, die eine leichte Verbauung der Lidar-Vorrichtung in Kraftfahrzeugen ermöglicht.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Bau elemente haben dabei gleiche Bezugszeichen. Die Figuren sind insbesondere dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu ausgeführt.
Offenbarte Vorrichtungsmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Verfahrensmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend die Lidar- Vorrichtung in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen des Verfahrens zur Herstellung einer Lidar-Vorrichtung ergeben und umgekehrt.
In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Ausführungsform einer
vorgeschlagenen Lidar-Vorrichtung;
Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer vorgeschlagenen Lidar-Vorrichtung; und
Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung eines Details der Ausführungsform der vorgeschlagenen Lidar-Vorrichtung von Fig. 2; und
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines vorgeschlagenen Verfahrens zum
Herstellen einer Lidar-Vorrichtung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, eine verbesserte Lidar-Vorrichtung, insbesondere betreffend einen Reinigungsaspekt bereit zu stellen. Für herkömmliche Lidar-Vorrichtungen wird als optisches Element in der Regel ein synthetischer Kunststoff, z. B. in Form von Polycarbonat (PC) oder Poly- methylmethacrylat (PMMA,„Acrylglas“,„Plexiglas“) verwendet. Diese Materialien weisen betreffend Reinigungsvorgänge einige Nachteile auf, insbesondere sind sie weder mechanisch noch chemisch hoch belastbar und verlieren dadurch mit der Zeit aufgrund von häufigen Reinigungsvorgängen ihre hohe optische Quali tät. Eine Effizienz der Lidar-Vorrichtung kann auf diese Weise bedeutsam ver mindert sein.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der vorgeschlagenen Lidar- Vorrichtung 100. Man erkennt ein Gehäuse 10, in welchem in einer Seitenwand, und damit nach außen gerichtet, ein erstes optisches Element 20 als ein Aus trittsfenster angeordnet ist. Das erste optische Element 20 ist aus einem kratz- und dauerfesten Glasmaterial gefertigt und nach außen hin im Wesentlichen flach oder definiert gering gekrümmt ausgebildet. Für diese Geometrien des ersten optischen Elements 20 lassen sich eine Wisch- und Wascheinrichtung 32, 31 vorteilhaft einfach auslegen.
Fig. 1 zeigt die Variante mit einem flach ausgebildeten ersten optischen Element 20. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse 10 und dem ersten optischen Ele ment 20 ist vorzugsweise mittels eines Dichtungselements 50 realisiert, wobei das erste optische Element 20 in Relation zum Dichtungselement 50 derart aus gebildet ist, dass es mit diesem weitgehend bündig oder über das Dichtungsele ment 50 leicht überstehend ausgebildet ist. Fig. 1 zeigt die Variante mit einem über das Dichtungselement 50 geringfügig überstehend ausgebildeten ersten optischen Element 20. Durch das Dichtungselement 50 ist eine einfach durch zuführende Austauschbarkeit des ersten optischen Elements 20 unterstützt, wo durch die Lidar-Vorrichtung 100 z.B. kostengünstig reparierbar ist.
Aufgrund der Flachheit des ersten optischen Elements 20 und dessen Ausbil dung aus Glas kann es vorteilhaft z.B. mit einer herkömmlichen Reinigungsvor richtung eines Kraftfahrzeugs effizient und einfach gereinigt werden.
Man erkennt zu diesem Zweck eine Reinigungsvorrichtung 30 zum Reinigen des ersten optischen Elements 20. Die Reinigungsvorrichtung 30 weist wenigstens eine Wischeinrichtung 32 (z.B. ein Wischblatt) und eine Wascheinrichtung 31 (z.B. eine Spritzdüse mit einem zugeordneten Waschflüssigkeitsbehälter, nicht dargestellt), mit der Wasch- bzw. Reinigungsflüssigkeit auf das erste optische Element 10 gespritzt und mittels der Wischeinrichtung 32 vom ersten optischen Element 20 abgewischt wird. Durch den geringfügigen Überstand des ersten optische Elements 20 über das Dichtungselement 50 kann die Waschflüssigkeit beim Abwischen vollständig vom ersten optischen Element 20 abgestreift wer den.
Ferner kann innerhalb des ersten optischen Elements 20 optional eine Heizein richtung 33 in Form von Heizdrahtes 3 (nicht dargestellt) vorgesehen sein, mit der das erste optische Element 20 beheizt und auf diese Weise von einem Feuchtigkeitsbelag bzw. von Eis befreit werden kann. Die innerhalb des ersten optischen Elements 20 angeordnete Heizeinrichtung 33 kann z.B. als eine elek trisch ansteuerbare Widerstandsheizung ausgebildet sein. Diese wird aktiviert, um den Feuchtigkeitsbelag bzw. das Eis auf der Außenseite des ersten optisch en Elements 20 durch Wärmeenergie zu verdampfen und damit das erste opti sche Element 20 für die Lidar-Vorrichtung 100 weitestgehend transparent zu halten. Eine Nutzbarkeit bzw. Effizienz der Lidar-Vorrichtung 100 kann auf diese Weise bedeutend verbessert sein.
Nicht dargestellt ist eine Steuerungsvorrichtung, die Feuchtigkeit und/oder Schmutz auf der Außenseite des ersten optischen Elements 20 erkennt und dadurch die Reinigungsvorrichtung 30 entsprechend ansteuert.
Das Glasmaterial des ersten optischen Elements 20 ist sehr stabil gegen hohe Temperatur, hohe Temperaturwechsel und mechanische Spannungen aufgrund von Temperaturunterschieden. Insbesondere hat Glas einen hohen Wärmelei tungskoeffizienten. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit können die Heiz drähte der Heizeinrichtung verhältnismäßig dünn ausgebildet sein. Dicke Heiz streifen oder Flächenbeschichtungen sind somit nicht erforderlich. Aufgrund der hohen Festigkeit bezüglich Temperaturen und daraus resultierenden mechani schen Spannungen können die Heizdrähte der Heizeinrichtung 33 sehr heiß betrieben werden, Lücken zwischen den einzelnen Heizdrähten groß ausgebildet sein und die Heizdrähte dicht unter der Glasoberfläche in das Glas des ersten optischen Elements 20 eingebracht sein. Dies erhöht wiederum die Effektivität der Heizleistung oder verbessert die optischen Eigenschaften, z.B. durch weniger Abschattungen des optischen Pfads aufgrund der Heizdrähte.
Das erste optische Element 20 ist im Gehäuse 10 vorzugsweise mit Hilfe eines Dichtungselements 50 fixiert. Besondere Vorteile ergeben sich dadurch, dass das Dichtungselement 50 seitlich am optischen Glas 10 angebracht ist, zum Beispiel in Form einer Gummilippe in einer Nut (nicht dargestellt) des ersten opti schen Elements 20 fixiert sein kann. Dies erlaubt vorteilhaft, dass mittels der Wischeinrichtung 32 eine Verschmutzung, und/oder eine Waschflüssigkeit und/oder Regenwasser seitlich über die Oberfläche des ersten optischen Ele ments 20 abgestreift werden kann, von wo es in weiterer Folge gezielt abgeleitet werden kann.
Es erlaubt zusätzlich, dass die Wischeinrichtung 32 über das erste optische Ele ment 20 hinauswischt und auf diese Weise ein angeforderter Umkehrpunkt für die Auflagerichtung der Wischlippe erreicht wird, was die Lebensdauer der Wischlippe in vorteilhafter Weise erhöhen kann. Zusätzlich erlaubt es eine hoch wertige Optik beim Verbau der Lidar-Vorrichtung 100 in einer Karosserie eines Fahrzeugs (nicht dargestellt), weil dadurch eine einheitliche und hochwertige Fläche zu sehen ist, Gehäuseteile der Lidar-Vorrichtung 100 somit zurückver setzt und damit vorteilhaft nicht sichtbar sind. Eine verbesserte Integration der Li dar-Vorrichtung 100 in eine Fahrzeugoberfläche ist dadurch vorteilhaft unter stützt.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Lidar-Vorrich tung 100 in Form eines Lidar-Sensors für ein Kraftfahrzeug. Man erkennt, dass nunmehr zusätzlich zum ersten optischen Element 20 ein zweites optisches Ele ment 40 vorgesehen ist, welche in Relation zum ersten optischen Element 20 in Pfeilrichtung rotierbar ausgebildet ist und auf diese Weise Strahlen einer Strahl ungsquelle 60 (z.B. Laser) in zwei Strahlengängen 61 , 62 nach extern in die Um gebung leitet. Dabei kann z.B. immer dann, wenn die flache Seite des zweiten optischen Elements 40 der Strahlungsquelle 60 zugewandt ist, die Strahlungs quelle 60 aktiv sein, wohingegen, wenn die abgerundete Fläche des zweiten optischen Elements 40 der Strahlungsquelle 60 zugewandt ist, diese abgeschal tet sein kann. Auf diese Weise wird ein technisches optisches Prinzip eines sogenannten zwei teiliges„variablen Prismas“ bzw. einer„adaptiven Prismen-Optik“ realisiert, was ein geometrisch sehr stark ausgebildetes bzw. dimensioniertes erstes optisches Element 20 ermöglicht und auf diese Weise eine hohe mechanische Dichtkraft zwischen dem Dichtungselement 50 und dem ersten optischen Element 20 er möglicht.
Realisiert ist auf diese Weise ein Time-of-Flight System mit einem Lichtsender und einem Empfänger (nicht dargestellt), über den über das zweiteilige variable Prisma 20, 40 einen Strahl in die Umgebung ablenkt, der an Objekten reflektiert und auf dem gleichen Weg wieder zurück zum Empfänger geführt wird. Eine Rotation des zweiten optischen Elements 40 führt dabei zu einer Veränderung der Ablenkung des internen Strahlengangs 61 in einen externen Strahlengang 62, der in die Umwelt gelenkt wird.
Vorteilhaft ist aufgrund der Tatsache, dass das erste optische Element 20 aus Glas gefertigt ist, eine hohe Anzahl an Wischvorgängen bzw. -zyklen für das erste optische Element 20 unterstützt, welche gegenüber herkömmlichen Kunst stoffmaterial um einen Faktor von ca. 100 größer ist und z.B. einige Millionen Wischzyklen betragen kann.
Das Material des ersten optischen Elements 20 ist robust gegenüber mecha nischen Beschädigungen, Alterung, Chemikalien, UV-Strahlung, Sandstrahlung, usw., wobei Glas im Wesentlichen allen bekannten Anforderungen entspricht. Insbesondere kann das Glas Waschchemikalien der Wascheinrichtung 31 und den mechanischen Belastungen der Wischeinrichtung 32 für eine lange Betriebs dauer ausreichend standhalten.
Das erste optische Element 20 kann als Glaskörper ferner derart ausgelegt bzw. dimensioniert sein, dass es bei Beschädigungen, z.B. aufgrund von Steinschlag und/oder eines Unfalls nicht vollständig bricht und/oder scharfkantige Splitter generiert. Vorteilhaft wird dadurch keine unerwünschte Öffnung der Lidar-Vor- richtung 100 bewerkstelligt.
Fig. 3 deutet an, dass ein Verhältnis eines Krümmungsradius R1 des ersten opti schen Elements 40 zu einem Krümmungsradius R2 des zweiten optischen Eie- ments 10 R1 :R2 vorzugsweise zwischen ca. 2:1 bis ca. 5:1 betragen kann. Dabei kann der Krümmungsradius R1 des ersten optischen Elements 20 an ein ästheti sches Design angepasst werden und kann typischerweise ca. 10 cm bis ca. 50 cm betragen.
Aufgrund der Ausgestaltung der Außenoberfläche des ersten optischen Elements 20 lässt sich dieses mittels der Wischeinrichtung 32 sehr gut wischen und waschen, wodurch ein optimaler Reinigungseffekt für das erste optische Element 20 unterstützt ist.
Alternativ kann auch eine weitere, nicht in Figuren dargestellte technische Lö sung für die Reinigungsvorrichtung 30 vorgesehen sein. Dabei kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Waschflüssigkeit innerhalb einer vertikal geschlos senen Kammer angeordnet ist. Die vertikal geschlossene Kammer wird dabei über die das zu reinigende erste optische Element 20 bewegt, wodurch in vorteil hafter Weise eine Einwirkdauer der Waschflüssigkeit erhöht und zugleich ein Verbrauch der Waschflüssigkeit stark reduziert sein kann.
In einer weiteren Variante kann zusätzlich eine Erkennungseinrichtung vorgese hen sein, die auf der Außenseite des ersten optischen Elements 20 einen Belag, z.B. in Form von Feuchtigkeit, Eis, usw. detektieren kann und die funktional mit einer Steuerungseinrichtung verbunden ist, die zur elektrischen Ansteuerung der Reinigungsvorrichtung 30 vorgesehen ist. Auf diese Weise wird die Reinigungs vorrichtung 30 nur dann aktiviert, wenn von der Erkennungseinrichtung auf dem ersten optischen Element 20 ein Belag erkannt wird.
Fig. 4 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des vorgeschlag enen Verfahrens zum Herstellen einer Lidar-Vorrichtung 100.
In einem Schritt 200 wird ein Bereitstellen eines Gehäuses 10 durchgeführt.
In einem Schritt 210 erfolgt ein Bereitstellen eines im Gehäuse 10 angeordneten, aus Glas ausgebildeten, im Wesentlichen flachen ersten optischen Elements 20.
Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit einem optoelektronischen 3D- Scanner in Form eines Lidar-Sensors für ein Kraftfahrzeug erläutert wurde, ist es beispielsweise auch denkbar, die vorgeschlagene Lidar-Vorrichtung 100 als eine optische Kamera (z.B. in Form einer Zeilenkamera), eine optische Industriean wendung in einer unreinen Umgebung, eine Robotikanwendung, eine Anwen dung zur Gebäudeüberwachung, usw. auszubilden.
Der Fachmann erkennt somit, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims

Ansprüche
1. Lidar-Vorrichtung (100), aufweisend:
ein Gehäuse (10); und
ein in einer Seitenwand des Gehäuses (10) angeordnetes, im Wesent lichen flaches und aus Glas ausgebildetes erstes optisches Element (20).
2. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (20) eine definiert geringe Außenkrümmung aufweist.
3. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend ein
Dichtungselement (50) zwischen dem ersten optischen Element (20) und dem Gehäuse (10).
4. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (50) in einer Nut des ersten optischen Elements (20) fixiert ist.
5. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (50) als eine Gummilippe ausgebildet ist.
6. Lidar-Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass innerhalb des ersten optischen Elements (20) eine Heizeinrichtung (33) angeordnet ist.
7. Lidar-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass das erste optische Element (20) mit dem Dichtungselement (50) bündig oder über das Dichtungselement (50) definiert gering überste hend ausgebildet ist.
8. Lidar-Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch ausgebildet, dass die Lidar-Vorrichtung (100) ferner ein zweites optisches Element (40) aufweist, welches im Inneren des Gehäuses (10) angeordnet und gegenüber dem ersten optischen Element (20) rotierbar ausgebildet ist.
9. Lidar-Vorrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Verhältnis von Krümmungsradien (R1 , R2) des ersten optischen Elements (10) zum zweiten optischen Element (40) ca. 2:1 bis ca. 5:1 beträgt.
10. Verfahren zum Herstellen einer Lidar-Vorrichtung (100), aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Gehäuses (10); und
Bereitstellen eines im Gehäuse (10) angeordneten, aus Glas
ausgebildeten, im Wesentlichen flachen ersten optischen Elements (20).
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