WO2024046688A1 - Lidar-system und verfahren zum betrieb eines lidar-systems - Google Patents

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WO2024046688A1
WO2024046688A1 PCT/EP2023/071351 EP2023071351W WO2024046688A1 WO 2024046688 A1 WO2024046688 A1 WO 2024046688A1 EP 2023071351 W EP2023071351 W EP 2023071351W WO 2024046688 A1 WO2024046688 A1 WO 2024046688A1
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light beam
mirror
lidar system
transmitting
mirror element
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PCT/EP2023/071351
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Petr Hovorka
Thomas Schuler
Peter Horvath
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Valeo Detection Systems GmbH
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    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver

Definitions

  • the application relates to a lidar system with an optical transmitting device and an optical receiving device as well as a method for operating a lidar system.
  • Modern vehicles have a large number of sensors whose data is used to inform drivers and/or is made available to driver assistance systems.
  • the sensors record the vehicle's surroundings and other road users. Based on the collected data, a model of the vehicle environment can be created and changes in this vehicle environment can be responded to.
  • a lidar system has an optical transmitting device and an optical receiving device.
  • the transmitting device can emit a transmitting light beam, which can be continuous or pulsed.
  • the transmitted light beam can be modulated.
  • laser beams in the ultraviolet, visual or infrared range can be used in a lidar system.
  • the receiving device can be used to receive the light beams after reflection on an object in a monitoring area in the vicinity of the lidar system.
  • the received light beam can be evaluated using the transmitted light beam by a computing unit of the lidar system according to a time-of-flight method and the spatial position and the distance of the objects on which the reflection took place can be determined. It is also possible to determine a relative speed.
  • reflection or reflected light is understood to mean any reflected light and should in particular also include light reflected back by scattering or absorption emission.
  • Lidar systems are constantly being developed for various functions, e.g. B. for recording environmental information in the near and long range of vehicles, such as passenger cars or commercial vehicles. Lidar systems can also serve as sensor systems for driver assistance systems, in particular assistance systems for autonomous or semi-autonomous vehicle control. They can be used in particular to detect obstacles and/or other road users in the front, rear or blind spot area of a vehicle.
  • US10324170B1 describes a lidar system which includes an optical transmitting device and an optical receiving device.
  • the transmitting device is used to generate transmitting light beams.
  • the receiving device is configured to receive a beam of light scattered from a distant object.
  • the system has a mirror element which is designed as a polygon with several reflecting surfaces. The polygon can be rotated about an axis of rotation and two transmitting light beams can be deflected on different reflecting surfaces of the polygon in such a way that a monitoring area of the lidar system is scanned.
  • US2021255323A1 describes a lidar system in which a mirror element, which can be rotated about an axis of rotation, is arranged between an optical transmitting device and an optical receiving device.
  • the axis of rotation intersects the mirror surfaces of the mirror element, onto which the transmitting and receiving light beams are deflected.
  • DE102019134192A1 describes an optical detection device which has a mirror element which has hexagonal base surfaces and six side surfaces designed as mirror surfaces.
  • the mirror element has a central axis of rotation which runs parallel to the side surfaces.
  • the mirror surfaces allow two different monitoring areas to be implemented using two different transmitting and receiving devices assigned to each other.
  • a lidar system has an optical transmission device which is set up to emit a transmission light beam in a first direction.
  • the lidar system also has an optical receiving device which is set up Receive light beam from a second direction.
  • a mirror element is arranged between the transmitting device and the receiving device, which is rotatable about an axis of rotation and has at least two mirror surfaces. The mirror surfaces are arranged parallel to the axis of rotation.
  • the transmitting device is arranged and set up in such a way that the transmitting light beam is directed at a first of the at least two mirror surfaces and can be deflected by the first of the at least two mirror surfaces from the first direction towards a monitoring area.
  • the receiving device is arranged and set up in such a way that the transmitting light beam reflected from the monitoring area can be deflected as a receiving light beam by a second of the at least two mirror surfaces in the second direction and can be received by the receiving device.
  • the monitoring area of the lidar system is the area in which objects can be detected by the lidar system.
  • the monitoring area is in the vicinity of the lidar system.
  • the monitoring area is in the area surrounding the vehicle and can e.g. B. serve to monitor a close or long range in the front, rear or blind spot area of the vehicle.
  • a long range can e.g. B. be designed for monitoring a far field at distances of in particular between about 10 m and about 150 m.
  • a close range can e.g. B. be designed for monitoring a near field at distances of up to approximately 10 m.
  • lidar systems can be adapted for use in conjunction with a vehicle to monitor the roadway for objects.
  • a mirror element is a spatial arrangement of mirror surfaces.
  • the mirror surfaces can be held by a base body.
  • the mirror element can therefore have a base body with mirror surfaces arranged thereon.
  • the mirror surfaces have the property that they can reflect and deflect optical rays. This effect can be achieved in particular by coating the surfaces of a correspondingly shaped base body with an optically reflective material.
  • mirror surface is used in such a way that the normals through the points of the mirror surface run parallel to one another.
  • a flat mirror surface is therefore to be regarded as a mirror surface up to its edge.
  • those points on the surface of a mirror surface are those that lie next to each other and whose normals run parallel to each other.
  • a cylinder can therefore have any number of mirror surfaces along its circumference, each of which runs as a straight line in the direction of its perpendicular bisector.
  • the evaluation of the received light beam using the associated transmit light beam can be done in a computing unit of the lidar system, which z. B. evaluates the light rays via a transit time measurement and can carry out object recognition. During the evaluation, it can then be taken into account on which mirror surface and in which position of the mirror element the respective transmitting light beam and receiving light beam were deflected.
  • the transmitting device and the receiving device can be arranged on opposite sides of the mirror element. A further minimization of the installation space is possible here.
  • the first direction in which the transmit light beam is emitted and the second direction from which the receive light beam is received extend in the same direction. This means that the transmitting and receiving devices are aligned with one another in such a way that the respective transmitting and receiving light beams run parallel to one another. In other embodiments, the transmitting and receiving devices can be inclined towards one another.
  • the mirror surfaces are designed as planes which are arranged in a peripheral region of the mirror element.
  • Flat mirror surfaces for example, simplify the evaluation in the computing unit.
  • the beam can be deflected into the surveillance area as well as that Deflecting the reflected light beam from the monitoring area can be better controlled by suitable alignment of the mirror element.
  • a rotational movement of the mirror element can be used to scan the monitoring area using the transmitted light beam.
  • the transmitted light beam is directed step by step at intervals to different points or areas of the surveillance area by deflecting it through the first mirror surface so that the entire surveillance area can be scanned.
  • the rotational movement can be used to deflect the light beam reflected from the monitoring area and then receive the received light beam by the receiving device.
  • At least two of the mirror surfaces of the mirror element are arranged at right angles to one another.
  • the at least two mirror surfaces arranged at right angles to one another can be arranged adjacent to one another.
  • the first and second of the at least two mirror surfaces are arranged at a right angle to one another and adjoin one another in the peripheral region of the mirror element.
  • the mirror element essentially has the shape of a prism.
  • the mirror surfaces are arranged on side surfaces of the prism.
  • a prism is a spatial body with a base surface designed as a polygon and a top surface in the same shape as the base surface. Straight lines run from the corners of the polygon of the base area to the corresponding corner of the top area. The side surfaces of the polygon are spanned between these straight lines.
  • the prism is preferably designed as a so-called straight prism, in which the side surfaces are perpendicular to the base surface and to the top surface. In the case of the mirror element designed as a prism, the axis can then, for example, run parallel to the side surfaces within the prism.
  • the axis of rotation can, for example, run centrally through the prism and intersect the base and top surfaces at their respective centers.
  • an eccentric axis of rotation is also possible.
  • an eccentric axis of rotation can run within the prism, but intersect the base and top surfaces at a point that does not correspond to the center of the base and top surfaces.
  • the first and second of the at least two mirror surfaces are arranged on adjacent side surfaces of the prism. The evaluation of the transmitting and receiving light beam in the computing unit can be particularly easily controlled.
  • all side surfaces of the prism are designed as mirror surfaces.
  • the base and top surfaces of the prism are designed as a square. Mirror surfaces arranged on the side surfaces then stand at a right angle to one another. In a further embodiment, the base and top surfaces of the prism are designed as a triangle. Mirror surfaces arranged on the side surfaces of the prism then stand at an angle of 60° to one another. Both embodiments enable good evaluation of the transmitted and received light beams in the computing unit.
  • the rotational movement of the mirror element is designed as a pivoting movement of the mirror element.
  • a pivoting movement is a rotation whose deflection is limited to an angle that is smaller than 360° and does not cover a complete revolution around the axis of rotation. For example, in an embodiment with two mirror surfaces on the mirror element, this allows the space provided for the pivoting movement of the mirror element to be limited to the pivoting movement. This enables an even more compact design of the lidar system.
  • the rotational movement of the mirror element is designed so that it can rotate about its axis of rotation. This enables energy conservation during the rotational movement of the mirror element. As a result, the rotational movement in the form of the rotational movement can be carried out in a particularly energy-efficient manner.
  • the monitoring area can be scanned by the deflected transmitted light beam by rotating the mirror element about its axis of rotation.
  • the rotational movement of the mirror element is controlled, for example by the computing unit of the lidar system, in such a way that the monitoring area is scanned, ie scanned step by step, by the transmitted light beam deflected by the mirror surface of the mirror element.
  • objects in the monitoring area can be detected, for example.
  • properties of the Light for example the frequency or the type of modulation of the light, can enable scanning of a near and/or long range.
  • the transmitting and receiving device and the associated transmitting and receiving light beams are assigned to one another.
  • the transmitting light beam is deflected on a different mirror surface of the same mirror element than the receiving light beam of the associated receiving device.
  • the lidar system includes several transmitting and receiving devices, e.g. B. one transmitting device can be assigned to one receiving device.
  • the transmitting and receiving devices assigned to each other are designed and arranged in such a way that their associated transmitting light beams and receiving light beams, or reflected light beams, can be deflected on different mirror surfaces of the same mirror element.
  • a computing unit of the lidar system is set up and designed to control the emission of the transmission light beam by the transmission device and the reception of the reception light beam by the reception device.
  • the computing unit is further set up and designed to control the rotational movement of the mirror element.
  • the rotational movement can be, for example, a rotational movement or a pivoting movement.
  • the computing unit is further designed to evaluate the received light beam as a function of the transmitted light beam. It is possible to detect objects, determine a distance of the object from the lidar system and/or even determine a relative movement of the lidar system to the object. The evaluation is carried out, for example, by measuring the transit time of the transmitting light beam, which is then received as a receiving light beam.
  • a lidar system with an optical transmitting device, an optical receiving device and a mirror element arranged between them, which is rotatable about an axis of rotation and has at least two mirror surfaces, the mirror surfaces being arranged parallel to the axis of rotation, is possible, for example, by the following method :
  • the described arrangement of the mirror element with the mirror surfaces between the transmitting and receiving device for deflecting the transmitting light beam and reflected light beam, or receiving light beam, on different mirror surfaces of the mirror element will make it possible to operate a lidar system with monitoring of the monitoring area in such a way that the lidar system can be designed to be compact.
  • efficient, precise monitoring of the surveillance area is possible using a compact lidar system.
  • the lidar system can have a transmitting and a receiving device, which are arranged opposite one another, with the transmitting light beam running in the same direction as the receiving light beam.
  • the rotational movement of the mirror element can be controlled by a computing unit in the lidar system so that the monitoring area of the lidar system can be precisely scanned.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a lidar system with an optical transmitting device, optical receiving device and mirror element
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a lidar system with an optical transmitting device, optical receiving device and mirror element
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an embodiment of a mirror element
  • Fig. 4 is a schematic representation of a further embodiment of a mirror element
  • Fig. 5 is a schematic representation of a vehicle with a lidar system and monitoring area.
  • the same reference numbers are used in the figures for the same or similar elements. Representations in the figures may not be to scale.
  • the mirror element 3 is arranged between the transmitting device 1 and the receiving device 2.
  • the mirror element 3 essentially has the shape of a straight prism with a square base and a square top surface. So it essentially has the shape of a cuboid or a cube.
  • the mirror element 3 is mounted rotatably about an axis of rotation A.
  • the mirror element 3 shown in Figure 1 can rotate about its axis of rotation A, i.e. rotate completely about its axis of rotation A, whereby the direction of rotation can be maintained.
  • a possible direction of rotation is indicated by an arrow in Figures 1-4.
  • the mirror element 3 On its side surfaces, the mirror element 3 has four mirror surfaces SF1, SF2, SF3, SF4. In the example shown, each side surface of the mirror element 3 has a mirror surface SF1, SF2, SF3, SF4.
  • the axis of rotation A is arranged centrally in the mirror element 3. Axis of rotation A therefore corresponds to the bisector of the mirror element 3 and is arranged parallel to the mirror surfaces SF1, SF2, SF3, SF4.
  • the transmitting device 1 is set up and arranged in such a way that its transmitting light beam LBS is deflected by the first mirror surface SF1.
  • the transmitted light beam LBS' which is deflected by the first mirror surface SF1 in the direction of a monitoring area 6 of the lidar system 5, is then reflected in the monitoring area 6 when it hits an object, e.g. B. an object, reflected.
  • the light beam R reflected from the monitoring area 6 is deflected at the second mirror surface SF2 in the direction of the receiving device 2.
  • the deflected reflected light beam R is received by the receiving device 2 as a received light beam LBR.
  • the transmitting device 1 sends out the transmitting light beam LBS in a first direction D1.
  • the receiving device 2 receives the receiving light beam LBR from a second direction D2.
  • the transmitting device is 1 and the receiving device 2 is arranged relative to one another in such a way that the first direction D1 and the second direction D2 run in the same direction.
  • the transmitting device 1 preferably comprises a laser for transmitting the transmitting light beam LBS.
  • the transmitting device 1 can also have several lasers, e.g. B. are arranged in the form of an array and then emit several transmitting light beams accordingly.
  • the optical receiving device 2 preferably comprises an opto-electronic detector, for example a point sensor, line sensor or area sensor, in particular an avalanche photodiode, a photodiode cell, a CCD sensor, an active pixel sensor, for example a CMOS sensor or the like. With the opto-electronic detector, optical signals, in particular laser signals, can be received and converted into electrical signals. The electrical signals can be further processed, for example, by a computing unit 7 of the lidar system 5.
  • the optical transmitting device 1 and/or the optical receiving device 2 can have at least one optical component for changing a beam characteristic of the transmitting and/or receiving light beam LBS, LBR.
  • the beam characteristics of optical signals can be changed using the optical component, for example an optical lens.
  • optical signals can be dispersed or collected by an optical lens.
  • the emitted transmitting light beam LBS is dispersed, i.e. expanded, in at least one direction by the optical component, for example the lens.
  • the optical component for example the lens.
  • reflected beam R which comes from the monitoring area 6, can be collected using the optical component, for example the lens, and focused on the corresponding opto-electronic detector.
  • the transmitting device 1 can have a diverging lens which scatters, i.e. expands, the transmitting light beam LBS in at least one direction perpendicular to the first direction Dl.
  • the transmitting light beam LBS has a certain width in a direction perpendicular to the first direction Dl.
  • the received light beam LBR has a certain width in a direction perpendicular to the second direction D2.
  • the receiving light beam LBR can be focused over this width, for example using a converging lens, and focused onto the opto-electronic detector.
  • FIG. 2 shows a lidar system 5 in which the transmitting device 1 and the receiving device 2 are pivoted by an angle 4 compared to the illustration in FIG. Transmitting device 1 and receiving device 2 are still opposite each other.
  • the direction Dl of the transmitting light beam LBS and the direction D2 of the receiving light beam LBR also run in the same direction.
  • the position of the axis of rotation A of the mirror element 3 has changed in relation to the positions of the transmitting device 1 and receiving device 2.
  • a suitable deflection of the transmitted light beam LBS and the reflected light beam R can take place.
  • the transmission light beam LBS and reflected light beam R are deflected by different mirror surfaces SF1 and SF2 of the mirror element 3.
  • the mirror element 3 shows a further exemplary embodiment of the mirror element 3 with a transmitting light beam LBS and a receiving light beam LBR.
  • the mirror element 3 shown in Figure 3 has the shape of a cuboid or square.
  • Two side surfaces of the mirror element 3 are designed as mirror surfaces SF1 SF2.
  • the other two side surfaces of the mirror element 3 do not have any mirror surfaces.
  • the mirror element 3 has an axis of rotation A, which is arranged centrally in the exemplary embodiment shown in FIG. 3 and runs parallel to the two mirror surfaces SF1, SF2.
  • a transmission light beam LBS which is emitted by the transmission device 1
  • the deflected transmitted light beam LBS' hits an object or object in a monitoring area 6 of the lidar system 5 and is reflected as a reflected light beam R.
  • the reflected light beam R hits a second mirror surface SF2 and is deflected in the second direction D2 as a received light beam LBR.
  • the received light beam LBR can now be received by the suitably arranged receiving device 2.
  • the light rays shown in Figure 3 have a smaller expansion than the light rays shown in Figure 1 or 2. But it is also possible in Embodiment of Figure 3 to use light beams that have been expanded, as shown for example in Figure 1 or 2, and vice versa.
  • the mirror element 3 of Figure 3 can, for example, be controlled by the computing unit 7 so that it pivots back and forth between two positions. This means that the transmitted light beam LBS is always deflected at the first mirror surface SF1 in the direction of the monitoring area 6. At the same time, this means that the reflected light beam R is always deflected at the second mirror surface SF2, the second direction D2. It is also possible to control the mirror element 3 so that it rotates about its axis of rotation A.
  • the rotational movement and the position of the first and second mirror surfaces SF1, SF2 can then be coordinated with the sending and receiving of the light beams in such a way that it is ensured that the transmitting light beam LBS hits, for example, the first mirror surface SF1 and the reflected light beam R for example, hits the second mirror surface SF2.
  • FIG. 3 A further exemplary embodiment of the mirror element 3 is shown in FIG.
  • the mirror element 3 shown here has a side surface which is provided with a first mirror surface SF1.
  • the mirror element 3 has a further side surface on which a second mirror surface SF2 is attached.
  • the first mirror surface SF1 and the second mirror surface SF2 are perpendicular to one another.
  • the axis of rotation A of the mirror element 3 runs parallel to the first mirror surface SF1 and the second mirror surface SF2.
  • the circumference of the mirror element 3 has the shape of an irregular polygon, i.e. a polygon.
  • the axis of rotation A is arranged as an example in the embodiment shown. For example, it can also be arranged in a center of gravity of such an irregular polygon.
  • a transmission light beam LBS which propagates in the first direction Dl, is deflected at the first mirror surface SF1.
  • the deflected transmitted light beam LBS' propagates in the direction of the monitoring area 6.
  • the light beam R reflected from the monitoring area 6 is deflected in the second direction D2 at the second mirror surface, SF2. It can then be received by the receiving device 2 as a receiving light beam LBR.
  • Mirror element 3 can, for example, be suitably controlled by the computing unit 7 in such a way that it is ensured that an emitted transmitting light beam LBS is suitably deflected by the first mirror surface SF1 and a reflected light beam R is also suitably deflected by the second mirror surface SF2 the second direction D2 is deflected.
  • the computing unit 7 can appropriately control the rotational movement of the mirror element 3 and use it when evaluating the transmitting and receiving light beam LBS, LBR.
  • pivoting of mirror element 3 or rotation of mirror element 3 is conceivable.
  • Other rotational movements of the mirror element 3 are also conceivable.
  • a lidar system 5 is arranged in a front area of the vehicle 10.
  • the lidar system 5 has an optical transmitting device 1 and an optical receiving device 2.
  • the mirror element 3 is arranged between the transmitting device 1 and the receiving device 2.
  • the computing unit 7 the transmitting and receiving light beams LBS, LBR can be evaluated as a transit time measurement for object recognition in the monitoring area 6.
  • the computing unit 7 can also be used to monitor and control the sending process in the transmitting device 1, the receiving process in the receiving device 2 and the rotational movement of the mirror element 3.
  • the monitoring area 6 is located in front of the front area of the vehicle 10. This means that in the example shown, an area in the direction of travel in front of the vehicle 10 can be monitored. It is also possible to arrange the lidar system 5 in other areas of the vehicle 10, for example in the rear area and/or in side areas. It is also possible to arrange several lidar systems 5 on the vehicle 10, especially in corner areas of the vehicle 10.
  • lidar system 5 stationary or moving objects, in particular vehicles, people, animals, plants, obstacles, uneven road surfaces, in particular potholes or stones, road boundaries, traffic signs, open spaces, in particular parking spaces, precipitation or the like, can be detected in the monitoring area 6.
  • the mirror element 3 it is possible to deflect the transmitting light beam LBS by the mirror element 3 in such a way that it slides over the monitoring area 6 as a deflected transmitting light beam LBS 'and scans it, ie scans it step by step.
  • the deflected transmitted light beam LBS' is then reflected as a reflected light beam R through objects in the super- monitoring area 6 is reflected back and deflected onto the receiving device 2 by another mirror surface of the mirror element 3 in the second direction D2 as a receiving light beam LBR.
  • the reception device 2 then receives the reception light beam LBR.
  • the lidar system 5 described can be designed to be compact, so that little installation space is required in the vehicle 10. At the same time, precise and efficient detection of the monitoring area 6 can be realized.

Landscapes

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  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Lidar-System (5) aufweisend: eine optische Sendeeinrichtung (1), welche eingerichtet ist, einen Sende-Licht-Strahl (LBS) in eine erste Richtung (D1) auszusenden, eine optische Empfangseinrichtung (2), welche eingerichtet ist, einen Empfangs-Lichtstrahl (LBR) aus einer zweiten Richtung (D2) zu empfangen, wobei zwischen der Sendeeinrichtung (1) und der Empfangseinrichtung (2) ein Spiegelelement (3) angeordnet ist, welches um eine Drehachse (A) drehbar ist und zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) aufweist, wobei die Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) parallel zu der Drehachse (A) angeordnet sind, und wobei die Sendeeinrichtung (1) und die Empfangseinrichtung (2) so angeordnet und eingerichtet sind, dass der Sende-Lichtstrahl (LBS) auf eine erste der zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) gerichtet ist und durch die erste der zumindest zwei Spiegelflächen aus der ersten Richtung (D1) in Richtung eines Überwachungsbereiches (6) ablenkbar ist und der aus dem Überwachungsbereich (6) reflektierte Sende-Lichtstrahl (R) als Empfangs-Lichtstrahl (LBR) durch eine zweite der zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) in die zweite Richtung (D2) ablenkbar und durch die Empfangseinrichtung (2) empfangbar ist. Die Anmeldung betrifft weiter ein Verfahren zum Betrieb eines Lidar-Systems.

Description

LIDAR-SYSTEM UND VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES LIDAR-SYS-
TEMS
Technisches Gebiet
Die Anmeldung betrifft ein Lidar-System mit einer optischen Sendeeinrichtung und einer optischen Empfangseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Lidar- Systems.
Hintergrund
Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl an Sensoren, deren Daten zur Fahrerinformation dienen und/oder Fahrerassistenzsystemen zur Verfügung gestellt werden. Über die Sensoren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.
Ein wichtiges Sensorprinzip für die Erfassung der Umgebung, z. B. von Fahrzeugen, ist dabei die Lidartechnik (Lidar engl. Light Detection and Ranging). Ein Lidar-System weist eine optische Sendeeinrichtung und eine optische Empfangseinrichtung auf. Die Sendeeinrichtung kann einen Sende-Lichtstrahl aussenden, der kontinuierlich oder gepulst sein kann. Zudem kann der Sende-Lichtstrahl moduliert sein. In einem Lidar-System können insbesondere Laserstrahlen im ultravioletten, visuellen oder infraroten Bereich zum Einsatz kommen. Durch die Empfangseinrichtung können die Lichtstrahlen nach Reflexion an einem Objekt in einem Überwachungsbereich in der Umgebung des Lidar-Systems empfangen werden. Der Empfangs- Lichtstrahl kann unter Verwendung des Sende-Lichtstrahls durch eine Recheneinheit des Lidar-Systems nach einem Lichtlaufzeitverfahren ausgewertet werden und es können die räumliche Lage und der Abstand der Objekte, an denen die Reflexion erfolgte, ermittelt werden. Zudem ist die Ermittlung einer Relativgeschwindigkeit möglich. Unter Reflexion oder reflektiertem Licht wird vorliegend jegliches zurückgeworfenes Licht verstanden und soll insbesondere auch durch Streuung oder Ab- soptions-Emission zurückgeworfenes Licht umfassen. Lidar-Systeme werden für verschiedene Funktionen ständig weiterentwickelt, z. B. für die Erfassung von Umgebungsinformationen im Nah- und Fernbereich von Fahrzeugen, wie Personenkraftwaren oder Nutzfahrzeugen. Lidar-Systeme können auch als Sensorsysteme für Fahrerassistenzsysteme, insbesondere Assistenzsysteme zur autonomen oder teilautonomen Fahrzeugsteuerung, dienen. Sie können insbesondere zur Erkennung von Hindernissen und/oder anderen Verkehrsteilnehmern im Front-, Heck- oder im Totwinkel-Bereich eines Fahrzeuges genutzt werden.
In US10324170B1 wird ein Lidar-System beschrieben, welches eine optische Sendeeinrichtung und eine optische Empfangseinrichtung umfasst. Die Sendeeinrichtung dient zur Erzeugung von Sende-Lichtstrahlen. Die Empfangseinrichtung ist so konfiguriert, dass sie einen von einem entfernten Objekt gestreuten Lichtstrahl empfangen kann. Das System weist ein Spiegelelement auf, welches als Polygon mit mehreren reflektierenden Oberflächen ausgebildet ist. Das Polygon ist um eine Drehachse drehbar und zwei Sende-Lichtstrahlen können an jeweils verschiedenen reflektierenden Oberflächen des Polygons so abgelenkt werden, dass ein Überwa- chungsbereich des Lidar-Systems gescannt wird.
In US2021255323A1 wird ein Lidar-System beschrieben, bei dem zwischen einer optischen Sendeeinrichtung und einer optischen Empfangseinrichtung ein Spiegelelement angeordnet ist, welches um eine Drehachse drehbar ist. Die Drehachse schneidet die Spiegelflächen des Spiegelelements, an welchen Sende- und Empfangs-Lichtstrahl abgelenkt werden.
In DE102019134192A1 wird eine optische Detektionseinrichtung beschrieben, die ein Spiegelelement aufweist, welches hexagonale Grundflächen und sechs als Spiegelflächen ausgebildete Seitenflächen aufweist. Das Spiegelelement weist eine mittige Drehachse auf, welche parallel zu den Seitenflächen verläuft. Durch die Spiegelflächen lassen sich durch zwei verschiedene jeweils einander zugeordnete Sende- und Empfangseinrichtungen zwei verschiedene Überwachungsbereiche realisieren.
Übersicht
Ein Lidar-System weist eine optische Sendeeinrichtung auf, welche eingerichtet ist, einen Sende-Lichtstrahl in eine erste Richtung auszusenden. Das Lidar-System weist weiter eine optische Empfangseinrichtung auf, welche eingerichtet ist, einen Empfangs-Lichtstrahl aus einer zweiten Richtung zu empfangen. Zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung ist ein Spiegelelement angeordnet, welches um eine Drehachse drehbar ist und zumindest zwei Spiegelflächen aufweist. Die Spiegelflächen sind parallel zu der Drehachse angeordnet.
Die Sendeeinrichtung ist so angeordnet und eingerichtet, dass der Sende-Licht- strahl auf eine erste der zumindest zwei Spiegelflächen gerichtet ist und durch die erste der zumindest zwei Spiegelflächen aus der ersten Richtung in Richtung eines Überwachungsbereiches ablenkbar ist. Die Empfangseinrichtung ist so angeordnet und eingerichtet, dass der aus dem Überwachungsbereich reflektierte Sende-Licht- strahl ist als Empfangs-Lichtstrahl durch eine zweite der zumindest zwei Spiegelflächen in die zweite Richtung ablenkbar und durch die Empfangseinrichtung empfangbar ist.
Der Überwachungsbereich des Lidar-Systems ist der Bereich, in dem Objekte durch das Lidar-System detektiert werden können. Der Überwachungsbereich befindet sich in der Umgebung des Lidar-Systems. Bei einem in einem Fahrzeug angeordneten Lidar-System befindet sich der Überwachungsbereich in der Umgebung des Fahrzeuges und kann z. B. zur Überwachung eines Nah- oder Fernbereiches im Front-, Heck- oder im Totwinkel-Bereich des Fahrzeuges dienen. Ein Fernbereich kann z. B. für die Überwachung eines Fernfeldes in Entfernungen von insbesondere zwischen etwa 10 m und etwa 150 m ausgestaltet sein. Ein Nahbereich kann z. B. für die Überwachung eines Nahfeldes in Entfernungen von bis zu etwa 10 m ausgestaltet sein. Auf diese Weise kann Lidar-System an die Verwendung in Verbindung mit einem Fahrzeug zu Überwachung der Fahrbahn auf Objekte hin angepasst werden.
Ein Spiegelelement ist eine räumliche Anordnung von Spiegelflächen. Die Spiegelflächen können dabei von einem Grundkörper gehalten werden. Das Spiegelelement kann also einen Grundkörper mit darauf angeordneten Spiegelflächen aufweisen. Die Spiegelflächen weisen die Eigenschaft auf, dass sie optische Strahlen reflektieren und ablenken können. Dieser Effekt kann insbesondere durch Beschichtung der Oberflächen eines entsprechend geformten Grundkörpers mit einem optisch reflektierenden Material realisiert werden.
Vorliegend wird der Begriffe der Spiegelfläche so verwendet, dass die Normalen durch die Punkte der Spiegelfläche parallel zueinander verlaufen. Bei einer Spie- gelfläche, die als Ebene ausgebildet ist, würde dies auf alle Punkte der Spiegelfläche zutreffen bis zum Rand der Spiegelfläche. Eine ebene Spiegelfläche ist also bis zu ihrem Rand als eine Spiegelfläche anzusehen. Bei gekrümmten Flächen sind diejenigen Punkte der Fläche einer Spiegelfläche zugehörig, die nebeneinander liegen und deren Normalen parallel zueinander verlaufen. Ein Zylinder kann also entlang seines Umfangs beliebig viele Spiegelflächen aufweisen, die jeweils als Gerade in Richtung seiner Mittelsenkrechten verlaufen.
In der beschriebenen Anordnung ist es möglich, den Sende-Lichtstrahl und den Empfangs-Lichtstrahl an verschiedenen Spiegelflächen des Spiegelelementes abzulenken. Hierdurch können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung auf verschiedenen Seiten des Spiegelelementes angeordnet werden. Dies kann bezüglich des Bauraums vorteilhaft sein. Zum Beispiel wird dadurch die Flexibilität erhöht, Sende- und Empfangseinrichtung geeignet anzuordnen und damit die Dimensionen und Ausdehnung des Lidar-Systems in einer oder in mehreren gewünschten Richtungen zu minimieren.
Die Auswertung des Empfangs-Lichtstrahls unter Verwendung des zugehörigen Sende-Lichtstrahls kann in einer Recheneinheit des Lidar-Systems erfolgen, welche z. B. über eine Laufzeitmessung die Lichtstrahlen auswertet und eine Objekterkennung durchführen kann. Bei der Auswertung kann dann berücksichtigt werden, an welcher Spiegelfläche in welcher Position des Spiegelelementes der jeweilige Sende-Lichtstrahl und Empfangs-Lichtstrahl abgelenkt wurde.
Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können in einer Ausführungsform auf gegenüberliegenden Seiten des Spiegelelementes angeordnet sein. Hierbei ist eine weitere Minimierung des Bauraumes möglich.
In einer Ausführungsform verläuft die erste Richtung, in der der Sende-Lichtstrahl ausgesendet wird und die zweite Richtung, aus der der Empfangs-Lichtstrahl empfangen wird, in die gleiche Richtung. Dies bedeutet, dass Sende- und Empfangseinrichtung so gegeneinander ausgerichtet sind, dass der jeweiligen Sende- und Empfangs-Lichtstrahl parallel zueinander verlaufen. In anderen Ausführungsformen können Sende- und Empfangseinrichtung gegeneinander geneigt sein.
In einer Ausführungsform sind die Spiegelflächen als Ebenen ausgebildet, welche in einem Umfangsbereich des Spiegelelementes angeordnet sind. Durch ebene Spiegelflächen wird zum Beispiel die Auswertung in der Recheneinheit vereinfacht. Außerdem kann das Ablenken des Strahls in den Überwachungsbereich sowie das Ablenken des reflektierten Lichtstrahls aus dem Überwachungsbereich durch geeignete Ausrichtung des Spiegelelementes besser kontrolliert werden. Insbesondere kann durch eine Drehbewegung des Spiegelelementes ein Scannen des Über- wachungsbereiches durch den Sende-Lichtstrahl realisiert werden. Beim Scannen des Überwachungsbereiches wird der Sende-Lichtstrahl durch Ablenken durch die erste Spiegelfläche schrittweise so in Abständen auf verschiedene Punkte oder Bereiche des Überwachungsbereiches gerichtet, dass der gesamte Überwachungsbereich dadurch abgetastet werden kann. In gleicher Weise kann durch die Drehbewegung, das Ablenken des aus dem Überwachungsbereich reflektierten Lichtstrahlens und das darauffolgende Empfangen des Empfangs-Lichtstrahl durch die Empfangseinrichtung realisiert werden.
In einer Ausführungsform sind zumindest zwei der Spiegelflächen des Spiegelelementes in einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Die zumindest zwei in einem rechten Winkel zueinander angeordneten Spiegelflächen können zu dem angrenzend aneinander angeordnet sein. Insbesondere sind die erste und die zweite der zumindest zwei Spiegelflächen in einem rechten Winkel zueinander angeordnet und grenzen im Umfangsbereich des Spiegelelementes aneinander an. Durch eine solche Anordnung kann die Kontrolle des Ablenkens der Lichtstrahlen an den jeweiligen Spiegelflächen weiter verbessert werden.
In einer Ausführungsform weist das Spiegelelement im Wesentlichen die Form eines Prismas auf. Die Spiegelflächen sind dabei an Seitenflächen des Prismas angeordnet. Ein Prisma ist ein räumlicher Körper mit einer als Polygon ausgebildeten Grundfläche und einer Deckfläche in der gleichen Form wie die Grundfläche. Von den Ecken des Polygons der Grundfläche verlaufen Geraden zu der entsprechenden Ecke der Deckfläche. Zwischen diesen Geraden sind die Seitenflächen des Polygons aufgespannt. Bevorzugt ist das Prisma als sogenanntes gerades Prisma ausgebildet, bei dem die Seitenflächen senkrecht auf Grundfläche und auf Deckfläche stehen. Bei dem als Prisma ausgebildeten Spiegelelement kann die Achse dann zum Beispiel innerhalb des Prismas parallel zu den Seitenflächen verlaufen. Die Drehachse kann zum Beispiel mittig durch das Prisma verlaufen und die Grund- und Deckfläche in ihrem jeweiligen Mittelpunkt schneiden. In Ausführungsformen ist auch eine exzentrische Drehachse möglich. Eine exzentrische Drehachse kann zum Beispiel innerhalb des Prismas verlaufen, die Grund und Deckfläche jedoch in einem Punkt schneiden, der nicht der Mittelpunkt von Grund und Deckfläche entspricht. In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite der zumindest zwei Spiegelflächen an aneinander angrenzenden Seitenflächen des Prismas angeordnet. Dabei ist die Auswertung von Sende- und Empfangs-Lichtstrahl in der Recheneinheit besonders gut kontrollierbar. In Ausführungsformen sind alle Seitenflächen des Prismas als Spiegelflächen ausgebildet.
In einer Ausführungsform sind die Grund- und die Deckfläche des Prismas als Viereck ausgebildet. Auf den Seitenflächen angeordnete Spiegelflächen stehen dann in einem rechten Winkel aufeinander. In einer weiteren Ausführungsform sind die Grund- und Deckfläche des Prismas als Dreieck ausgebildet. Auf den Seitenflächen des Prismas angeordnete Spiegelflächen stehen dann in einem Winkel von 60° aufeinander. Beide Ausführungsformen ermöglichen eine gute Auswertung von Sende- und Empfangs-Lichtstrahl in der Recheneinheit.
In einer Ausführungsform ist die Drehbewegung des Spiegelelements als Schwenkbewegung des Spiegelelements ausgebildet. Eine Schwenkbewegung ist dabei eine Drehung, deren Auslenkung auf einen Winkel begrenzt ist, der kleiner als 360° ist und keinen kompletten Umlauf um die Drehachse umfasst. Dies ermöglicht zum Beispiel in einer Ausführungsform mit zwei Spiegelflächen auf dem Spiegelelement, dass der Raum, der für die Schwenkbewegung des Spiegelelementes vorgesehen wird, beschränkt auf die Schwenkbewegung sein kann. Dies ermöglicht einen noch kompakteren Aufbau des Lidar-Systems.
In einer Ausführungsform ist die Drehbewegung des Spiegelelements so ausgebildet, dass es um seine Drehachse rotieren kann. Dies ermöglicht eine Energieerhaltung bei der Rotationsbewegung des Spiegelelementes. Dadurch kann die Drehbewegung in Form der Rotationsbewegung besonders energieeffizient ausgeführt werden.
In einer Ausführungsform ist durch die Drehbewegung des Spiegelelements um seine Drehachse der Überwachungsbereich durch den abgelenkten Sende-Licht- strahl scannbar. Hierbei wird die Drehbewegung des Spiegelelementes, zum Beispiel durch die Recheneinheit des Lidar-Systems so kontrolliert, dass der Überwachungsbereich durch den durch die Spiegelfläche des Spiegelelementes abgelenkten Sende-Lichtstrahl gescannt, d. h. schrittweise abgetastet wird. Durch Auswertung des Empfangs-Lichtstrahls können hierbei zum Beispiel Objekte in dem Überwachungsbereich detektiert werden. Durch geeignete Wahl von Eigenschaften des Lichts, zum Beispiel der Frequenz oder der Art einer Modulation des Lichts, kann eine Abtastung eines Nah- und/oder Fernbereiches ermöglicht werden.
Zur geeigneten Auswertung des Sende- und Empfangs-Lichtstrahls durch die Recheneinheit sind die Sende- und Empfangseinrichtung und die zugehörigen Sende- und Empfangs-Lichtstrahlen einander zugeordnet. Hierbei wird der Sende-Licht- strahl an einer anderen Spiegelfläche des gleichen Spiegelelementes abgelenkt als der Empfangs-Lichtstrahl der zugehörigen Empfangs Einrichtung.
Umfasst das Lidar-System mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen, so kann z. B. jeweils eine Sendeeinrichtung jeweils einer Empfangseinrichtung zugeordnet sein. Die jeweils einander zugeordneten Sende- und Empfangseinrichtungen sind so ausgebildet und angeordnet, dass ihre zugehörigen Sende-Lichtstrahlen und Empfangs-Lichtstrahlen, bzw. reflektierte Lichtstrahlen, an verschiedenen Spiegelflächen des gleichen Spiegelelementes abgelenkt werden können.
Eine Recheneinheit des Lidar-Systems ist eingerichtet und ausgebildet, das Aussenden des Sende-Lichtstrahls durch die Sendeeinrichtung und das Empfangen des Empfangs-Lichtstrahls durch die Empfangseinrichtung zu steuern. Die Recheneinheit ist weiter eingerichtet und ausgebildet, die Drehbewegung des Spiegelelementes zu steuern. Bei der Drehbewegung kann es sich zum Beispiel um eine Rotationsbewegung oder um eine Schwenkbewegung handeln. Die Recheneinheit ist weiter ausgebildet, den Empfangs-Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Sende- Lichtstrahl auszuwerten. Dabei ist eine Detektion von Objekten, eine Ermittlung einer Entfernung des Objektes von dem Lidar-System und/oder sogar Ermittlung einer Relativbewegung des Lidar-Systems zu dem Objekt möglich. Die Auswertung erfolgt zum Beispiel durch eine Laufzeitmessung des Sende-Lichtstrahls, der dann als Empfangs-Lichtstrahl empfangen wird.
Der Betrieb eines Lidar-Systems mit einer optischen Sendeeinrichtung, einer optischen Empfangseinrichtung und einem dazwischen angeordneten Spiegelelement, welches um eine Drehachse drehbar ist, und zumindest zwei Spiegelflächen aufweist, wobei die Spiegelflächen parallel zu der Drehachse angeordnet sind, ist zum Beispiel durch folgendes Verfahren möglich:
Aussenden eines Sende-Lichtstrahls in eine erste Richtung durch die optische Sendeeinrichtung, gerichtet auf eine erste der zumindest zwei Spiegelflächen.
Ablenken des Sende-Lichtstrahls durch die erste der zumindest zwei Spiegelflächen aus der ersten Richtung in Richtung eines Überwachungsbereiches. Ablenken des aus dem Überwachungsbereich reflektierten Sende-Lichtstrahls durch eine zweite der zumindest zwei Spiegelflächen in eine zweite Richtung.
Empfangen des Empfangs-Lichtstrahls aus der zweiten Richtung durch die optische Empfangseinrichtung.
Die beschriebene Anordnung des Spiegelelementes mit den Spiegelflächen zwischen Sende- und Empfangseinrichtung zur Ablenkung von Sende-Lichtstrahl und reflektiertem Lichtstrahl, bzw. Empfangs-Lichtstrahl, an verschiedenen Spiegelflächen des Spiegelelementes wird es ermöglichen Lidar-System mit einer Überwachung des Überwachungsbereiches so zu betreiben, dass das Lidar-System kompakt ausgebildet sein kann. Insbesondere ist eine effiziente präzise Überwachung des Überwachungsbereiches durch ein kompakt ausgebildetes Lidar-System möglich. Insbesondere kann das Lidar-System eine Sende- und eine Empfangseinrichtung aufweisen, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei der Sende-Lichtstrahl in die gleiche Richtung verläuft wie der Empfangs-Lichtstrahl.
Durch eine Recheneinheit des Lidar-Systems kann die Drehbewegung des Spiegelelementes so kontrolliert werden, dass der Überwachungsbereich des Lidar- Systems präzise abgetastet werden kann.
Fiourenliste
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Lidar-Systems mit optischer Sendeeinrichtung, optischer Empfangseinrichtung und Spiegelelement,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Lidar-Systems mit optischer Sendeeinrichtung, optischer Empfangseinrichtung und Spiegelelement,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Spiegelelements,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Spiegelelements, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit Lidar-System und Überwachungsbereich. Es werden in den Figuren die gleichen Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente verwendet. Darstellungen in den Figuren sind können nicht maßstäblich sein.
Fiourenbeschreibunci
In Figur 1 ist ein Lidar-System 5 mit einer optischen Sendeeinrichtung 1 und einer optischen Empfangseinrichtung 2 dargestellt. Zwischen der Sendeeinrichtung 1 und der Empfangseinrichtung 2 ist ein Spiegelelement 3 angeordnet. Das Spiegelelement 3 weist im Wesentlichen die Form eines geraden Prismas mit einer quadratischen Grundfläche und einer quadratischen Deckfläche auf. Es hat also im Wesentlichen die Form eines Quaders oder eines Würfels. Das Spiegelelement 3 ist um eine Drehachse A drehbar gelagert.
Das in Figur 1 dargestellte Spiegelelement 3 kann um seine Drehachse A rotieren, sich also komplett um seine Drehachse A drehen, wobei die Drehrichtung beibehalten werden kann. Eine mögliche Drehrichtung ist in den Figuren 1-4 durch einen Pfeil angedeutet.
An seinen Seitenflächen weist das Spiegelelement 3 vier Spiegelflächen SF1, SF2, SF3, SF4 auf. Im dargestellten Beispiel weist also jede Seitenflächen des Spiegelelements 3 eine Spiegelfläche SF1, SF2, SF3, SF4 auf. Die Drehachse A ist mittig in dem Spiegelelement 3 angeordnet. Drehachse A entspricht also Mittelsenkrechten des Spiegelelementes 3 und ist parallel zu den Spiegelflächen SF1, SF2, SF3, SF4 angeordnet.
Die Sendeeinrichtung 1 ist so eingerichtet und angeordnet, dass ihr Sende-Licht- strahl LBS von der ersten Spiegelfläche SF1 abgelenkt wird. Der von der ersten Spiegelfläche SF1 in Richtung eines Überwachungsbereiches 6 des Lidar-Systems 5 abgelenkte Sende-Lichtstrahl LBS' wird dann im Überwachungsbereich 6 beim Auftreffen auf ein Objekt, z. B. einen Gegenstand, reflektiert. Der aus dem Überwachungsbereich 6 reflektierte Lichtstrahl R wird an der zweiten Spiegelfläche SF2 in Richtung der Empfangseinrichtung 2 abgelenkt. Der abgelenkte reflektierte Lichtstrahl R wird als Empfangs-Lichtstrahl LBR von der Empfangseinrichtung 2 empfangen.
Die Sendeeinrichtung 1 sendet den Sende-Lichtstrahl LBS in eine erste Richtung Dl aus. Die Empfangseinrichtung 2 empfängt den Empfangs-Lichtstrahl LBR aus einer zweiten Richtung D2. Im dargestellten Beispiel sind die Sendeeinrichtung 1 und die Empfangseinrichtung 2 so zueinander angeordnet, dass die erste Richtung Dl und die zweite Richtung D2 in die gleiche Richtung verlaufen.
Bevorzugt umfasst die Sendeeinrichtung 1 einen Laser zum Senden des Sende- Lichtstrahls LBS. Die Sendeeinrichtung 1 kann auch mehrere Laser, die z. B. in Form eines Arrays angeordnet sind, aufweisen und dann entsprechend mehrere Sende-Lichtstrahlen aussenden. Bevorzugt umfasst, die optische Empfangseinrichtung 2 einen opto-elektronischen Detektor, zum Beispiel einen Punktsensor, Zeilensensor oder Flächensensor, insbesondere eine Lawinenfotodiode, eine Fotodiodenzelle, einen CCD-Sensor, einen Active-Pixel-Sensor, zum Beispiel einen CMOS Sensor o. ä. Mit dem opto-elektronischen Detektor können optische Signale, insbesondere Lasersignale empfangen und in elektrische Signale umgewandelt werden. Die elektrischen Signale können zum Beispiel durch eine Recheneinheit 7 des Lidar-Systems 5 weiterverarbeitet werden.
Optional können die optische Sendeeinrichtung 1 und/oder die optische Empfangseinrichtung 2 wenigstens ein optisches Bauteil zur Veränderung einer Strahlcharakteristik von Sende- und/oder Empfangs-Lichtstrahl LBS, LBR aufweisen. Mit dem optischen Bauteil, zum Beispiel einer optischen Linse kann die Strahlcharakteristik von optischen Signalen verändert werden. So können optische Signale zum Beispiel durch eine optische Linse zerstreut oder gesammelt werden. Bei einer optischen Sendeeinrichtung 1 der ausgesendete Sende-Lichtstrahl LBS durch das optische Bauteil, zum Beispiel die Linse, in zumindest einer Richtung zerstreut, also aufgeweitet werden. Mittels eines solchen aufgeweiteten Lichtstrahls kann dann ein weiterer Bereich im Überwachungsbereich 6 durch den Lichtstrahl getroffen, also erfasst werden. Bei der optischen Empfangseinrichtung 2 kann mit dem optischen Bauteil, zum Beispiel der Linse, reflektierte Strahl R, der aus dem Überwachungsbereich 6 kommt, gesammelt und auf den entsprechenden opto-elektronischen Detektor fokussiert werden.
Insbesondere kann die Sendeeinrichtung 1 eine Zerstreuungslinse aufweisen, welche den Sende-Lichtstrahl LBS in zumindest einer Richtung senkrecht der ersten Richtung Dl streut, also aufweitet. Dies ist in Figur 1 beispielhaft dadurch dargestellt, dass der Sende-Lichtstrahl LBS in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung Dl gewisse Breite aufweist. In gleicher weise weist der Empfangs-Lichtstrahl LBR in einer Richtung senkrecht zur zweiten Richtung D2 eine gewisse Breite auf. Über diese Breite kann zum Beispiel durch eine Sammellinse, der Empfangs-Lichtstrahl LBR gebündelt werden und auf den opto-elektronischen Detektor gebündelt werden.
In Figur 2 ist ein Lidar-System 5 dargestellt, bei dem die Sendeeinrichtung 1 und die Empfangseinrichtung 2 gegenüber der Darstellung in Figur 1 um einen Winkel 4 verschwenkt sind. Sendeeinrichtung 1 und Empfangseinrichtung 2 liegen nach wie vor einander gegenüber. Auch die Richtung Dl des Sende-Lichtstrahls LBS und die Richtung D2 des Empfangs-Lichtstrahls LBR verlaufen zueinander in die gleiche Richtung.
Durch das Verschwenden um den Winkel 4 hat sich die Position der Drehachse A des Spiegelelementes 3 in Beziehung den Positionen von Sendeeinrichtung 1 und Empfangseinrichtung 2 verändert. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann ein geeignetes Ablenken von Sende- Lichtstrahl LBS und reflektiertem Lichtstrahl R erfolgen. Das Ablenken von Sende-Lichtstrahl LBS und reflektiertem Lichtstrahl R erfolgt durch verschiedene Spiegelflächen SF1 und SF2 des Spiegelelementes 3.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Spiegelelementes 3 mit Sende- Lichtstrahl LBS und Empfangs-Lichtstrahl LBR dargestellt. Das in Figur 3 dargestellte Spiegelelement 3 weist die Form eines Quaders oder Quadrates auf. Zwei Seitenflächen des Spiegelelementes 3 sind als Spiegelflächen SF1 SF2 ausgebildet. Die anderen beiden Seitenflächen des Spiegelelementes 3 weisen keine Spiegelflächen auf.
Das Spiegelelement 3 weist eine Drehachse A auf, welche im in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel mittig angeordnet ist und parallel zu den beiden Spiegelflächen SF1, SF2 verläuft. Im dargestellten Beispiel wird ein Sende-Lichtstrahl LBS welcher von der Sendeeinrichtung 1 ausgesendet wird, durch die erste Spiegelfläche SF1 abgelenkt. Der abgelenkten Sende-Lichtstrahl LBS' trifft in einem Über- wachungsbereich 6 des Lidar-Systems 5 auf ein Objekt oder einen Gegenstand und wird als reflektierter Lichtstrahl R reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl R trifft auf eine zweite Spiegelfläche SF2 und wird in die zweite Richtung D2 als Empfangs- Lichtstrahl LBR abgelenkt. Der Empfangs-Lichtstrahl LBR kann nun durch die geeignet angeordnete Empfangseinrichtung 2 empfangen werden.
Die in Figur 3 dargestellten Lichtstrahlen, weisen eine geringere Aufweitung auf, als die in Figur 1 oder 2 dargestellten Lichtstrahlen. Es ist aber auch möglich, im Ausführungsbeispiel von Figur 3 Lichtstrahlen zu verwenden, die aufgeweitet wurden, wie zum Beispiel in Figur 1 oder 2 dargestellt, und umgekehrt.
Das Spiegelelement 3 von Figur 3 kann zum Beispiel durch die Recheneinheit 7 so angesteuert werden, dass es zwischen zwei Positionen hin und her schwenkt. Dies bedeutet, dass der Sende-Lichtstrahl LBS immer an der ersten Spiegelfläche SF1 in Richtung Überwachungsbereich 6 abgelenkt wird. Zugleich bedeutet dies, der reflektierte Lichtstrahl R immer an der zweiten Spiegelfläche SF2, die zweite Richtung D2 abgelenkt wird. Es ist ebenfalls möglich, das Spiegelelement 3, so anzusteuern, dass es um seine Drehachse A rotiert. Die Drehbewegung und die Position von erster und zweiter Spiegelfläche SF1, SF2 können dann so mit dem Senden und Empfangen der Lichtstrahlen koordiniert werden, dass sichergestellt ist, dass der Sende-Lichtstrahl LBS auf, zum Beispiel die erste Spiegelfläche SF1 trifft und der reflektierte Lichtstrahl R zum Beispiel auf die zweite Spiegelfläche SF2 trifft.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Spiegelelementes 3 dargestellt. Das hier dargestellte Spiegelelement 3 weist eine Seitenfläche auf, die mit einer ersten Spiegelfläche SF1 versehen ist. Das Spiegelelement 3 weist eine weitere Seitenfläche auf, an der eine zweite Spiegelfläche SF2 angebracht ist. Die erste Spiegelfläche SF1 und die zweite Spiegelfläche SF2 stehen senkrecht aufeinander. Die Drehachse A des Spiegelelementes 3 verläuft dabei parallel zu der ersten Spiegelfläche SF1 und der zweiten Spiegelfläche SF2. Der Umfang des Spiegelelementes 3 weist die Form eines unregelmäßigen Vieleckes, also Polygons, auf. Die Drehachse A ist im dargestellten Ausführungsform beispielhaft angeordnet. Sie kann zum Beispiel auch in einem Schwerpunkt eines solchen unregelmäßigen Vieleckes angeordnet sein.
In dem in Figur 4 dargestellten Beispiel wird ein Sende-Lichtstrahl LBS, der sich in der ersten Richtung Dl ausbreitet, an der ersten Spiegelfläche SF1 abgelenkt. Der abgelenkten Sende-Lichtstrahl LBS' breitet sich in Richtung des Überwachungsbe- reiches 6 aus. Der aus dem Überwachungsbereich 6 reflektierte Lichtstrahl R wird an der zweiten Spiegelfläche, SF2 in die zweite Richtung D2 abgelenkt. Als Empfangs-Lichtstrahl LBR kann er dann von der Empfangseinrichtung 2 empfangen werden. Spiegelelement 3 kann zum Beispiel durch die Recheneinheit 7 so geeignet angesteuert werden, dass sichergestellt ist, dass ein ausgesendeter Sende- Lichtstrahl LBS durch die erste Spiegelfläche SF1 geeignet abgelenkt wird und ein reflektierter Lichtstrahl R durch die zweite Spiegelfläche SF2 ebenfalls geeignet in die zweite Richtung D2 abgelenkt wird. Die Recheneinheit 7 kann dabei die Drehbewegung des Spiegelelementes 3 geeignet kontrollieren und bei der Auswertung von Sende- und Empfangs-Lichtstrahl LBS, LBR heranziehen. Auch hier ist, wie im Ausführungsbeispiel von Figur 3 ein Schwenken Spiegelelementes 3 oder eine Rotation des Spiegelelementes 3 denkbar. Es sind ebenfalls andere Drehbewegungen des Spiegelelementes 3 denkbar.
In Figur 5 ist schematisch ein Fahrzeug 10, zum Beispiel ein Personenkraftwagen, dargestellt. In einem Frontbereich des Fahrzeuges 10 ist ein Lidar-System 5 angeordnet. Das Lidar-System 5 weist eine optische Sendeeinrichtung 1 und eine optische Empfangseinrichtung 2 auf. Zwischen der Sendeeinrichtung 1 und der Empfangseinrichtung 2 ist das Spiegelelement 3 geordnet. In der Recheneinheit 7 können als Laufzeitmessung der Sende- und der Empfangs-Lichtstrahl LBS, LBR zur Objekterkennung in dem Überwachungsbereich 6 ausgewertet werden. Durch die Recheneinheit 7 kann ebenfalls der Sendevorgang in der Sendeeinrichtung 1, der Empfangsvorgang in der Empfangseinrichtung 2 sowie die Drehbewegung des Spiegelelementes 3 kontrolliert und gesteuert werden.
Der Überwachungsbereich 6 befindet sich vor dem Frontbereich des Fahrzeuges 10. Dadurch kann im dargestellten Beispiel ein Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 10 überwacht werden. Es ist ebenfalls möglich, das Das Lidar-System 5 in anderen Bereichen des Fahrzeuges 10 anzuordnen, zum Beispiel im Heckbereich und/oder in Seitenbereichen. Es ist ebenfalls möglich, mehrere Lidar-Systeme 5 an dem Fahrzeug 10 anzuordnen, insbesondere auch in Eckbereichen des Fahrzeuges 10.
Mit dem Lidar-System 5 können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, in dem Überwachungsbereich 6 erfasst werden.
Wie im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren beschrieben, ist es möglich, durch das Spiegelelement 3 den Sende-Lichtstrahl LBS so abzulenken, dass er als abgelenkter Sende-Lichtstrahl LBS' über den Überwachungsbereich 6 hinweg gleitet und diesen abscannt, d. h. schrittweise abtastet. Der abgelenkten Sende- Lichtstrahl LBS' wird dann als reflektierter Lichtstrahl R durch Objekte in dem Über- wachungsbereich 6 zurückgeworfen und durch eine andere Spiegelfläche des Spiegelelementes 3 in die zweite Richtung D2 als Empfangs-Lichtstrahl LBR auf die Empfangseinrichtung 2 abgelenkt. Durch die Empfangseinrichtung 2 erfolgt dann der Empfang des Empfangs-Lichtstrahls LBR. Das beschriebene Lidar-System 5 kann kompakt konstruiert werden, sodass in dem Fahrzeug 10 wenig Bauraum nötig ist. Zugleich kann eine präzise und effiziente Erfassung des Überwachungsbereiches 6 realisiert werden.

Claims

ANSPRÜCHE Lidar-System (5) aufweisend: eine optische Sendeeinrichtung (1), welche eingerichtet ist, einen Sende- Lichtstrahl (LBS) in eine erste Richtung (Dl) auszusenden, eine optische Empfangseinrichtung (2), welche eingerichtet ist, einen Empfangs-Lichtstrahl (LBR) aus einer zweiten Richtung (D2) zu empfangen, wobei zwischen der Sendeeinrichtung (1) und der Empfangseinrichtung (2) ein Spiegelelement (3) angeordnet ist, welches um eine Drehachse (A) drehbar ist und zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) aufweist, wobei die Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) parallel zu der Drehachse (A) angeordnet sind, und wobei die Sendeeinrichtung (1) und die Empfangseinrichtung (2) so angeordnet und eingerichtet sind, dass der Sende-Lichtstrahl (LBS) auf eine erste der zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) gerichtet ist und durch die erste der zumindest zwei Spiegelflächen aus der ersten Richtung (Dl) in Richtung eines Überwachungsbereiches (6) ablenkbar ist und der aus dem Überwachungsbereich (6) reflektierte Sende-Lichtstrahl (R) als Empfangs-Lichtstrahl (LBR) durch eine zweite der zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) in die zweite Richtung (D2) ablenkbar und durch die Empfangseinrichtung (2) empfangbar ist. Lidar-System nach Anspruch 1, wobei die Sendeeinrichtung (1) und die Empfangseinrichtung (2) auf gegenüberliegenden Seiten des Spiegelelementes (3) angeordnet sind. Lidar-System nach Anspruch 2, wobei die erste Richtung (Dl) und die zweite Richtung (D2) die gleiche Richtung sind. Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) als Ebenen ausgebildet sind, welche in einem Umfangsbereich des Spiegelelementes (3) angeordnet sind. Lidar-System nach Anspruch 4, wobei die erste und die zweite der zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind und im Umfangsbereich aneinander angrenzen. Lidar-System nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Spiegelelement (3) im Wesentlichen die Form eines Prismas aufweist, wobei die Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) an Seitenflächen des Prismas angeordnet sind. Lidar-System nach Anspruch 6, wobei die erste und die zweite der zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) an aneinander angrenzenden Seitenflächen des Prismas angeordnet sind. Lidar-System nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Grundfläche und die Deckfläche des Prismas als Dreieck oder als Viereck ausgebildet sind. Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spiegelelement (3) um die Drehachse (A) schwenkbar ist oder um die Drehachse (A) rotieren kann. Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch eine Drehbewegung des Spiegelelements (3) um seine Drehachse (A) der Über- wachungsbereich (6) durch den abgelenkten Sende-Lichtstrahl (LBS') scannbar ist. Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeeinrichtung (1) und die Empfangseinrichtung (2) einander zur Überwachung des Überwachungsbereiches (6) zugeordnet sind. Lidar-System nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter aufweisend eine Recheneinheit (7), welche eingerichtet und ausgebildet ist, das Aussenden des Sende-Lichtstrahls (LBS) durch die Sendeeinrichtung (1), das Empfangen des Empfangs-Lichtstrahls (LBR) durch die Empfangseinrichtung (2) und die Drehbewegung des Spiegelelementes (3) zu steuern, wobei die Recheneinheit (7) weiter ausgebildet ist, den Empfangs-Lichtstrahl (LBR) in Abhängigkeit von dem Sende-Lichtstrahl (LBS) auszuwerten. Verfahren zum Betreiben eines Lidar-Systems (5) aufweisend eine optische Sendeeinrichtung (1), eine optische Empfangseinrichtung (2) und ein dazwischen angeordnetes Spiegelelement (3), welches um eine Drehachse (A) drehbar ist und zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) aufweist, wobei die Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) parallel zu der Drehachse (3) angeordnet sind, wobei das Verfahren umfasst: Aussenden eines Sende-Lichtstrahls (LBS) in eine erste Richtung (Dl) durch die optische Sendeeinrichtung (1), gerichtet auf eine erste der zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4),
Ablenken des Sende-Lichtstrahls (LBS) durch die erste der zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) aus der ersten Richtung (Dl) in Richtung eines Überwachungsbereiches (6),
Ablenken des aus dem Überwachungsbereich (6) reflektierten Sende-Lichtstrahls (R) durch eine zweite der zumindest zwei Spiegelflächen (SF1, SF2, SF3, SF4) in eine zweite Richtung (D2) und Empfangen des Empfangs-Lichtstrahls (LBR) aus der zweiten Richtung (D2) durch die optische Empfangseinrichtung (2). Verfahren nach Anspruch 13, wobei durch eine Drehbewegung des Spiegelelements (3) um seine Drehachse (A) der Überwachungsbereich (6) durch den abgelenkten Sende-Lichtstrahl (LBS') gescannt wird.
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