DE102017205402A1 - lidar - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lidarsystem (1) umfassend eine erste Lichtquelle (2) zum Aussenden von erstem Licht (4), das mit einer ersten Frequenz amplitudenmoduliert ist, eine zweite Lichtquelle (3) zum Aussenden von zweitem Licht (5), das mit einer von der ersten Frequenz unterschiedlichen zweiten Frequenz amplitudenmoduliert ist, und eine Empfangsvorrichtung (6) zum Erkennen einer Reflexion (7), an der sich das erste Licht (4) und das zweite Licht (5) überlagern.

Figure DE102017205402A1_0000
The present invention relates to a lidar system (1) comprising a first light source (2) for emitting first light (4) which is amplitude modulated at a first frequency, a second light source (3) for emitting second light (5), with a second frequency different from the first frequency is amplitude-modulated, and a receiving device (6) for detecting a reflection (7) on which the first light (4) and the second light (5) are superimposed.
Figure DE102017205402A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lidarsystem. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug umfassend ein solches Lidarsystem. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Abstands zu einem Objekt.The present invention relates to a lidar system. Moreover, the invention relates to a vehicle comprising such a lidar system. Finally, the invention relates to a method for determining a distance to an object.

Aus dem Stand der Technik sind Lidarsysteme bekannt, die in Fahrzeugen eingesetzt werden. Solche Lidarsysteme dienen zum Ermitteln eines Abstandes eines Objektes, wobei insbesondere per Triangulation und/oder durch Bestimmung der Lichtlaufzeit Messungen möglich sind, die eine Ortsbestimmung des Objektes im Raum vor dem Fahrzeug ermöglichen. Beispielsweise ist ein Lidarsystem aus der DE 100 37 771 A1 bekannt. Grundsätzlich haben bekannte Lidarsysteme Probleme bei schlechtem Wetter. Besonders bei Nebel ist ein Messen von Abständen nicht möglich oder zumindest stark eingeschränkt. Die oben genannten Probleme bei schlechtem Wetter können nicht ohne weiteres gelöst werden. So müsste für eine verbesserte Sicht die Lichtleistung des Lidarsystems erhöht werden. Dies würde jedoch dazu führen, dass von dem Lidarsystem eine erhöhte Gefahr für menschliche Augen ausgeht. Dies wiederum bringt zulassungsrechtliche Probleme mit sich.Lidar systems are known from the prior art, which are used in vehicles. Such Lidarsysteme serve to determine a distance of an object, in particular by triangulation and / or by determining the light transit time measurements are possible, which allow a location of the object in the space in front of the vehicle. For example, a lidar system is out of the DE 100 37 771 A1 known. Basically, known lidar systems have problems in bad weather. Especially with fog measuring distances is not possible or at least severely limited. The above problems in bad weather can not be solved easily. Thus, for an improved view, the light output of the lidar system would have to be increased. However, this would lead to increased risk to the human eye from the lidar system. This in turn brings with it regulatory issues.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Lidarsystem ermöglicht eine verbesserte Messung mittels Licht, insbesondere Laserlicht, auch bei schlechtem Wetter, wobei gleichzeitig eine Augengefährdung durch das Licht ausgeschlossen ist. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Empfangsvorrichtung vorgesehen ist, die lediglich Reflexionen erkennt, die sich aus einer Überlagerung von Licht aus zwei Lichtquellen mit unterschiedlichen Amplitudenmodulations-Frequenzen bilden. The Lidarsystem invention allows improved measurement by means of light, in particular laser light, even in bad weather, at the same time an eye hazard is precluded by the light. This is achieved in that a receiving device is provided which only recognizes reflections that form from a superposition of light from two light sources with different amplitude modulation frequencies.

Solche Reflexionen lassen sich einfach und aufwandsarm erkennen, wobei gleichzeitig ein Ermitteln eines Abstandes zwischen Objekt und Lidarsystem ermöglicht ist.Such reflections can be detected easily and with little effort, while at the same time enabling a determination of a distance between the object and the lidar system.

Das erfindungsgemäße Lidarsystem umfasst eine erste Lichtquelle und eine zweite Lichtquelle sowie eine Empfangsvorrichtung. Bei der ersten Lichtquelle und/oder der zweiten Lichtquelle handelt es sich insbesondere um eine Lichtquelle hoher Strahldichte. Die erste Lichtquelle ist zum Aussenden von erstem Licht ausgebildet, das mit einer ersten Frequenz amplitudenmoduliert ist. Die zweite Lichtquelle ist zum Aussenden von zweitem Licht ausgebildet, das mit einer von der ersten Frequenz unterschiedlichen zweiten Frequenz amplitudenmoduliert ist. Die Empfangsvorrichtung dient zum Erkennen einer Reflexion, an der sich das erste Licht und das zweite Licht überlagern. Somit muss die Empfangsvorrichtung lediglich nach Reflexionen mit einer solchen Überlagerung suchen. Dies vereinfacht das Erkennen von Reflexionen, sodass ein sicheres und zuverlässiges Erkennen vorhanden ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Sicht aufgrund von schlechtem Wetter, wie insbesondere Nebel, eingeschränkt ist. Auch in diesem Fall kann die Empfangsvorrichtung sicher und zuverlässig besagte Reflexion detektieren. Bei der Empfangsvorrichtung handelt es sich besonders vorteilhaft um eine Kamera zur optischen Erkennung der Reflexion. Sobald die Reflexion erkannt wurde, kann mittels bekannter Verfahren ein Abstand zwischen einem die Reflexion generierenden Objekt und dem Lidarsystem erfolgen.The lidar system according to the invention comprises a first light source and a second light source as well as a receiving device. The first light source and / or the second light source is, in particular, a high-density light source. The first light source is configured to emit first light that is amplitude modulated at a first frequency. The second light source is designed to emit second light, which is amplitude-modulated with a second frequency different from the first frequency. The receiving device serves to detect a reflection, at which the first light and the second light are superimposed. Thus, the receiving device only has to search for reflections with such a superposition. This simplifies the detection of reflections, so that a secure and reliable detection is available. This is especially the case when visibility is limited due to inclement weather, such as fog. Also in this case, the receiving device can surely and reliably detect said reflection. The receiving device is particularly advantageously a camera for optically detecting the reflection. As soon as the reflection has been detected, a distance between a object generating the reflection and the lidar system can take place by means of known methods.

Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims have preferred developments of the invention to the content.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die zweite Frequenz maximal 200 %, bevorzugt maximal 150 %, und mehr als 100 % der ersten Frequenz beträgt. Auf diese Weise entsteht eine Schwebung bei der Reflexion, die von der Empfangsvorrichtung einfach und aufwandsarm detektiert werden kann. Die Schwebung weist eine geringe Frequenz auf, die sich aus der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz berechnet. Da der Abstand zwischen beiden Frequenzen aufgrund der beschriebenen Größen der zweiten Frequenz und der ersten Frequenz gering ist, kann die Schwebung einfach und aufwandsarm detektiert werden.It is preferably provided that the second frequency is at most 200%, preferably at most 150%, and more than 100% of the first frequency. In this way creates a beating in the reflection, which can be detected by the receiving device simple and little effort. The beat has a low frequency, which is calculated from the first frequency and the second frequency. Since the distance between the two frequencies is low due to the described magnitudes of the second frequency and the first frequency, the beat can be detected easily and with little effort.

Die Empfangsvorrichtung weist besonders vorteilhaft einen Filter auf, der nur solche Reflexionen nicht unterdrückt und somit nur für solche Frequenzen durchlässig ist, die eine Schwebungsfrequenz aufweisen, die sich aus der Differenz zwischen erster Frequenz und zweiter Frequenz berechnet. Dies bedeutet, dass lediglich besagte Schwebungsfrequenz den Filter passiert, während sämtliche anderen Frequenzen, insbesondere bis auf quasistatische Anteile der Amplitude, unterdrückt werden. Somit ist das Lidarsystem einfach und aufwandsarm auch dann betreibbar, wenn schlechte Sichtverhältnisse vorherrschen und/oder starke Fremdbeleuchtung vorhanden ist. Insbesondere muss die Empfangsvorrichtung lediglich besagte Reflexion erkennen, was anhand der Schwebungsfrequenz einfach und aufwandsarm ermöglicht ist. Die Empfangsvorrichtung ist vorteilhafterweise ein optischer Sensor, der in der bevorzugten Ausführungsform somit lediglich die Reflexion sieht, nicht jedoch sämtliche anderen Lichter, die von dem Lidarsystem ausgesandt wurden. Somit ist ein sicheres und zuverlässiges Erkennen ermöglicht. Anhand von Triangulation kann dann der Abstand zu der Reflexion berechnet werden. Dies ermöglicht ein sicheres und zuverlässiges Abstandmessverfahren durchzuführen. Ist die Empfangsvorrichtung eine Kamera, so kann die Kamera bevorzugt weitere Filter aufweisen, insbesondere weitere elektronische Filter, um neben dem zuvor beschriebenen Bild, das lediglich die Reflexion zeigt, auch weitere Bilder liefern zu können.The receiving device particularly advantageously has a filter which does not suppress only such reflections and thus is permeable only to those frequencies which have a beat frequency which is calculated from the difference between the first frequency and the second frequency. This means that only said beat frequency passes the filter, while all other frequencies, in particular to quasi-static components of the amplitude, are suppressed. Thus, the Lidarsystem is easy and low effort operable even if poor visibility prevail and / or strong external lighting is available. In particular, the receiving device only has to detect said reflection, which is made possible simply and with little effort on the basis of the beat frequency. The receiving device is advantageously an optical sensor which, in the preferred embodiment, thus only sees the reflection, but not all other lights emitted by the lidar system. Thus, a secure and reliable detection is possible. Using triangulation, the distance to the reflection can then be calculated. This allows a safe and reliable distance measuring method perform. If the receiving device is a camera, then the camera may preferably have further filters, in particular further electronic filters, in order to be able to supply further images in addition to the previously described image, which merely shows the reflection.

Das erste Licht und/oder das zweite Licht sind von der ersten Lichtquelle und/oder der zweiten Lichtquelle bevorzugt zeilenförmig und/oder spaltenförmig aussendbar. Insbesondere dienen die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle somit bevorzugt zum Aussenden von linienförmigem Licht, das bei Auftreffen auf einen Gegenstand zu einer linienförmigen Reflexion führt. Überlagern sich das zeilenförmig ausgebildete Licht der einen Beleuchtung und das spaltenförmig ausgebildete Licht der anderen Beleuchtung, so entsteht eine Überlagerungslinie im Raum. Trifft diese Überlagerungslinie ein Objekt, entsteht insbesondere besagte Reflexion. Besonders vorteilhaft erfolgt außerdem eine Synchronisation zwischen dem zeilenförmigen Licht und dem spaltenförmigen Licht derart, dass die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle synchronisiert sind. Somit ist bekannt, wie das zeilenförmige Licht und das spaltenförmige Licht örtlich relativ zueinander ausgesandt werden. Aufgrund dieser Information ist eine Triangulation einfach und aufwandsarm berechenbar. Dies ermöglicht ein einfaches und aufwandsarmes Berechnen des Abstands der Reflexion zu dem Lidarsystem.The first light and / or the second light are preferably emitted from the first light source and / or the second light source in a line-shaped and / or column-shaped manner. In particular, the first light source and the second light source thus preferably serve to emit line-shaped light which, when hitting an object, leads to a linear reflection. If the line-shaped light of the one illumination and the column-shaped light of the other illumination are superimposed, a superposition line is created in the space. If this overlapping line meets an object, in particular said reflection arises. In addition, a synchronization between the line-shaped light and the columnar light is particularly advantageous in such a way that the first light source and the second light source are synchronized. Thus, it is known how the line-shaped light and the columnar light are spatially emitted relative to each other. Based on this information, triangulation can be calculated easily and with little effort. This allows a simple and low-cost calculation of the distance of the reflection to the lidar system.

Das Lidarsystem ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass die erste Lichtquelle und/oder die zweite Lichtquelle zum zeilenweisen und/oder spaltenweisen Abtasten einer Umgebung mit einer ersten Abtastfrequenz sowie einer zweiten Abtastfrequenz ausgebildet ist. Das spaltenweise Abtasten wird auch horizontales Abtasten und das zeilenweise Abtasten wird auch vertikales Abtasten genannt. Die erste Abtastfrequenz wird vorteilhafterweise für das vertikale Abtasten verwendet, während die zweite Abtastfrequenz für das horizontale Abtasten verwendet wird. Die erste Abtastfrequenz beträgt vorteilhafterweise zwischen 80 Hz und 120 Hz, insbesondere zwischen 90 Hz und 110 Hz, besonders bevorzugt von 100 Hz. Die zweite Abtastfrequenz beträgt bevorzugt zwischen 1 kHz und 40 kHz, insbesondere zwischen 10 kHz und 30 kHz, besonders bevorzugt 20 kHz. Wiederum ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass eine Synchronisation zwischen dem zeilenweisen Abtasten und dem spaltenweisen Abtasten erfolgt. Somit wird sichergestellt, dass die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle Licht in dieselbe Umgebung aussenden, sodass besagte Reflexion durch Überlagerung des ersten Lichts und des zweiten Lichts auftreten kann. Insbesondere ist außerdem vorgesehen, dass ein zeilenweises Abtasten mittels eines zeilenförmigen Lichts erfolgt, wobei das zeilenförmige Licht eine solche Ausdehnung aufweist, die durch das spaltenweise Abtasten abgedeckt wird. Gleiches gilt für das spaltenweise Abtasten und ein bevorzugt dafür verwendetes spaltenförmiges Licht. Somit ist sichergestellt, dass stets eine Reflexion durch Überlagerung des ersten Lichts und des zweiten Lichts auftreten kann, da stets eine Überschneidung zwischen spaltenförmigen Licht und zeilenförmigem Licht vorhanden ist. Außerdem erfolgt bevorzugt eine Synchronisation derart, dass der Empfangsvorrichtung stets bekannt ist, in welcher Position sich das zeilenweise und/oder spaltenweise abtastende Licht während des Aussendens des Lichts befindet.The lidar system is advantageously designed in such a way that the first light source and / or the second light source are designed to scan an environment at a first sampling frequency and a second sampling frequency line by line and / or column-wise. Column scanning is also called horizontal scanning and line scanning is also called vertical scanning. The first sampling frequency is advantageously used for vertical sampling while the second sampling frequency is used for horizontal sampling. The first sampling frequency is advantageously between 80 Hz and 120 Hz, in particular between 90 Hz and 110 Hz, particularly preferably of 100 Hz. The second sampling frequency is preferably between 1 kHz and 40 kHz, in particular between 10 kHz and 30 kHz, particularly preferably 20 kHz , Again, it is particularly advantageous that a synchronization between the line-wise scanning and the column-wise scanning takes place. Thus, it is ensured that the first light source and the second light source emit light in the same environment, so that said reflection can occur by superposition of the first light and the second light. In particular, it is also provided that a line-by-line scanning takes place by means of a line-shaped light, the line-shaped light having such an extent, which is covered by the column-by-column scanning. The same applies to column-by-column scanning and a columnar light which is preferably used for this purpose. Thus, it is ensured that always a reflection by superposition of the first light and the second light can occur, since there is always an overlap between columnar light and line-shaped light. In addition, synchronization preferably takes place in such a way that the receiving device is always aware of the position in which the line-by-line and / or column-by-column scanning light is located during the emission of the light.

Bei der Empfangsvorrichtung handelt es sich vorteilhafterweise um eine Kamera. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Empfangsvorrichtung eine Bildwiederholfrequenz zwischen 80 fps und 120 fps, insbesondere zwischen 90 fps und 110 fps, besonders bevorzugt von 100 fps aufweist. Unter fps ist der Ausdruck „frames per second“ zu verstehen, was bedeutet, dass eine derartige Anzahl an Einzelbildern pro Sekunde von der Empfangsvorrichtung aufgelöst werden kann. Auf diese Weise ist die Reflexion, insbesondere durch besagte Schwebung, einfach und aufwandsarm zu erkennen.The receiving device is advantageously a camera. In particular, it is provided that the receiving device has a refresh rate between 80 fps and 120 fps, in particular between 90 fps and 110 fps, particularly preferably of 100 fps. By fps is meant the term "frames per second", which means that such a number of frames per second can be resolved by the receiving device. In this way, the reflection, in particular by said beat, easy and low effort to recognize.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug, das ein derartiges Lidarsystem umfasst. Somit ist das Fahrzeug ausgebildet, einen Abstand zu Objekten in der Umgebung sicher und zuverlässig detektieren zu können. Dabei ist insbesondere ermöglicht, ein solches Detektieren auch dann durchzuführen, wenn schlechte Sichtverhältnisse, insbesondere aufgrund von Nebel vorherrschen. Gleichzeitig ist eine Augensicherheit des Lichtes vorhanden, da durch die vorteilhafte linienförmige/fächerförmige Aufweitung Licht vom Auge nur zu einem Bruchteil aufgenommen wird, d.h., Licht mit höherer Lichtleistung verwendet werden kann. Dies verhindert zulassungsrechtliche Probleme bei der Verwendung des Lidarsystems in Fahrzeugen.The invention also relates to a vehicle comprising such a lidar system. Thus, the vehicle is designed to be able to reliably and reliably detect a distance to objects in the environment. In particular, it is possible to carry out such a detection even when poor visibility prevails, in particular due to fog. At the same time there is an eye safety of the light, since the beneficial linear / fan-shaped expansion light is absorbed by the eye only a fraction, i.e., light with higher light output can be used. This prevents regulatory problems when using the Lidarsystems in vehicles.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Durchführen einer Abstandmessung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zunächst erfolgt ein Aussenden von einem ersten Licht, insbesondere Laserlicht, das mit einer ersten Frequenz amplitudenmoduliert ist und ein Aussenden von einem zweitem Licht, insbesondere Laserlicht, das mit einer zweiten Frequenz amplitudenmoduliert ist. Die zweite Frequenz ist von der ersten Frequenz unterschiedlich. Das erste Licht und/oder das zweite Licht werden bevorzugt fächerförmig ausgesandt, wobei sich besonders bevorzugt die Fächerformen entlang einer Linie schneiden. Anschließend erfolgt ein Erkennen einer durch Auftreffen der Überlagerungslinie auf einem Objekt entstehende Reflexion, an der sich das erste Licht und das zweite Licht überlagern. Die Abstandsmessung erfolgt bevorzugt durch Triangulation aus den Lichtwegen der Überlagerung des ersten Lichts und des zweiten Lichts (Überlagerungslinie) und dem Lichtweg des reflektierten Lichts. Die Abstandsmessung wird besonders vorteilhaft mittels Triangulation mit dem Bild einer Kamera ausgeführt. In dem Kamerabild wird ein Objekt, das die Reflexion generiert, moduliert mit einem Spot beleuchtet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die oben beschriebene Linie, an der sich die Fächerformen des ersten Lichts und des zweiten Lichts schneiden, auf das Objekt trifft. Über eine Pixelposition im Bild der Kamera und über die Lage der Linie im Raum kann dann die Abstandsmessung einfach durchgeführt werden. Das reflektierte Licht ist dasjenige Licht, das von der Reflexion zu einer Empfangsvorrichtung verläuft. Der Lichtweg des ersten Lichts und des zweiten Lichts sind solche Lichtwege, die von der entsprechenden Lichtquelle zu der Reflexion führen. Die Berechnung des Abstands erfolgt insbesondere zu einem Referenzpunkt, der durch ein Lidarsystem definiert ist, dass je eine Lichtquelle zum Aussenden des ersten Lichts und des zweiten Lichts sowie besagte Empfangsvorrichtung umfasst. Das Verfahren ermöglicht ein sicheres und zuverlässiges Abstandmessen auch dann, wenn aufgrund von schlechten Sichtbedingungen, wie insbesondere Nebel, optische Messverfahren wie Lidar nicht oder nur bedingt einsatzfähig sind. Somit ermöglicht das Verfahren insbesondere ein sicheres und zuverlässiges Messen eines Abstandes in Fahrzeugen, da hier keinerlei Einfluss auf Umgebungsbedingungen vorhanden ist.Finally, the invention relates to a method for performing a distance measurement. The method comprises the following steps: First, there is a transmission of a first light, in particular laser light, which is amplitude-modulated with a first frequency and emitting a second light, in particular laser light, which is amplitude-modulated with a second frequency. The second frequency is different from the first frequency. The first light and / or the second light are preferably emitted fan-shaped, with the fan shapes particularly preferably intersecting along a line. Subsequently, a detection of an impinging of the overlay line on an object resulting reflection, in which the first light and the second light are superimposed. The distance measurement is preferably carried out by triangulation from the light paths of the superimposition of the first light and the second light (superposition line) and the light path of the reflected light. The distance measurement is carried out particularly advantageously by means of triangulation with the image of a camera. In the camera image, an object that generates the reflection is modulated with a spot illuminated. This is particularly the case when the above-described line, at which the fan shapes of the first light and the second light intersect, hits the object. Using a pixel position in the image of the camera and the position of the line in space then the distance measurement can be easily performed. The reflected light is the light that passes from the reflection to a receiving device. The light path of the first light and the second light are those light paths that lead from the corresponding light source to the reflection. The calculation of the distance takes place, in particular, to a reference point, which is defined by a lidar system, each comprising a light source for emitting the first light and the second light as well as said receiving device. The method allows safe and reliable distance measurement even if, due to poor visibility conditions, such as in particular fog, optical measuring methods such as lidar are not or only partially operational. Thus, the method allows in particular a safe and reliable measurement of a distance in vehicles, since there is no influence on environmental conditions.

Zum Durchführen des Verfahrens beträgt die zweite Frequenz bevorzugt maximal 200 %, insbesondere maximal 150 %, und mehr als 100 % der ersten Frequenz. Auf diese Weise ergibt sich bei Überlagerung von erstem Licht und zweitem Licht eine Schwebung. Besagte Schwebung ist einfach und aufwandsarm zu detektieren, wodurch sicher und zuverlässig erreicht werden kann, dass besagte Schwebung durch eine Empfangsvorrichtung detektiert werden kann. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Sicht aufgrund von Umweltbedingungen, wie insbesondere aufgrund von Nebel, eingeschränkt ist.To carry out the method, the second frequency is preferably at most 200%, in particular at most 150%, and more than 100% of the first frequency. In this way results in superposition of first light and second light a beating. Said beating is simple and low-effort to detect, which can be achieved safely and reliably that said beating can be detected by a receiving device. This is also the case when the visibility is limited due to environmental conditions, in particular due to fog.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass nur solche Reflexionen erkannt werden, die eine Schwebungsfrequenz aufweisen. Die Schwebungsfrequenz berechnet sich aus der Differenz zwischen erster Frequenz und zweiter Frequenz. Auf dieser Weise ist erreicht, dass eine Empfangsvorrichtung lediglich die Reflexion sieht. Dadurch wird sichergestellt, dass ein sicheres und zuverlässiges Detektieren der Reflexion erfolgt. Gleichzeitig kann aufgrund von Triangulation und/oder Laufzeitmessung sicher und zuverlässig ein Abstand zu der Reflexion berechnet werden. Somit ist ein sicheres und zuverlässiges Messen eines Abstandes ermöglicht.Finally, it is preferably provided that only those reflections are detected which have a beat frequency. The beat frequency is calculated from the difference between the first frequency and the second frequency. In this way it is achieved that a receiving device sees only the reflection. This ensures that a safe and reliable detection of the reflection takes place. At the same time, due to triangulation and / or transit time measurement, a distance to the reflection can be reliably and reliably calculated. Thus, a safe and reliable measurement of a distance is possible.

Auf der oben beschrieben Überlagerungslinie, entlang derer sich die Fächerformen von erstem Licht und zweitem Licht schneiden, kommt es bevorzugt zu Schwebungen. Scannen die beiden Lichtfächer, das bedeutet das erste Licht und das zweite Licht, so wird auch die Line, entlang derer sich die Fächerformen schneiden, im Raum verschoben. Trifft die Linie auf ein Objekt im Raum, so wird dieses mit der Schwebungsfrequenz beleuchtet.On the overlay line described above, along which the fan shapes of the first light and the second light intersect, it is preferable to beat. If the two light fans scan, meaning the first light and the second light, then the line along which the fan shapes intersect is also shifted in space. If the line meets an object in the room, it will be illuminated with the beat frequency.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Lidarsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 2 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:
  • 1 a schematic view of a lidar system according to an embodiment of the invention, and
  • 2 a schematic view of a vehicle according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch ein Lidarsystem 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Lidarsystem 1 umfasst eine erste Lichtquelle 2, insbesondere eine Laserlichtquelle, eine zweite Lichtquelle 3, insbesondere eine Laserlichtquelle, und eine Empfangsvorrichtung 6. Die erste Lichtquelle 2 dient zum Aussenden von erstem Licht 4, das mit einer ersten Frequenz amplitudenmoduliert ist. Die zweite Lichtquelle 2 dient zum Aussenden von zweitem Licht 5, das mit einer zweiten Frequenz amplitudenmoduliert ist. Die erste Frequenz und die zweite Frequenz unterscheiden sich. Besonders bevorzugt beträgt die erste Frequenz 100 MHz, während die zweite Frequenz 101 MHz beträgt. 1 schematically shows a lidar system 1 according to an embodiment of the invention. The lidar system 1 includes a first light source 2 , in particular a laser light source, a second light source 3 , in particular a laser light source, and a receiving device 6 , The first light source 2 serves to send out the first light 4 which is amplitude modulated at a first frequency. The second light source 2 serves to send out second light 5 which is amplitude modulated at a second frequency. The first frequency and the second frequency differ. Particularly preferably, the first frequency is 100 MHz, while the second frequency is 101 MHz.

Die erste Lichtquelle 2 ist ausgebildet, ein vertikales Scannen einer Umgebung 8 (vergleiche 2) des Lidarsystems 1 durchzuführen. Das vertikale Scannen wird auch zeilenweises Scannen genannt, was bedeutet, dass ein zeilenförmiges erstes Licht 4 verwendet wird, das vertikal oder zeilenweise durch die Umgebung 8 bewegt wird.The first light source 2 is designed to vertically scan an environment 8th (see 2 ) of the lidar system 1 perform. Vertical scanning is also called line by line scanning, which means that a line-shaped first light 4 is used vertically or line by line through the environment 8th is moved.

Durch die zweite Lichtquelle 3 erfolgt ein horizontales Abtasten der Umgebung 8. Dies wird auch spaltenweises Abtasten genannt. Dazu ist das zweite Licht 5 spaltenförmig ausgebildet und bewegt sich horizontal. Auf diese Weise ist ein vollständiges Abtasten der Umgebung 8 ermöglicht.Through the second light source 3 a horizontal scanning of the environment takes place 8th , This is also called column-wise sampling. This is the second light 5 formed in a columnar shape and moves horizontally. In this way, a complete scanning of the environment 8th allows.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass stets eine Überlagerung zwischen erstem Licht 4 und zweiten Licht 5 vorhanden ist. Eine solche Überlagerung kommt daher, dass der Abtastweg in horizontaler oder spaltenweiser Richtung eine solche Abmessung umfasst, die der Größe der Zeilenform des ersten Lichts 4 entspricht. Ebenso erfolgt ein zeilenweises oder vertikales Abtasten in einem solchen Abtastweg, der der Abmessung des zeilenförmigen zweiten Lichts 5 entspricht. Auf diese Weise ist stets eine Schnittlinie zwischen erstem Licht 4 und zweitem Licht 5 vorhanden. Dies führt dazu, dass stets eine Reflexion generiert werden kann, die sich aus einer Überlagerung vom ersten Licht 4 und zweitem Licht 5 zusammensetzt.It is preferably provided that always a superposition between the first light 4 and second light 5 is available. Such an overlay occurs because the scan path in the horizontal or column-wise direction includes such a dimension as the size of the line form of the first light 4 equivalent. Likewise, a line-by-line or vertical scanning is performed in such a scanning path as the dimension of the line-shaped second light 5 equivalent. In this way, there is always a line of intersection between the first light 4 and second light 5 available. This leads to the fact that always a reflection can be generated, which results from a superposition of the first light 4 and second light 5 composed.

Trifft die Schnittlinie zwischen erstem Licht 4 und zweitem Licht 5 auf ein Objekt 11 (vergleiche 2), so erfolgt eine Reflexion 7 zu der Empfangsvorrichtung 6. Die Reflexion 7 ist eine Überlagerung aus dem ersten Licht 4 und dem zweiten Licht 5. Aufgrund der geringfügigen unterschiedlichen ersten Frequenz und zweiten Frequenz ist die Reflexion eine Schwebung. Dies bedeutet, dass die Linie, an der sich das erste Licht 4 und das zweite Licht 5 überlagern, die Schwebung aufweist, sodass das Objekt 11 bei Auftreffen der Linie mit der Schwebung beleuchtet wird. Die Schwebung weist eine Schwebungsfrequenz von 1 MHz auf, was der Differenz zwischen erster Frequenz und zweiter Frequenz entspricht. Besagte Schwebung ist durch die Empfangsvorrichtung 6 durch einen entsprechenden Filter einfach und aufwandsarm zur detektieren. Dazu ist die Empfangsvorrichtung 6 vorteilhafterweise als Kamera ausgebildet, die eine Bildfrequenz von 100 fps aufweist. Weiterhin weist die Kamera bevorzugt einen elektronischen Filter auf, der auf die Schwebungsfrequenz synchronisiert ist. Solche elektrischen Filter sind beispielsweise als Lock-in-Verstärker bekannt.Meets the intersection line between the first light 4 and second light 5 on an object 11 (see 2 ), then a reflection takes place 7 to the receiving device 6 , The reflection 7 is a superposition of the first light 4 and the second light 5 , Due to the slightly different first frequency and second frequency, the reflection is a beating. This means that the line at which the first light 4 and the second light 5 overlay, which has beating, so the object 11 illuminated when the line hits the beat. The beat has a beat frequency of 1 MHz, which is the difference between the first frequency and the second frequency. Said beating is through the receiving device 6 be detected by a corresponding filter easy and little effort. This is the receiving device 6 advantageously designed as a camera having a frame rate of 100 fps. Furthermore, the camera preferably has an electronic filter which is synchronized to the beat frequency. Such electrical filters are known, for example, as lock-in amplifiers.

Bei schlechten Wetterbedingungen, insbesondere bei Nebel, kann die gesamte Linie sichtbar sein, wobei die Reflexion 7 aufgrund größerer Helligkeit weiterhin als solcher erkennbar ist. Somit ist stets sichergestellt, dass die Reflexion 7 sicher und zuverlässig erkannt wird, wodurch eine zuverlässige Abstandsmessung ermöglicht ist.In bad weather conditions, especially in fog, the entire line may be visible, with the reflection 7 due to greater brightness is still recognizable as such. Thus, it is always ensured that the reflection 7 is reliably and reliably detected, whereby a reliable distance measurement is possible.

Die erste Lichtquelle 2 und die zweite Lichtquelle 3 sind mit der Empfangsvorrichtung 6 bevorzugt synchronisiert. Somit ist eine erste Synchronisationsleitung 100 vorhanden, die eine vertikale oder zeilenweise Synchronisation ermöglicht. Außerdem ist eine zweite Synchronisationsleitung 200 vorhanden, die eine horizontale oder spaltenweise Synchronisation einerseits zwischen erster Lichtquelle 2 und zweiter Lichtquelle 3 sowie zwischen zweiter Lichtquelle 3 und Empfangsvorrichtung 6 ermöglicht. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sowohl die Lichtquellen 2, 3 als auch die Empfangsvorrichtung 6 denselben Bereich der Umgebung 8 beleuchten und erfassen. Somit kann durch einfache Triangulation sicher und zuverlässig ein Abstand zwischen dem Objekt 11, das die Reflexion 7 erzeugt hat, und dem Lidarsystem 1 ermittelt werden.The first light source 2 and the second light source 3 are with the receiving device 6 preferably synchronized. Thus, a first synchronization line 100 present, which allows a vertical or line-by-line synchronization. There is also a second synchronization line 200 present, which is a horizontal or column-wise synchronization on the one hand between the first light source 2 and second light source 3 as well as between the second light source 3 and receiving device 6 allows. In this way it is ensured that both the light sources 2 . 3 as well as the receiving device 6 the same area of the environment 8th illuminate and capture. Thus, by simple triangulation safely and reliably a distance between the object 11 that the reflection 7 and the lidar system 1 be determined.

Die erste Lichtquelle 2 und die zweite Lichtquelle 3 umfassen insbesondere Leuchtdioden 9. Die Leuchtdiode 9 der ersten Lichtquelle 2 ist zum Aussenden von erstem Licht 4 mit besagter erster Frequenz ausgebildet. Die Leuchtdiode 9 der zweiten Lichtquelle 3 ist zum Aussenden vom zweiten Licht 5 mit besagter zweiter Frequenz ausgebildet. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Frequenz und die zweite Frequenz, mit denen die Leuchtdioden 9 Licht aussenden, über eine dritte Synchronisationsleitung 300 mit der Empfangsvorrichtung 6 synchronisiert werden. Auf diese Weise lässt sich der zuvor beschriebene Filter sicher und zuverlässig auf die Schwebung einstellen, die aus der Differenz zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz berechnet wird. Somit ist sichergestellt, dass die Empfangsvorrichtung 6, zumindest in einem Betriebsmodus, ausschließlich die Reflexion 7 sieht.The first light source 2 and the second light source 3 include in particular light-emitting diodes 9 , The light-emitting diode 9 the first light source 2 is for sending out the first light 4 formed with said first frequency. The light-emitting diode 9 the second light source 3 is to send out the second light 5 formed with said second frequency. It is provided that the first frequency and the second frequency with which the LEDs 9 Send out light, via a third synchronization line 300 with the receiving device 6 be synchronized. In this way, the above-described filter can be surely and reliably adjusted to the beat calculated from the difference between the first frequency and the second frequency. This ensures that the receiving device 6 , at least in one operating mode, only the reflection 7 sees.

Besonders vorteilhaft liefert die Empfangsvorrichtung 6 eine Vielzahl von unterschiedlichen Bildern, die aufgrund von unterschiedlichen elektronischen Filtern generiert werden können. So kann die Empfangsvorrichtung 6 insbesondere ein hochaufgelöstes Kamerabild und gleichzeitig ein niedrig aufgelöstes Bild, das lediglich die Reflexion sieht, liefern. Auf diese Weise ist ein umfassendes Abtasten und/oder Erfassen der Umgebung 8 ermöglicht.Particularly advantageous provides the receiving device 6 a variety of different images that can be generated due to different electronic filters. So the receiving device 6 In particular, a high-resolution camera image and at the same time a low-resolution image that sees only the reflection provide. In this way is a comprehensive scanning and / or detecting the environment 8th allows.

2 zeigt schematisch ein Fahrzeug 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 10 weist das Lidarsystem 1 gemäß 1, auf. Somit ist das Fahrzeug 10 ausgebildet, die Umgebung 8 um das Fahrzeug 10 abzutasten und Objekte 11 zu erkennen. Durch Triangulation ist außerdem ermöglicht, einen Abstand zu dem Objekt 11 sowie eine Position des Objekts 11 relativ zu dem Fahrzeug 10 zu berechnen. Aufgrund der Tatsache, dass die Reflexion 7 eine Überlagerung aus erstem Licht 4 und zweiten Licht 5 darstellt, ist diese aufgrund einer aus der Überlagerung resultierenden Schwebung einfach und aufwandsarm erkennbar. 2 schematically shows a vehicle 10 according to an embodiment of the invention. The vehicle 10 has the lidar system 1 according to 1 , on. Thus, the vehicle 10 trained, the environment 8th around the vehicle 10 to scan and objects 11 to recognize. Triangulation also allows a distance to the object 11 as well as a position of the object 11 relative to the vehicle 10 to calculate. Due to the fact that the reflection 7 a superposition of first light 4 and second light 5 is this, due to a resulting from the overlay beating easy and little effort recognizable.

Allgemein gesehen sind somit Objekte 11 entlang einer Messlinie detektierbar, wobei sich die Messlinie aus dem Schnitt zwischen dem Lichtfächer der ersten Lichtquelle 2 und dem Lichtfächer der zweiten Lichtquelle 3 bestimmt. Sobald innerhalb dieser Messlinie ein Objekt 11 vorhanden ist, entsteht eine Reflexion 7 wie zuvor beschrieben. Bei Nebel oder sonstigen Umwelteinflüssen, die für eine verringerte Sicht sorgen, ist die Reflexion 7 nicht scharf abgegrenzt und weist eine geringere Intensität auf, ist jedoch durch die Empfangsvorrichtung 6 sicher und zuverlässig erkennbar.Generally speaking, these are objects 11 detectable along a measuring line, wherein the measuring line from the section between the light fan of the first light source 2 and the light fan of the second light source 3 certainly. Once within this measurement line, an object 11 is present, a reflection arises 7 Like previously described. In fog or other environmental conditions, which provide for reduced visibility, is the reflection 7 is not sharply demarcated and has a lower intensity, but is through the receiving device 6 recognizable safely and reliably.

Das Lidarsystem 1 weist die folgenden Vorteile auf:

  • • 3D-Messung im Nebel (das Lidarsystem 1 sieht auch bei Nebel)
  • • die Reichweite ist begrenzt durch das Signal-Rausch-Verhältnis der Detektion der Schwebung, wodurch die Reichweite auch bei geringer Sicht maximiert ist
  • • Detektionen von nichtmetallischen Oberflächen ermöglicht (im Gegensatz zu radarbasierten Systemen)
  • • das 3D-Bild, das lediglich ein Erkennen der Reflexion fordert und ein hoch auflösendes Kamerabild sind aufgrund der Verwendung derselben Empfangsvorrichtung 6 100 % übereinstimmend
  • • Augensicherheit ist trotz hohem Lichtfluss vorhanden
  • • aufgrund von günstigen Lichtquellen 2, 3, die für das Lidarsystem 1 verwendet werden können, ist das Lidarsystem 1 kostengünstig herzustellen
  • • thermische Stabilität des Lidarsystems 1 ist gegeben
  • • es sind mehrere Lichtquellenlieferanten möglich, sodass eine Fertigung des Lidarsystems 1 optimiert ist.
The lidar system 1 has the following advantages:
  • • 3D measurement in the fog (the lidar system 1 also looks at fog)
  • • The range is limited by the signal-to-noise ratio of the beat detection, which maximizes the range even in low visibility
  • • enables detection of non-metallic surfaces (as opposed to radar-based systems)
  • The 3D image, which requires only detection of the reflection and a high-resolution camera image, are due to the use of the same receiving device 6 100% coincidental
  • • Eye safety is present despite high light flux
  • • due to cheap light sources 2 . 3 for the lidar system 1 can be used is the lidar system 1 inexpensive to produce
  • • thermal stability of the lidar system 1 is given
  • • Several light source suppliers are possible, so that a production of lidar system 1 is optimized.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10037771 A1 [0002]DE 10037771 A1 [0002]

Claims (10)

Lidarsystem (1) umfassend • eine erste Lichtquelle (2) zum Aussenden von erstem Licht (4), das mit einer ersten Frequenz amplitudenmoduliert ist, • eine zweite Lichtquelle (3) zum Aussenden von zweitem Licht (5), das mit einer von der ersten Frequenz unterschiedlichen zweiten Frequenz amplitudenmoduliert ist, und • eine Empfangsvorrichtung (6) zum Erkennen einer Reflexion (7), an der sich das erste Licht (4) und das zweite Licht (5) überlagern.Lidar system (1) comprising A first light source (2) for emitting first light (4) amplitude-modulated at a first frequency, A second light source (3) for emitting second light (5) which is amplitude modulated with a second frequency different from the first frequency, and • A receiving device (6) for detecting a reflection (7) on which the first light (4) and the second light (5) overlap. Lidarsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Frequenz maximal 200%, bevorzugt maximal 150%, und mehr als 100% der ersten Frequenz beträgt.Lidar system (1) according to Claim 1 , characterized in that the second frequency is at most 200%, preferably at most 150%, and more than 100% of the first frequency. Lidarsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsvorrichtung (6) einen Filter aufweist, der nur für solche Reflexionen (7) durchlässig ist, die eine Schwebungsfrequenz aufweisen, die sich aus der Differenz zwischen erster Frequenz und zweiter Frequenz berechnet.Lidar system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device (6) has a filter which is permeable only to those reflections (7) having a beat frequency resulting from the difference between the first frequency and the second frequency calculated. Lidarsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Licht (4) und/oder das zweite Licht (5) zeilenförmig und/oder spaltenförmig durch die erste Lichtquelle (2) und/oder zweite Lichtquelle (3) aussendbar ist.Lidar system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first light (4) and / or the second light (5) in the form of lines and / or columns emitted by the first light source (2) and / or second light source (3) is. Lidarsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle (2) und/oder die zweite Lichtquelle (3) zum zeilenweisen und/oder spaltenweisen Abtasten einer Umgebung (8) mit einer ersten Abtastfrequenz zwischen 80 Hz und 120 Hz, insbesondere zwischen 90 Hz und 110 Hz, bevorzugt von 100 Hz, und/oder mit einer zweiten Abtastfrequenz zwischen 1 kHz und 40 kHz, insbesondere zwischen 10 kHz und 30 kHz, bevorzugt von 20 kHz ausgebildet ist.Lidar system (1) according to Claim 4 , characterized in that the first light source (2) and / or the second light source (3) for line by line and / or column scanning an environment (8) having a first sampling frequency between 80 Hz and 120 Hz, in particular between 90 Hz and 110 Hz , preferably of 100 Hz, and / or with a second sampling frequency between 1 kHz and 40 kHz, in particular between 10 kHz and 30 kHz, preferably of 20 kHz is formed. Lidarsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsvorrichtung (6) eine Bildwiederholfrequenz zwischen 80 fps und 120 fps, insbesondere zwischen 90 fps und 110 fps, bevorzugt von 100 fps aufweist.Lidar system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device (6) has a refresh rate between 80 fps and 120 fps, in particular between 90 fps and 110 fps, preferably of 100 fps. Fahrzeug (10) umfassend ein Lidarsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle (10) comprising a lidar system (1) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Durchführen einer Abstandmessung, umfassend die Schritte: • Aussenden von erstem Licht (4), das mit einer ersten Frequenz amplitudenmoduliert ist, • Aussenden von zweitem Licht (5), das mit einer von der ersten Frequenz unterschiedlichen zweiten Frequenz amplitudenmoduliert ist, • Erkennen einer Reflexion (7), an der sich das erste Licht (4) und das zweite Licht (5) überlagern, und • Bestimmen eines Abstands zu der Reflexion (7) durch Triangulation aus den Lichtwegen des ersten Lichts (4), des zweiten Lichts (5) und des reflektierten Lichts (12) oder durch eine Laufzeit zwischen dem Aussenden des ersten Lichts (4) und/oder des zweiten Lichts (5) sowie des Erkennens der Reflexion.Method for performing a distance measurement, comprising the steps: Emitting first light (4) amplitude modulated at a first frequency, Emitting second light (5) which is amplitude modulated at a second frequency different from the first frequency, • detecting a reflection (7), at which the first light (4) and the second light (5) overlap, and Determining a distance to the reflection (7) by triangulation from the light paths of the first light (4), the second light (5) and the reflected light (12) or by a transit time between the emission of the first light (4) and / or the second light (5) and the detection of the reflection. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Frequenz maximal 200%, bevorzugt maximal 150%, und mehr als 100% der ersten Frequenz beträgt.Method according to Claim 8 , characterized in that the second frequency is at most 200%, preferably at most 150%, and more than 100% of the first frequency. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nur solche Reflexionen erkannt werden, die eine Schwebungsfrequenz aufweisen, die sich aus der Differenz zwischen erster Frequenz und zweiter Frequenz berechnet.Method according to Claim 8 or 9 , characterized in that only those reflections are detected which have a beat frequency, which is calculated from the difference between the first frequency and the second frequency.
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