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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Sensorsystems mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit und mindestens zwei Spiegeln. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens in einem LiDAR-Sensorsystem eines Fahrzeugs oder eines Consumer Electronic-Geräts.
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Stand der Technik
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LiDAR-Sensoren spielen eine wichtige Rolle im Zusammenhang mit der Realisierung von Fahrfunktionen im automatisierten Fahren. LiDAR-Sensoren senden zeitlich strukturiertes Licht aus, welches an Objekten reflektiert und wieder vom Sensor registriert wird. Anhand der Messungen der Lichtlaufzeit kann die Entfernung von Objekten bestimmt werden. Aufgrund der sich aus der Sicherheitsnorm ISO 262626 ergebenden Anforderungen besteht die Notwendigkeit, die Funktionalität des LiDAR-Sensors laufend zu überwachen, um sowohl unmittelbaren Schaden durch das System oder aber auch durch fehlerhafte Messwerte, die eine falsche Reaktion von übergeordneten Systemen hervorrufen können, zu vermeiden. Unabhängig vom Einsatz von Sensoren im Automobilbereich ist zusätzlich die IEC 60825 (Augensicherheit von Lasersystemen) zu beachten. Zu deren Einhaltung sind verschiedene Überwachungsmechanismen vorzusehen, die eine Fehlfunktion frühzeitig erkennen beziehungsweise verhindern. Aktuell wird die Selbstüberwachung von Laserlichtquellen beispielsweise durch interne Reflexionen im LiDAR-Gehäuse ermöglicht, entweder zu explizit vorgesehenen Elementen oder aber auch mittels „undefinierten Streulichts“.
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WO 2019/197894 A1 bezieht sich auf ein LiDAR-System und ein Verfahren zur internen Lichtkalibration. Mindestens ein Prozessor des LiDAR-Systems steuert zumindest eine Lichtquelle. Es wird eine erste Gruppe von Eingangssignalen von einer Gruppe von Detektoren erhalten, die mit dem Licht zusammenhängen, welches von der ersten Lichtquelle projiziert wird und von einem Objekt außerhalb des LiDAR-Systems reflektiert wird. Basierend auf der ersten Anzahl von Input-Signalen wird eine Entfernung zu dem Objekt berechnet. Von der Gruppe von Detektoren wird eine zweite Anzahl von Eingangssignalen empfangen, die mit dem Licht zusammenhängen, welches intern an das LiDAR-System mit der mindestens einen Lichtquelle projiziert wird. Basierend auf der zweiten Anzahl von Eingangssignalen wird bestimmt, inwieweit sich eine Leistungsabnahme des zumindest einen Detektors aus der Gruppe von Detektoren einstellt. Ausgehend von dieser festgestellten Leistungsabnahme wird Abhilfe eingeleitet.
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DE 10 2017 223 340 A1 bezieht sich auf eine Objekterfassungsvorrichtung. Diese umfasst einen Lichtsensor sowie einen Lichtempfänger, ferner einen sich drehenden Scanner, der einen Spiegel aufweist und Licht von dem Lichtsender von dem Spiegel durch Drehen des Spiegels reflektiert, um das reflektierte Licht über einen vorbestimmten Bereich zu scannen und um Licht, das von einem Ziel reflektiert wird, von dem Spiegel zu reflektieren und das reflektierte Licht zu dem Lichtempfänger zu führen. Des Weiteren ist ein Objektdetektor vorgesehen, der basierend auf einem Lichtempfangssignal erfasst, ob es ein Ziel gibt. Ferner ist ein Lichtführer vorhanden, der Licht von dem Lichtsender zu dem Lichtempfänger führt, sowie ein Versagensdetektor, der basierend auf einem Lichtemissionszustand des Lichtsenders und einem Lichtempfangszustand des Lichtempfängers erfasst, ob es ein Versagen gibt. Der Lichtführer empfängt Licht, welches von dem Lichtsender gesendet und von dem Spiegel reflektiert wird, und reflektiert das Licht von dem Spiegel, um das reflektierte Licht zu dem Lichtempfänger zu führen.
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DE 10 2015 222 061 A1 bezieht sich auf einen LiDAR-Sensor für Kraftfahrzeuge. Der LiDAR-Sensor umfasst eine Strahlquelle, die Licht im sichtbaren Bereich oder im Infrarotbereich emittiert, einen Empfänger zum Empfang des an Oberflächen in der Umgebung des Fahrzeugs zurückgeworfenen Lichts der Strahlquelle und eine elektronische Auswerteeinrichtung zur Auswertung von Laufzeiten des emittierten und wieder empfangenen Lichts. Die Lichtquelle ist dazu eingerichtet, Licht bei mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen zu emittieren. Die Auswerteeinrichtung weist einen Spektral-Auswertungskanal zur Auswertung von Intensitäten des empfangenen Lichts bei verschiedenen Wellenlängen auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Sensorsystems vorgeschlagen, wobei das LiDAR-Sensorsystem eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit sowie mindestens einen Spiegel umfasst und zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:
- a) Aussenden gesendeter Strahlung mittels der Sendeeinheit,
- b) in einem ersten Betriebsmodus (Messbetrieb) Ausrichten des mindestens einen Spiegels derart, dass die Richtung der reflektierten Strahlung derart beeinflusst wird, dass sie zu der Empfangseinheit reflektiert wird, und
- c) in einem zweiten Betriebsmodus (Selbsttestbetrieb) Ausrichten des mindestens einen Spiegels derart, dass die gesendete Strahlung der Sendeeinheit entlang eines direkten Strahlungspfades der Empfangseinheit zugeleitet wird.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden bei dem Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Sensorsystems zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen:
- a) Aussenden gesendeter Strahlung mittels der Sendeeinheit,
- b) in einem ersten Betriebsmodus (Messbetrieb) Ausrichten des mindestens einen Spiegels derart, dass eine Richtung reflektierter Strahlung beeinflusst wird und mindestens ein weiterer Spiegel die reflektierte Strahlung aufnimmt und zu der Empfangseinheit reflektiert, und
- c) in einem zweiten Betriebsmodus (Selbsttestbetrieb) Ausrichten des mindestens einen Spiegels derart, dass die gesendete Strahlung der Sendeeinheit entlang eines direkten Strahlungspfades über den mindestens einen weiteren Spiegel der Empfangseinheit zugeleitet wird.
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In dieser Variante der Erfindung ist gegenüber der ersten Variante zumindest ein weiterer Spiegel erforderlich.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich in vorteilhafter Weise ein Selbsttestbetrieb eines LiDAR-Sensorsystems erreichen, der äußerst einfach ist und eine Überwachung der Funktionalität von Laserdioden der Strahlungsquelle ermöglicht, so dass eine Degradation, ein Ausfall oder eine andere Fehlfunktion frühzeitig erkannt werden können. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann dies unmittelbar durch die im LiDAR-Sensorsystem bereits verbauten Komponenten ohne Verbau neuer Elemente oder den Einsatz von Streulicht erreicht werden.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden durch Verdrehung des mindestens einen Spiegels, insbesondere eines Polygonspiegels, unterschiedliche externe Winkelbereiche durch das LiDAR-Sensorsystem vermessen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt je nach Verdrehung des Polygonspiegels ein Übergang von einem Betriebsmodus „Messbetrieb“ in einen Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ und umgekehrt. Dadurch besteht die Möglichkeit, jederzeit vom Modus „Messbetrieb“ in den Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ umzuschalten, womit eine Unabhängigkeit von festen Intervallen erreicht wird.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird im Betriebsmodus „Messbetrieb“ Licht/Strahlung im Wesentlichen über Reflexion als reflektierte Strahlung von Objekten an die Empfangseinheit geleitet.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird im Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ Licht/Strahlung, insbesondere auf dem direkten Lichtpfad beziehungsweise Strahlungspfad, als gesendete Strahlung an die Empfangseinheit geleitet. In diesem Fall kann eine Überprüfung erwarteter Funktionalitäten erfolgen, ohne dass weitere separate Bauteile innerhalb des LiDAR-Sensorsystems zu verbauen sind.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren stellt sich entsprechend der Drehlage des Polygonspiegels in Bezug auf die Sendeeinheit ein Akzeptanzbereich ein, derart, dass keine gesendete Strahlung direkt von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit gelangt.
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In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens verläuft die durch die Sendeeinheit ausgesendete Strahlung im Wesentlichen in Form einer vertikalen Linie. Des Weiteren ist beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren die Empfangseinheit im Wesentlichen für den Empfang von Strahlung in Form von vertikalen Linien ausgelegt.
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In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist die eingesetzte Empfangseinheit so beschaffen, dass diese entweder einen Detektor umfasst oder der Empfangseinheit ein entsprechender Detektor zugeordnet ist, wobei der Detektor in vorteilhafter Weise als Zeilendetektor ausgeführt ist.
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Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens in einem LiDAR-Sensorsystem eines Fahrzeugs oder eines Consumer-Electronic-Geräts.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine sehr einfache Überwachung der Funktionalitäten, beispielsweise der Laserdioden der Sendeeinheit, erfolgen, so dass eine Degradation, ein bevorstehender Ausfall oder eine sich möglicherweise frühzeitig ankündigende andere Fehlfunktion rechtzeitig erkannt werden kann. Im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ kann diese Diagnose im LiDAR-Sensorsystem erfolgen, ohne dass separate Testelemente oder Vorrichtungen oder auch Streulicht eingesetzt werden müssen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann ein direkter Lichtpfad bereitgestellt werden, der von der Sendeeinheit (dem Laser beziehungsweise der Gruppe von Laserdioden) zu einem Detektor, d. h. der Empfangseinheit verläuft, so dass die Empfangseinheit sowohl für die eigentliche Vermessung der zu erfassenden Objekte verwendet werden kann als auch gleichzeitig im Rahmen des Selbsttestbetriebs für eine Überwachung des LiDAR-Sensorsystems auf sich ankündigende Schäden verwendet werden kann.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine Selbstüberwachung von Laserquellen, beispielsweise durch interne Reflexionen innerhalb des LiDAR-Gehäuses, wie dies beispielsweise aus
WO 19/197894 A1 oder
DE 10 2017 223 340 A1 hervorgeht, vermieden werden.
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In vorteilhafter Weise kann beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren im Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ eine Drehverstellung eines Polygonspiegels derart erfolgen, dass dieser den direkten Lichtpfad von der Laserquelle zum Detektor entweder freigibt oder unterbricht. Im Fall der Freigabe des Lichtpfads durch die Laserdioden oder die mehrere gruppierte Laserdioden umfassende Sendeeinheit kann eine Überprüfung von Zeitsignalen im Rahmen des Selbsttestbetriebs erfolgen. Ist beispielsweise die Sendeeinheit aus verschiedenen Laserdioden oder Gruppen von Laserdioden zusammengesetzt, so können unterschiedliche Gruppierungen von Laserdioden gepulst werden, so dass eine Überprüfung derart erfolgen kann, ob eine erwartete Funktionalität gegeben ist, in welchem Umfang sie gegeben ist, und ob bereits Vorschädigungen vorliegen, die einen Ausfall erwarten lassen.
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In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren so beschaffen, dass dieses ohne weitere reflektierende Elemente innerhalb des LiDAR-Sensorgehäuses funktioniert, da ein direkter Lichtpfad Verwendung findet. Bei den bekannten Anordnungen ist es im Gegensatz dazu so, dass die Funktionsweise beispielsweise abhängig von einer alterungsbedingten Abnahme der Reflektivität einer Scheibe des Gehäuses ist und insbesondere für deren Auswahl nur bestimmte Materialien in Frage kommen, die entsprechend höhere Kosten erforderlich machen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein LiDAR-Sensorsystem mit einer Selbstüberwachungsfunktion gemäß dem Stand der Technik,
- 2 ein LiDAR-Sensorsystem, welches zur Durchführung einer ersten Variante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens einen bewegbaren Polygonspiegel umfasst,
- 3 das LiDAR-Sensorystem gemäß einer ersten Variante 2 in einem Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“,
- 4 eine Ausführungsvariante eines LiDAR-Sensorsystems, wobei ein Messbetrieb erfolgt und
- 5 eine Ausführungsvariante eines LiDAR-Sensorsystems, bei dem das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Durchführung des Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ implementiert ist.
- 6 ein LiDAR-Sensorsystem, welches zur Durchführung einer zweiten Variante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens einen bewegbaren Polygonspiegel umfasst,
- 7 das LiDAR-Sensorystem gemäß einer zweiten ersten Variante 2 in einem Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“,
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Aus der Darstellung gemäß 1 geht ein LiDAR-Sensorsystem 10 hervor, dessen Komponenten im Wesentlichen innerhalb eines Gehäuses 12 angeordnet sind. Das Gehäuse 12 umfasst eine transparente Abdeckung 14, die beispielsweise als Glasscheibe oder Glasdecke ausgebildet sein kann. Deren Innenseite ist mit Bezugszeichen 16 bezeichnet, während eine Außenseite der transparenten Abdeckung 14 mit Position 18 bezeichnet ist. Innerhalb des Gehäuses 12 des in 1 dargestellten LiDAR-Sensorsystems 10 befindet sich eine Sendeeinheit 26, die gesendete Strahlung 20 ausstrahlt, die zum Teil an der Innenseite 16 der transparenten Abdeckung 14 als Streulicht 24 reflektiert ist. Dieses Streulicht 24 gelangt zumindest zum Teil an eine ebenfalls innerhalb des Gehäuses 12 angeordnete Empfangseinheit 28. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsvariante, die den Stand der Technik wiedergibt, erfolgt ein Selbsttest des dort dargestellten LiDAR-Sensorsystems 10 anhand der Auswertung des Streulichts 24 innerhalb der Empfangseinheit 28.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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Der Darstellung gemäß 2 ist ein LiDAR-Sensorsystem 10 zu entnehmen, in dessen Gehäuse 12 eine mehrere Laserdioden oder mehrere Gruppen von Laserdioden aufweisende Sendeeinheit 26 angeordnet ist. Des Weiteren befindet sich innerhalb des Gehäuses 12 des LiDAR-Sensorsystems 10 eine Empfangseinheit 28, die als Detektor dient oder einen solchen umfasst. Das Gehäuse 12 ist von der transparenten Abdeckung 14 verschlossen, deren Innenseite mit Bezugszeichen 16 bezeichnet ist und deren Außenseite das Bezugszeichen 18 hat. Innerhalb des Gehäuses 12 befindet sich neben einem ersten, im Wesentlichen stationär angeordneten Umlenkspiegel 46 ein diesem gegenüberliegender zweiter Umlenkspiegel 48. Zwischen diesen beiden Umlenkspiegeln 46, 48 ist ein um eine Drehachse 32, beispielsweise im Drehsinn 34 drehbarer, weiterer Spiegel, insbesondere ein Polygonspiegel 30, angeordnet. Der Polygonspiegel 30 umfasst im vorstehenden Zusammenhang mindestens zwei Facetten oder mindestens zwei Spiegelflächen. Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass in dieser Ausführungsvariante der Polygonspiegel 30 einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweist, eine erste Spiegelfläche 36, eine zweite Spiegelfläche 38, eine dritte Spiegelfläche 40 sowie eine vierte Spiegelfläche 42 umfassend. Die Spiegelflächen 36, 38, 40, 42 sind jeweils in Bezug zueinander um 90° orientiert.
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Aus der Darstellung gemäß 2 geht des Weiteren hervor, dass im dort dargestellten Betriebsmodus „Messbetrieb“ 50 gesendete Strahlung 20 von der Sendeeinheit 26 durch den ersten Umlenkspiegel 46 um 90° abgelenkt wird und parallel zur transparenten Abdeckung 14 auf eine zweite Spiegelfläche 38 des Polygonspiegels 30 trifft. Von dort gelangt die gesendete Strahlung 20 nach außen. Von einem erfassten Objekt reflektierte Strahlung 22, also reflektiertes Licht, tritt über die transparente Abdeckung 14 wieder in das Gehäuse 12 des LiDAR-Sensorsystems 10 ein, wird an der dritten Spiegelfläche 40 umgelenkt und trifft auf die Oberseite des zweiten, innerhalb des Gehäuses 12 angeordneten Umlenkspiegels 48 und von dort auf die Empfangseinheit 28, die als Detektor dient. Im in 2 dargestellten Betriebsmodus „Messbetrieb“ 50 ist ein Lichtpfad zwischen dem ersten stationär innerhalb des Gehäuses 12 angeordneten Umlenkspiegel 46 und dem diesem gegenüberliegenden zweiten, im Wesentlichen stationär angeordneten Umlenkspiegel 48 durch die hier dargestellte Drehlage des um seine Drehachse 32 verdrehbaren Polygonspiegels 30 unterbrochen, so dass das emittierte Licht, d. h. die gesendete Strahlung 20, lediglich aus dem Gehäuse 12 des LiDAR-Sensorsystems 10 austritt.
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Der Darstellung gemäß 3 ist zu entnehmen, dass im Vergleich zum in 2 dargestellten Betriebsmodus „Messbetrieb“ 50, im in 3 dargestellten Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ 52 der Polygonspiegel 30, der zwischen den beiden Umlenkspiegeln 46, 48 angeordnet ist, in eine Drehlage geschwenkt ist, in der ein direkter Lichtpfad 44 zwischen dem ersten Umlenkspiegel 46 und dem zweiten Umlenkspiegel 48 innerhalb des Gehäuses 12 freigegeben ist.
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Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass im Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ 52 des LiDAR-Sensorsystems 10 von der Sendeeinheit 26 gesendete Strahlung 20 ebenfalls am ersten Umlenkspiegel 46 um 90° umgelenkt wird und aufgrund der Drehlageposition des Polygonspiegels 30 direkt parallel zur transparenten Abdeckung 14 auf die Oberseite des zweiten Umlenkspiegels 48 innerhalb des Gehäuses 12 trifft. Von dort trifft die gesendete Strahlung 20, nun umgelenkt, auf die als Detektor dienende Empfangseinheit 28 und kann dort ausgewertet werden.
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In dem in 3 dargestellten Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ 52 kann die Prüfung von Zeitsignalen erfolgen. Im Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ 52 kann beispielsweise für den Fall, dass die Sendeeinheit 26 aus verschiedenen Laserdioden oder Gruppen von Laserdioden zusammengesetzt ist, durch Pulsen unterschiedlicher Gruppierungen von Laserdioden getestet und überprüft werden, ob die erwartete Funktionalität gegeben ist, oder ob sich möglicherweise Vorschädigungen in den Laserdioden eingestellt haben, die einen baldigen Ausfall des LiDAR-Sensorsystems 10 nach sich ziehen könnten. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Möglichkeit, im LiDAR-Sensorsystem 10 einen Selbsttestbetrieb zu implementieren, kann auf das Vorhalten entsprechender Testelemente oder die Verwendung von Streulicht gemäß dem Stand der Technik zum Testen der Funktionalität verzichtet werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann im Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ 52 des LiDAR-Sensorsystems 10 eine sehr einfache Überwachung der Funktionalität von Laserdioden der Sendeeinheit 26 ermöglicht werden, so dass eine Degradation, ein Ausfall oder eine andere sich möglicherweise einstellende Fehlfunktion frühzeitig erkannt werden kann.
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Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass die Bereitstellung des direkten Lichtpfads 44 von der Sendeeinheit 26 über den ersten Umlenkspiegel 46 und den zweiten Umlenkspiegel 48 und von dort zur als Detektor dienenden Empfangseinheit 28 eine doppelte Nutzung von im Gehäuse 12 vorhandenen Komponenten ermöglicht. Für die eigentliche Vermessung von Objekten kann der in 2 dargestellte Betriebsmodus „Messbetrieb“ 50 gewählt werden und bei entsprechender Verdrehung des Polygonspiegels 30 um seine Drehachse 32, beispielsweise im Drehsinn 34, hier im Uhrzeigersinn, kann in den in 3 dargestellten Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ 52 übergegangen werden.
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Anhand der 4 und 5 ist eine mögliche Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen LiDAR-Sensorsystems 10 beschrieben.
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Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass im Gegensatz zu dem LiDAR-Sensorsystem 10, welches anhand der 2 und 3 beschrieben wurde, in der Ausführungsvariante gemäß 4 ein erster Umlenkspiegel 46 fehlt. Die Sendeeinheit 26 ist im Vergleich zur Ausführungsvariante des LiDAR-Sensorsystems 10 gemäß den 2 und 3 verschoben, so dass die gesendete Strahlung 20 unmittelbar auf die zweite Spiegelfläche 38 des um seine Drehachse 32 verdrehbaren Polygonspiegels 30 auftrifft und von dort das in der Darstellung gemäß 4 nicht dargestellte Gehäuse als gesendete Strahlung 20 verlässt. Von einem erfassten Objekt reflektierte Strahlung 22 trifft, wie in 4 dargestellt, in dieser Ausführungsvariante auf die dritte Spiegelfläche 40 auf, wird an dieser in Richtung auf den zweiten Umlenkspiegel 48 umgelenkt und trifft als reflektierte Strahlung 22 auf die als Detektor dienende Empfangseinheit 28 auf.
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Wie aus der Darstellung gemäß 4 hervorgeht, ist auch in dieser Ausführungsvariante der Polygonspiegel 30 um seine Drehachse 32, beispielsweise im Drehsinn 34, drehbar. Auch hier ist der Polygonspiegel 30 im Wesentlichen in einem quadratischen Querschnitt gestaltet, so dass sich an dessen Außenseite die erste Spiegelfläche 36, die zweite Spiegelfläche 38, die dritte Spiegelfläche 40 und die vierte Spiegelfläche 42 bilden, die jeweils zueinander um 90° versetzt orientiert sind.
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Durch die Wahl des Akzeptanzbereichs 54 in Bezug auf die Sendeeinheit 26 kann bei Schrägstellung des Polygonspiegels 30 kein Licht auf direktem Weg von der Sendeeinheit 26 zur als Detektor dienenden Empfangseinheit 28 gelangen. Dennoch kann, wie aus 4 hervorgeht, die gesendete Strahlung 20 das Gehäuse des LiDAR-Sensorsystems 10 verlassen und von Objekten reflektierte Strahlung 22 wieder in das LiDAR-Sensorsystem 10 eintreten.
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Der Darstellung gemäß 5 lässt sich entnehmen, dass in dieser Ausführungsvariante analog zu der Ausführungsvariante des LiDAR-Sensorsystems 10 gemäß 3 der Polygonspiegel 30 um seine Drehachse 32 im Drehsinn 34, hier im Uhrzeigersinn, so verdreht ist, dass hier die zweite Spiegelfläche 38 parallel zur gesendeten Strahlung 20 orientiert ist. Dadurch ergibt sich ein direkter Lichtpfad 44 ausgehend von der Sendeeinheit 26 zum zweiten Umlenkspiegel 48, von wo die gesendete Strahlung 20 auf die als Detektor dienende Empfangseinheit 28 auftrifft. Mithin kann bei entsprechender Verdrehung des Polygonspiegels 30 um seine Drehachse 32, entweder im Drehsinn 34, wie in 5 dargestellt, oder in auch in die entgegengesetzte Drehrichtung, der direkte Lichtpfad 44 zwischen der Sendeeinheit 26 einerseits und der als Detektor dienenden Empfangseinheit 28 andererseits freigegeben werden.
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Analog zur Darstellung gemäß 3 ist durch die Position des Polygonspiegels 30 um seine Drehachse 32 in der Ausführungsvariante gemäß 5 auch hier der Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ 52 möglich, in dessen Rahmen beispielsweise eine Überprüfung von Zeitsignalen vorgenommen werden kann oder die Lichtquelle, d. h. die Sendeeinheit 26, die beispielsweise verschiedene Laserdioden oder Gruppen von Laserdioden umfasst, mit unterschiedlichen Pulsen gepulst werden kann, so dass erwartete Funktionalitäten abgeprüft werden und Degradationen sowie Fehlfunktionen frühzeitig erkannt werden können.
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Den beiden anhand der 2 und 3 beziehungsweise 4 und 5 dargestellten Ausführungsvarianten des LiDAR-Sensorsystems 10 ist gemeinsam, dass diese den verdrehbaren Polygonspiegel 30 umfassen, der entweder den in den 2 und 4 dargestellten Betriebsmodus „Messbetrieb“ 50 ermöglicht, indem eine der Spiegelflächen 36, 38, 40, 42 einen direkten Lichtpfad 44 zwischen der Sendeeinheit 26 und der Empfangseinheit 28 unterbricht oder, wie in den 3 und 4 dargestellt, den direkten Lichtpfad 44 zwischen der Sendeeinheit 26 und der als Detektor dienenden Empfangseinheit 28 freigibt, so dass der Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ 52 realisiert werden kann. In vorteilhafter Weise kann am LiDAR-Sensorsystem 10 der Betriebsmodus „Messbetrieb“ 50 oder der Betriebsmodus „Selbsttestbetrieb“ 52 durchgeführt werden, ohne dass im LiDAR-Sensorsystem 10 gesonderte Testkomponenten vorzuhalten wären.
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In den 6 und 7 ist eine besonders vorteilhafte Variante der Erfindung dargestellt. Die Elemente dieser Figuren entsprechen denen der 2 und 3 mit dem Unterschied, dass hier wegen der gegenüber den 2 und 3 geänderten Position der Empfangseinheit 28 und Sendeeinheit 26 auf die Umlenkspiegel 46 und 48 verzichtet werden kann. Das ist insbesondere deshalb sehr vorteilhaft, da auf diese Weise eine sehr kompakte Bauweise des Lidars möglich ist. Je nach Stellung des Spiegels 30 wird die ausgehende Strahlung durch die Empfangseinheit 28 direkt gemessen (Selbstestbetrieb, 7) oder es wird im Messbetrieb (6) der Spiegel 30 so eingestellt, dass die Empfangseinheit 28 die von den zu erfassenden Objekten reflektierte Strahlung erfasst.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2019197894 A1 [0003]
- DE 102017223340 A1 [0004, 0019]
- DE 102015222061 A1 [0005]
- WO 19197894 A1 [0019]
