WO2019086601A1 - Lidar device for sensing an object in the environment - Google Patents
Lidar device for sensing an object in the environment Download PDFInfo
- Publication number
- WO2019086601A1 WO2019086601A1 PCT/EP2018/079999 EP2018079999W WO2019086601A1 WO 2019086601 A1 WO2019086601 A1 WO 2019086601A1 EP 2018079999 W EP2018079999 W EP 2018079999W WO 2019086601 A1 WO2019086601 A1 WO 2019086601A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- electromagnetic radiation
- lidar device
- transmitter
- optical element
- diffractive optical
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/108—Beam splitting or combining systems for sampling a portion of a beam or combining a small beam in a larger one, e.g. wherein the area ratio or power ratio of the divided beams significantly differs from unity, without spectral selectivity
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/32—Holograms used as optical elements
Definitions
- the present invention relates to a LIDAR device for detecting an object
- DE 10 2015 118 258 B3 discloses a laser scanner with a light emitter for emitting a light beam into a surveillance area, a light receiver for generating a reception signal from the light beam reflected from objects in the surveillance area, a rotatable one
- Motion to scan the monitoring area an internal reference target that reflects the emitted light beam in a first reference rotational position of the high intensity deflection unit and in a second reference rotational position of the low intensity deflection unit within the laser scanner to the light receiver to generate a strong and a weak reference signal, and with an evaluation unit, which is designed to detect objects based on the received signal, as well as to test the functionality of the laser scanner based on the reference signal. Disclosure of the invention
- the present invention is based on a LIDAR device for detecting an object in the environment with at least one transmitter for emitting electromagnetic radiation into the environment; at least one
- Detection optics for receiving electromagnetic radiation contained in the Reflected from the object, and for directing the received electromagnetic radiation to a first detector unit; and at least one unit for functional testing of the transmitter.
- the unit has at least one diffractive optical element and at least one second detector unit with at least one detection unit.
- the transmitter can be designed as a laser, in particular as a laser diode.
- the emitted electromagnetic radiation may be laser light.
- the emitted electromagnetic radiation can be a predetermined
- the transmitter can also comprise at least two lasers, wherein the at least two lasers can emit the electromagnetic radiation in the form of a laser line.
- the at least two lasers can be driven sequentially.
- the detection optics can be designed as an objective in the receive beam path.
- the detection optics may comprise one or more optical lenses.
- the first detector unit may have at least one detection unit.
- a detection unit of the first detector unit can be designed as a photodiode.
- a detection unit of the second detector unit can be designed as a photodiode.
- the advantage of the invention is that the diffractive optical element occupies little space and is flexible in its arrangement within the LIDAR device. Thus, the space of the LI DAR device can be kept small.
- the diffractive optical element is designed to divert a predetermined portion of the emitted electromagnetic radiation to the second detector unit.
- the advantage of this embodiment is that the diffractive optical element is not subject to the limitations of the law of reflection.
- An optical function of the diffractive optical element for example an angle around which the incident light is deflected at a predetermined wavelength, can be freely selected during the production of the diffractive optical element.
- the diffractive optical element can also act in a transmissive or reflective manner on incident light. There is greater freedom in the spatial arrangement of the diffractive optical element within the LI DAR device. It can additional optical functions such as a beam-bundling function cost-effective and space-saving in the
- the at least one predetermined deflection angle depends on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation.
- Detector unit can be deflected.
- the unit is designed to detect the predetermined portion of the emitted electromagnetic radiation as at least one signal and based on the at least one signal, a property of the at least one of the transmitter emitted electromagnetic radiation, in particular a power, an energy, a pulse length and / or a wavelength to determine.
- the functional check may include a performance check, an energy check, a Pulse length check and / or a wavelength check.
- An efficient performance review can be enabled. It can be enabled an efficient energy verification. It can be an efficient one
- Pulse length checking be enabled. It can be an efficient one
- Wavelength checking be enabled. By calibrating the functional verification unit, a reliable functional check of the transmitter can be made possible. This increases the security of the LI DAR device.
- the at least one signal can be used as a trigger signal of the time-of-flight measurement of the LIDAR device.
- the second detector unit has at least two detection units.
- the advantage of this embodiment is that electromagnetic radiation of a first wavelength can be deflected to a first detection unit of the second detector unit. Electromagnetic radiation of a second wavelength can be deflected to a second detection unit of the second detector unit. It can be detected electromagnetic radiation of different wavelengths. Electromagnetic radiation of different wavelengths can be distinguished from each other.
- the LIDAR device further comprises a control unit, which is designed to control the at least one transmitter depending on the specific property.
- the control unit may be connected to the unit for functional testing and to the transmitter.
- Production batch be balanced due to the ambient temperature and / or due to aging. As a result, for example, the
- the control unit can control the at least one transmitter, for example, in such a way that the predetermined by the standard of eye safety Limits regarding the performance of the emitted electromagnetic radiation are met.
- the permissible power can also be dependent on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation.
- the control unit can control the at least one transmitter, for example, in such a way that, when the wavelength of change is detected, the at least one transmitter
- the LIDAR device may further include a
- the control unit can the
- Control temperature control such that the wavelength of the emitted electromagnetic radiation is changed.
- the wavelength can be adapted to a filter in the detection optics in an advantageous manner.
- a narrow-banded filter can be used in the detection optics and the range of the LIDAR device can be improved.
- the LIDAR device further comprises at least one transmitting optics for beam shaping of the electromagnetic radiation emitted by the transmitter.
- the diffractive optical element is arranged on the transmission optics.
- the diffractive optical element can be the predetermined proportion of the emitted
- the advantage of this embodiment is that the reception path with the detection optics and the first detector unit is not influenced by the predetermined proportion of the emitted electromagnetic radiation.
- the LIDAR device further comprises a housing.
- the diffractive optical element is arranged on the housing.
- the diffractive element may in this case be arranged on an inner side of the housing.
- the diffractive element can also be arranged on an outer side of the housing. In this case additional measures are necessary to ensure the scratch resistance of the diffractive element and to protect the diffractive element from dirt.
- the diffractive element is arranged in the housing.
- the diffractive Element can be embedded in a housing composite for this purpose. If a LIDAR device has at least two diffractive elements, they can be arranged on and / or in the housing in different ways.
- the diffractive optical element can reflect the predetermined proportion of the emitted electromagnetic radiation and deflect it by means of at least one predetermined deflection angle to the second detector unit.
- the housing may be made of glass and / or another transparent material for the emitted and received electromagnetic radiation.
- the advantage of this embodiment is that the arrangement of the diffractive optical element on the housing is very flexible. There are many possibilities of arrangement. These arrangements can be specifically adapted to the requirements of the functional verification.
- the diffractive optical element is designed as a holographic optical element, in particular as a volume hologram, as an amplitude hologram and / or as a phase hologram.
- This embodiment is that such a diffractive optical element has an angular and wavelength selectivity. This angular and wavelength selectivity is in particular by a
- the diffractive optical element can be manufactured by printing processes.
- the diffractive optical element may be constructed of thin film material.
- the diffractive optical element can be individually adapted to the LIDAR device.
- the optical properties of the diffractive optical element can be individually adapted to the LIDAR device. For example, the diffraction efficiency of the diffractive optical element in the production can be set such that the predetermined proportion of the emitted
- a protective layer is arranged on the diffractive optical element.
- the protective layer may, for example, comprise a material which has a predetermined temperature coefficient. The material may also be optically transparent to the wavelength of the emitted electromagnetic radiation. If the diffractive element is arranged in the housing, the housing itself may be formed as a protective layer.
- the advantage of this embodiment is that the diffractive optical element can be protected against a change external influences.
- a change in the ambient temperature can have an effect on a lattice structure of the diffractive optical element and thus on the
- the influence of a temperature change on the first diffractive optical element can be compensated by at least one second diffractive optical element, a so-called counter hologram.
- the lattice planes of the first and the at least second diffractive optical element must be arranged mirror-symmetrically.
- the unit for functional testing of the transmitter further comprises at least one block element for shielding the second detector unit
- the advantage of this embodiment is that disturbing secondary radiation such as sunlight can be blocked.
- Function check of the transmitter can be carried out with higher accuracy.
- the LIDAR device may further comprise a movable deflection unit.
- the movable deflection unit may be configured to scan the environment with the emitted, and in particular shaped, electromagnetic radiation during the movement of the deflection unit.
- the deflection unit can be of macroscopic size.
- the transmitter, the detection optics, the detector unit and / or the unit for functional testing of the transmitter can be arranged in a stationary manner.
- the scanning can be carried out in particular with a second portion of the electromagnetic radiation emitted by the light source.
- the second component differs from the predetermined component of the emitted electromagnetic radiation, which can be deflected onto the second detector unit.
- the present invention is further based on a method for
- electromagnetic radiation into the environment by means of at least one transmitter receives electromagnetic radiation reflected in the vicinity of the object by means of at least one detection optics; Directing the received electromagnetic radiation to a first detector unit; and verifying the function of the transmitter by means of at least one unit for functional testing of the transmitter.
- the method comprises the further step of deflecting a predetermined portion of the emitted electromagnetic radiation onto a second detector unit by means of at least one diffractive optical element.
- the method may comprise the further step of beamforming the emitted electromagnetic radiation by means of at least one transmission optical system.
- the method may comprise the further step of scanning the environment with the emitted electromagnetic radiation by means of at least one of
- FIG. 5 different possibilities of arranging the at least one diffractive optical element on a housing or on a transmission optical system of the LIDAR device;
- FIG. 8 Method for controlling a LIDAR device.
- FIGS. 1 to 4 show examples of different embodiments of the invention
- LIDAR device 100 includes a movable deflection unit 112 configured as a unit 112 rotating about a rotation axis 113. On this rotating unit 112, all components of the LIDAR device 100 may be arranged. In a further embodiment, not shown here, the deflection unit 112 can also be movable, wherein further components of the LIDAR device 100 can be arranged in a stationary manner. In the embodiments shown in FIGS. 1 to 4, the LIDAR device 100 has a housing 111 in each case.
- the LIDAR device 100 (see FIGS. 1 to 4) has a transmitter 101.
- the transmitter 101 emits electromagnetic radiation 102, which is shaped by means of a transmission optics 103.
- the transmitting optics 103 may comprise at least one optical lens and / or at least one optical filter.
- Electromagnetic radiation 102 is emitted into the environment of the LIDAR device 100 after beam forming. In the area can the
- the emitted electromagnetic radiation 102 are reflected by an object. Subsequently, the reflected electromagnetic radiation can be received by a detection optics 105 of the LIDAR device 100. The received electromagnetic radiation 104 is detected by the detection optics
- the detection optics 105 may comprise at least one optical lens and / or at least one optical filter. As shown in FIGS. 1 to 4, the detection optics 105 can be designed as an objective in the receive beam path.
- the first detector unit 106 may comprise at least one detection unit. A detection unit can be designed as a photodiode.
- Each of the embodiments of the LIDAR device 100 shown in FIGS. 1 to 4 has a unit 107 for functional testing of the transmitter 101.
- the unit 107 has in each case a diffractive optical element 108 and a second detector unit 109.
- the diffractive optical element 108 can be designed as a holographic optical element, in particular as a volume hologram, as an amplitude hologram and / or as a phase hologram.
- the diffractive optical element 108 may be configured to have a
- the diffractive optical element 108 has an optical grating, on which the predetermined portion 114 is diffracted.
- the optical grating may be designed such that the diffractive optical element 108 has a predetermined diffraction efficiency. In this way, the predetermined proportion 114 of the emitted electromagnetic radiation can be as large as necessary in order to carry out a meaningful functional check, but to be as small as necessary in order to minimize energy loss in the transmission beam path.
- the second detector unit 109 may determine the predetermined portion 114 of the emitted electromagnetic radiation 102 as detect at least one signal and, based on the at least one signal, determine a property of the electromagnetic radiation 102 emitted by the at least one transmitter 101, in particular a power, an energy, a pulse length and / or a wavelength.
- the second detector unit 109 can be connected to a computing unit, which is part of the unit 107 for functional testing of the transmitter 101.
- the at least one signal can be transmitted to a computing unit, which is part of the LIDAR device 100 and which, for example, in addition to
- Signal processing of the signals detected by the first detector unit 106 is formed. For example, upon prior calibration of the LIDAR device 100 in manufacturing and by determining a power of the portion 114 of the emitted electromagnetic radiation 102, the total power of the emitted electromagnetic radiation 102 may be deduced. The same applies to the energy, the pulse length and / or the wavelength.
- the function check unit 107 may further comprise at least one block element 110 for
- Disturbing secondary radiation may additionally or alternatively be reduced by means of an optical filter which is arranged on the housing 111.
- Disturbing, non-pulsed secondary radiation may additionally or alternatively be subtracted from the signals of the pulsed, received electromagnetic radiation.
- the diffractive optical element 108 shown in FIGS. 1 to 4 also has a beam-bundling effect in addition to the deflecting effect.
- the predetermined portion 114 is thus by means of the diffractive optical
- Elements 108 deflected to the second detector unit 109 and focused. There is no additional optics necessary.
- the second detector unit 109 shown in FIGS. 1 and 2 is designed as a detection unit, in particular a photodiode. Due to the beam-collimating effect of the diffractive optical element 108, a small photodiode area can be used. With the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2, in particular a power, an energy and / or a pulse length of the signals emitted by the transmitter 101 can be obtained
- electromagnetic radiation 102 can be determined.
- the second detector unit 109 shown in FIGS. 3 and 4 has three detection units, in particular three photodiodes.
- the first detection unit for a first wavelength ⁇ be sensitive and
- the second detection unit can be sensitive to a second wavelength ⁇ 2 and detect electromagnetic radiation of this wavelength A2.
- the third detection unit can be sensitive to a third wavelength A3 and
- the diffractive optical element 108 shown in FIGS. 3 and 4 may be designed to deflect the predetermined component 114 to the second detector unit 109 by means of at least one predetermined deflection angle, the at least one predetermined deflection angle depending on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102.
- the diffractive optical element 108 may have a lattice structure which causes the predetermined proportion 114 to be deflected by different deflection angles onto the second detector unit 109 depending on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102.
- the predetermined proportion 114 can be deflected to one of the three detection units. From the information which detects at least one signal of the three detection units, the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102 can be deduced. For example, if two detection units provide a signal, the wavelength can also be measured according to the two measured ones
- a protective layer On the diffractive optical element 108 may further be arranged a protective layer. This may be advantageous in particular for the embodiments of the LIDAR device, as shown in FIGS. 3 and 4.
- the LI DAR device 100 further includes a controller 115.
- the controller 115 is connected to the transmitter 101, the first
- Detector unit 106 and the second detector unit 109 connected. It is designed to control the at least one transmitter 101 depending on the specific property.
- the control device 115 may be designed to control the at least one transmitter 101 depending on the specific power, energy, pulse length and / or wavelength of the electromagnetic radiation 102 emitted by the transmitter 101.
- the diffractive optical element is arranged on the inside of the housing 111. In these two embodiments, the diffractive optical element 108 acts
- the diffractive optical element 108 is arranged on the transmission optics 103. In these embodiments shown in FIGS. 2 and 4, the diffractive optical element 108 is arranged on the transmission optics 103. In these embodiments shown in FIGS. 2 and 4, the diffractive optical element 108 is arranged on the transmission optics 103. In these embodiments shown in FIGS. 2 and 4, the diffractive optical element 108 is arranged on the transmission optics 103. In these embodiments shown in FIGS. 2 and 4, the diffractive optical element 108 is arranged on the transmission optics 103.
- the diffractive optical element 108 transmissive acts for the emitted electromagnetic radiation 102.
- the diffractive optical element 108 can deflect the predetermined portion 114 by at least one predetermined deflection angle to the second detector unit 109.
- FIG. 5 shows, by way of example, various possibilities of arranging the at least one diffractive optical element 108 on a housing 111 of the LIDAR device 100.
- the arrangement of the at least one diffractive optical element also results on a transmission optics 103 of the LIDAR device 100.
- the actually curved housing 111 is flat, so to speak, "rolled out” for better illustration
- the housing 111 of the LIDAR device 100 extends from -180 ° to + 180 °.
- One or more diffractive optical elements 108 are arranged on the housing 111.
- FIGS. 5a, 5c, 5d and 5e precisely one diffractive optical element 108 is arranged on the housing 111.
- FIG. 5b two diffractive optical elements 108-1 and 108-2 are on the housing 111
- the diffractive optical elements 108, 108-1 and 108-2 of FIGS. 5a to 5d are respectively arranged in the lower region of the housing 111. This arrangement may be advantageous when the transmitter 101 emits the electromagnetic radiation 102 in a columnar, vertically extended manner over the housing 111.
- Embodiments 5a to 5d differ in what proportion of the field of view a functional check takes place.
- the diffractive optical element 108 extends over a smaller area at 0 ° of the housing 111.
- the functional check of the transmitter 101 may take place once within the field of view of the LIDAR device 100.
- FIG. 1 the diffractive optical element 108 extends over a smaller area at 0 ° of the housing 111.
- the diffractive optical element 108 - 1 extends over a smaller area at -75 ° of the housing 111 and the diffractive optical element 108 - 2 extends over a smaller area at + 75 ° of the housing 111 can take place twice within the field of view of LIDAR device 100 here.
- the diffractive optical element 108 extends over a larger range of -75 ° of the + 75 ° of the housing 111. If the field of view of the LIDAR device 100 is greater
- the diffractive optical element 108 extends over the entire range of -180 ° to + 180 ° of the housing 111. A field of view of 150 ° would thus be able to take place outside the field of view, a function check.
- the diffractive optical element 108, FIG. 5 e, is arranged over a vertical region of the housing 111. This arrangement may be advantageous if the transmitter 101 consists of a plurality of laser diodes, which emit electromagnetic radiation 102 in individual areas of the vertical field of view.
- FIGS. 6a) to 6d) can be correspondingly in each case as a 2-dimensional section through a
- Interference layer is in each case 10 ⁇ .
- the lines 604 represent the grid that arises in each case during the reconstruction of the holograms.
- the field represented by the lines 605 is generated in the reconstruction with the field of defined angles represented by the lines 603.
- Beam 606 respectively indicates the direction of a first plane wave.
- the beam 607 respectively indicates the direction of a second plane wave.
- FIG. 7 shows the relationship between the change in the wavelength 702 of the emitted electromagnetic radiation 102 and the deflection angle
- FIG. 8 shows a method for driving a LIDAR device.
- step 801. electromagnetic becomes
- step 803 Radiation emitted into the environment of the LIDAR device by means of at least one transmitter.
- step 803 beamforming of the emitted electromagnetic radiation takes place by means of transmission optics.
- step 804 a predetermined proportion of the emitted
- Electromagnetic radiation deflected to a second detector unit by means of a diffractive optical element Step 804 is followed by step 808 where a functional check of the transmitter is performed. In this case, a property of the electromagnetic radiation emitted by the transmitter is determined.
- the transmitter becomes dependent controlled by the specific property by means of a control unit.
- step 803 is followed by step 805.
- step 805 the environment of the LIDAR devices is scanned.
- electromagnetic radiation which has been reflected in the environment of the object is received by means of at least one detection optics.
- the received electromagnetic radiation is directed to a first detector unit. After steps 807 and 808, or alternatively after steps 807 and 809, the method is terminated in step 810.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
The invention relates to a LIDAR device (100) for sensing an object in the environment, comprising at least one transmitter (101) for emitting electromagnetic radiation (102) into the environment; at least one detection optical unit (105) for receiving electromagnetic radiation (104) that was reflected in the environment by the object and for directing the received electromagnetic radiation (104) at a first detector unit (106); and at least one unit (107) for the functional testing of the transmitter (101). The core of the invention is that the unit (107) for the functional testing of the transmitter (101) has at least one diffractive optical element (108, 108-1, 108-2) and at least one second detector unit (109) having at least one detection unit.
Description
Beschreibung description
Titel title
LI DAR- Vorrichtung zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung Die vorliegende Erfindung betrifft eine LIDAR-Vorrichtung zur Erfassung eines The present invention relates to a LIDAR device for detecting an object
Objektes in der Umgebung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR- Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängig formulierten Ansprüche. Object in the environment and a method for driving a LIDAR device according to the preamble of independently formulated claims.
Stand der Technik State of the art
Die DE 10 2015 118 258 B3 offenbart einen Laserscanner mit einem Lichtsender zum Aussenden eines Lichtstrahls in einen Überwachungsbereich, einem Lichtempfänger zum Erzeugen eines Empfangssignals aus dem von Objekten in dem Überwachungsbereich remittierten Lichtstrahl, einer drehbaren DE 10 2015 118 258 B3 discloses a laser scanner with a light emitter for emitting a light beam into a surveillance area, a light receiver for generating a reception signal from the light beam reflected from objects in the surveillance area, a rotatable one
Ablenkeinheit zur periodischen Ablenkung des Lichtstrahls, um im Verlauf derDeflection unit for the periodic deflection of the light beam, in the course of
Bewegung den Überwachungsbereich abzutasten, einem internen Referenzziel, dass den ausgesandten Lichtstrahl in einer ersten Referenzdrehstellung der Ablenkeinheit mit hoher Intensität und in einer zweiten Referenzdrehstellung der Ablenkeinheit mit geringer Intensität innerhalb des Laserscanners zu dem Lichtempfänger zurückwirft, um ein starkes und ein schwaches Referenzsignal zu erzeugen, und mit einer Auswertungseinheit, die dafür ausgebildet ist, Objekte anhand des Empfangssignals zu erfassen, sowie die Funktionsfähigkeit des Laserscanners anhand des Referenzsignals zu prüfen. Offenbarung der Erfindung Motion to scan the monitoring area, an internal reference target that reflects the emitted light beam in a first reference rotational position of the high intensity deflection unit and in a second reference rotational position of the low intensity deflection unit within the laser scanner to the light receiver to generate a strong and a weak reference signal, and with an evaluation unit, which is designed to detect objects based on the received signal, as well as to test the functionality of the laser scanner based on the reference signal. Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer LIDAR-Vorrichtung zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung mit wenigstens einem Sender zur Aussendung elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung; wenigstens einer The present invention is based on a LIDAR device for detecting an object in the environment with at least one transmitter for emitting electromagnetic radiation into the environment; at least one
Detektionsoptik zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, die in der
Umgebung vom Objekt reflektiert wurde, und zum Richten der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf eine erste Detektoreinheit; und wenigstens eine Einheit zur Funktionsüberprüfung des Senders. Detection optics for receiving electromagnetic radiation contained in the Reflected from the object, and for directing the received electromagnetic radiation to a first detector unit; and at least one unit for functional testing of the transmitter.
Die Einheit weist zur Funktionsüberprüfung des Senders wenigstens ein diffraktives optisches Element und wenigstens eine zweite Detektoreinheit mit wenigstens einer Detektionseinheit auf. For the function check of the transmitter, the unit has at least one diffractive optical element and at least one second detector unit with at least one detection unit.
Der Sender kann als Laser, insbesondere als Laserdiode, ausgebildet sein. Die ausgesendete elektromagnetische Strahlung kann Laserlicht sein. Die ausgesendete elektromagnetische Strahlung kann eine vorgegebene The transmitter can be designed as a laser, in particular as a laser diode. The emitted electromagnetic radiation may be laser light. The emitted electromagnetic radiation can be a predetermined
Wellenlänge aufweisen. Der Sender kann auch wenigstens zwei Laser umfassen, wobei die wenigstens zwei Laser die elektromagnetische Strahlung in Form einer Laserlinie aussenden können. Die wenigstens zwei Laser können sequenziell angesteuert werden. Have wavelength. The transmitter can also comprise at least two lasers, wherein the at least two lasers can emit the electromagnetic radiation in the form of a laser line. The at least two lasers can be driven sequentially.
Die Detektionsoptik kann als Objektiv im Empfangsstrahlengang ausgebildet sein. Die Detektionsoptik kann eine oder mehrere optische Linsen aufweisen. Die erste Detektoreinheit kann wenigstens eine Detektionseinheit aufweisen. The detection optics can be designed as an objective in the receive beam path. The detection optics may comprise one or more optical lenses. The first detector unit may have at least one detection unit.
Eine Detektionseinheit der ersten Detektoreinheit kann als Fotodiode ausgebildet sein. Eine Detektionseinheit der zweiten Detektoreinheit kann als Fotodiode ausgebildet sein. A detection unit of the first detector unit can be designed as a photodiode. A detection unit of the second detector unit can be designed as a photodiode.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das diffraktive optische Element wenig Bauraum einnimmt und flexibel in seiner Anordnung innerhalb der LIDAR- Vorrichtung ist. Somit kann der Bauraum der LI DAR- Vorrichtung klein gehalten werden. The advantage of the invention is that the diffractive optical element occupies little space and is flexible in its arrangement within the LIDAR device. Thus, the space of the LI DAR device can be kept small.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das diffraktive optische Element dazu ausgebildet ist, einen vorgegebenen Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung auf die zweite Detektoreinheit umzulenken.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass das diffraktive optische Element nicht den Beschränkungen des Reflexionsgesetzes unterliegt. Eine optische Funktion des diffraktiven optischen Elements, zum Beispiel ein Winkel um den einfallendes Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge umgelenkt wird, kann bei der Herstellung des diffraktiven optischen Elements frei gewählt werden. Das diffraktive optische Element kann zudem transmittierend oder reflektierend auf einfallendes Licht wirken. Es ergeben sich größere Freiheiten in der räumlichen Anordnung des diffraktiven optischen Elements innerhalb der LI DAR- Vorrichtung. Es können zusätzliche optische Funktionen wie zum Beispiel eine strahlbündelnde Funktion kostengünstig und platzsparend in dem In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the diffractive optical element is designed to divert a predetermined portion of the emitted electromagnetic radiation to the second detector unit. The advantage of this embodiment is that the diffractive optical element is not subject to the limitations of the law of reflection. An optical function of the diffractive optical element, for example an angle around which the incident light is deflected at a predetermined wavelength, can be freely selected during the production of the diffractive optical element. The diffractive optical element can also act in a transmissive or reflective manner on incident light. There is greater freedom in the spatial arrangement of the diffractive optical element within the LI DAR device. It can additional optical functions such as a beam-bundling function cost-effective and space-saving in the
diffraktiven optischen Element gespeichert werden. be stored diffractive optical element.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das diffraktive optische Element dazu ausgebildet ist, den vorgegebenen Anteil mittels wenigstens eines vorgegebenen Umlenkwinkels auf die zweite In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the diffractive optical element is designed to the predetermined proportion by means of at least one predetermined deflection angle to the second
Detektoreinheit umzulenken. Hierbei hängt der wenigstens eine vorgegebene Umlenkwinkel von der Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung ab. To redirect the detector unit. In this case, the at least one predetermined deflection angle depends on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass elektromagnetische The advantage of this embodiment is that electromagnetic
Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen bei gleichen oder unterschiedlichen Einfallswinkeln über unterschiedliche Umlenkwinkel auf die zweite Radiation of different wavelengths at the same or different angles of incidence over different deflection angle to the second
Detektoreinheit umgelenkt werden können. Detector unit can be deflected.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einheit dazu ausgebildet ist, den vorgegebenen Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung als wenigstens ein Signal zu detektieren und anhand des wenigstens einen Signals eine Eigenschaft der von dem wenigstens einen vom Sender ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung, insbesondere eine Leistung, eine Energie, eine Pulslänge und/oder eine Wellenlänge, zu bestimmen. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the unit is designed to detect the predetermined portion of the emitted electromagnetic radiation as at least one signal and based on the at least one signal, a property of the at least one of the transmitter emitted electromagnetic radiation, in particular a power, an energy, a pulse length and / or a wavelength to determine.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine effiziente The advantage of this embodiment is that an efficient
Funktionsüberprüfung des Senders ermöglicht wird. Die Funktionsüberprüfung kann eine Leistungsüberprüfung, eine Energieüberprüfung, eine
Pulslängenüberprüfung und/oder eine Wellenlängenüberprüfung sein. Es kann eine effiziente Leistungsüberprüfung ermöglicht werden. Es kann eine effiziente Energieüberprüfung ermöglicht werden. Es kann eine effiziente Function check of the transmitter is enabled. The functional check may include a performance check, an energy check, a Pulse length check and / or a wavelength check. An efficient performance review can be enabled. It can be enabled an efficient energy verification. It can be an efficient one
Pulslängenüberprüfung ermöglicht werden. Es kann eine effiziente Pulse length checking be enabled. It can be an efficient one
Wellenlängenüberprüfung ermöglicht werden. Durch Kalibrierung der Einheit zur Funktionsüberprüfung kann eine zuverlässige Funktionsüberprüfung des Senders ermöglicht werden. Dies erhöht die Sicherheit der LI DAR- Vorrichtung. Das wenigstens eine Signal kann als Triggersignal der Time-of-Flight-Messung der LIDAR-Vorrichtung genutzt werden. Wavelength checking be enabled. By calibrating the functional verification unit, a reliable functional check of the transmitter can be made possible. This increases the security of the LI DAR device. The at least one signal can be used as a trigger signal of the time-of-flight measurement of the LIDAR device.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Detektoreinheit wenigstens zwei Detektionseinheiten aufweist. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the second detector unit has at least two detection units.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge auf eine erste Detektionseinheit der zweiten Detektoreinheit umgelenkt werden kann. Elektromagnetische Strahlung einer zweiten Wellenlänge kann auf eine zweite Detektionseinheit der zweiten Detektoreinheit umgelenkt werden. Es kann elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen erfasst werden. Elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen kann voneinander unterschieden werden. The advantage of this embodiment is that electromagnetic radiation of a first wavelength can be deflected to a first detection unit of the second detector unit. Electromagnetic radiation of a second wavelength can be deflected to a second detection unit of the second detector unit. It can be detected electromagnetic radiation of different wavelengths. Electromagnetic radiation of different wavelengths can be distinguished from each other.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die LIDAR-Vorrichtung weiterhin ein Steuergerät aufweist, welches dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Sender abhängig von der bestimmten Eigenschaft anzusteuern. Hierzu kann das Steuergerät mit der Einheit zur Funktionsüberprüfung und mit dem Sender verbunden sein. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the LIDAR device further comprises a control unit, which is designed to control the at least one transmitter depending on the specific property. For this purpose, the control unit may be connected to the unit for functional testing and to the transmitter.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass Schwankungen des Lasers ausgeglichen werden können. So können Schwankungen aufgrund der The advantage of this embodiment is that fluctuations of the laser can be compensated. So can fluctuations due to the
Produktionscharge, aufgrund der Umgebungstemperatur und/oder aufgrund von Alterung ausgeglichen werden. Hierdurch kann beispielsweise die Production batch, be balanced due to the ambient temperature and / or due to aging. As a result, for example, the
Augensicherheit der LIDAR-Vorrichtung sichergestellt werden. Eye safety of LIDAR device can be ensured.
Das Steuergerät kann den wenigstens einen Sender zum Beispiel derart ansteuern, dass die durch die Norm der Augensicherheit vorgegebenen
Grenzwerte bezüglich der Leistung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung eingehalten werden. Die zulässige Leistung kann hierbei auch von der Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung abhängig sein. Das Steuergerät kann den wenigstens einen Sender zum Beispiel derart ansteuern, dass bei einer erfassten Änderung der Wellenlänge der The control unit can control the at least one transmitter, for example, in such a way that the predetermined by the standard of eye safety Limits regarding the performance of the emitted electromagnetic radiation are met. The permissible power can also be dependent on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation. The control unit can control the at least one transmitter, for example, in such a way that, when the wavelength of change is detected, the at least one transmitter
ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung die Leistung derart angepasst wird, dass die durch die Norm der Augensicherheit vorgegebenen Grenzwerte eingehalten werden. Die LIDAR-Vorrichtung kann weiterhin eine emitted electromagnetic radiation, the power is adjusted so that the prescribed by the standard of eye safety limits are met. The LIDAR device may further include a
Temperaturregelung des Senders aufweisen. Das Steuergerät kann die Have temperature control of the transmitter. The control unit can the
Temperaturregelung derart ansteuern, dass die Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung verändert wird. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Wellenlänge auf einen Filter in der Detektionsoptik angepasst werden. Hierdurch kann ein schmalbaldiger Filter in der Detektionsoptik verwendet und die Reichweite der LIDAR-Vorrichtung verbessert werden. Control temperature control such that the wavelength of the emitted electromagnetic radiation is changed. As a result, the wavelength can be adapted to a filter in the detection optics in an advantageous manner. As a result, a narrow-banded filter can be used in the detection optics and the range of the LIDAR device can be improved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die LIDAR-Vorrichtung weiterhin wenigstens eine Sendeoptik zur Strahlformung der vom Sender ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung aufweist. Das diffraktive optische Element ist auf der Sendeoptik angeordnet. Das diffraktive optische Element kann den vorgegebenen Anteil der ausgesendeten In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the LIDAR device further comprises at least one transmitting optics for beam shaping of the electromagnetic radiation emitted by the transmitter. The diffractive optical element is arranged on the transmission optics. The diffractive optical element can be the predetermined proportion of the emitted
elektromagnetischen Strahlung transmittieren und mittels wenigstens eines vorgegebenen Umlenkwinkels auf die zweite Detektoreinheit umlenken. transmit electromagnetic radiation and deflect by means of at least one predetermined deflection angle to the second detector unit.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Empfangspfad mit der Detektionsoptik und der ersten Detektoreinheit nicht durch den vorgegebenen Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung beeinflusst wird. The advantage of this embodiment is that the reception path with the detection optics and the first detector unit is not influenced by the predetermined proportion of the emitted electromagnetic radiation.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die LIDAR-Vorrichtung weiterhin ein Gehäuse aufweist. Das diffraktive optische Element ist am Gehäuse angeordnet. Das diffraktive Element kann hierbei auf einer Innenseite des Gehäuses angeordnet sein. Das diffraktive Element kann auch auf einer Außenseite des Gehäuses angeordnet sein. In diesem Fall sind zusätzliche Vorkehrungen nötig, um die Kratzfestigkeit des diffraktiven Elements zu gewährleisten und um das diffraktive Element vor Schmutz zu schützen. Alternativ ist das diffraktive Element im Gehäuse angeordnet. Das diffraktive
Element kann hierfür in einen Gehäuseverbund eingebettet sein. Weist eine LIDAR-Vorrichtung wenigstens zwei diffraktive Elemente auf, so können diese auf unterschiedliche Weise am und/oder im Gehäuse angeordnet sein. Das diffraktive optische Element kann den vorgegebenen Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung reflektieren und mittels wenigstens eines vorgegebenen Umlenkwinkels auf die zweite Detektoreinheit umlenken. Das Gehäuse kann aus Glas und/oder einem anderen für die ausgesendete und empfangene elektromagnetische Strahlung transparenten Material bestehen. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the LIDAR device further comprises a housing. The diffractive optical element is arranged on the housing. The diffractive element may in this case be arranged on an inner side of the housing. The diffractive element can also be arranged on an outer side of the housing. In this case additional measures are necessary to ensure the scratch resistance of the diffractive element and to protect the diffractive element from dirt. Alternatively, the diffractive element is arranged in the housing. The diffractive Element can be embedded in a housing composite for this purpose. If a LIDAR device has at least two diffractive elements, they can be arranged on and / or in the housing in different ways. The diffractive optical element can reflect the predetermined proportion of the emitted electromagnetic radiation and deflect it by means of at least one predetermined deflection angle to the second detector unit. The housing may be made of glass and / or another transparent material for the emitted and received electromagnetic radiation.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Anordnung des diffraktiven optischen Elements auf dem Gehäuse sehr flexibel ist. Es ergeben sich vielfältige Möglichkeiten der Anordnung. Diese Anordnungen lassen gezielt sich auf die Anforderungen an die Funktionsüberprüfung anpassen. The advantage of this embodiment is that the arrangement of the diffractive optical element on the housing is very flexible. There are many possibilities of arrangement. These arrangements can be specifically adapted to the requirements of the functional verification.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das diffraktive optische Element als holographisches optisches Element, insbesondere als Volumenhologramm, als Amplitudenhologramm und/oder als Phasenhologramme ausgebildet ist. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the diffractive optical element is designed as a holographic optical element, in particular as a volume hologram, as an amplitude hologram and / or as a phase hologram.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass solch ein diffraktives optisches Element eine Winkel- und Wellenlängenselektivität aufweist. Diese Winkel- und Wellenlängenselektivität wird insbesondere durch eine The advantage of this embodiment is that such a diffractive optical element has an angular and wavelength selectivity. This angular and wavelength selectivity is in particular by a
Volumenmodulation erreicht. Außerdem kann das diffraktive optische Element durch Druckverfahren hergestellt werden. Das diffraktive optische Element kann aus dünnem Folienmaterial aufgebaut sein. Das diffraktive optische Element kann individuell an die LIDAR-Vorrichtung angepasst werden. Insbesondere können die optischen Eigenschaften des diffraktiven optischen Elements individuell an die LIDAR-Vorrichtung angepasst werden. Beispielsweise kann die Beugungseffizienz des diffraktiven optischen Elements bei der Herstellung derart eingestellt werden, dass der vorgegebene Anteil der ausgesendeten Volume modulation achieved. In addition, the diffractive optical element can be manufactured by printing processes. The diffractive optical element may be constructed of thin film material. The diffractive optical element can be individually adapted to the LIDAR device. In particular, the optical properties of the diffractive optical element can be individually adapted to the LIDAR device. For example, the diffraction efficiency of the diffractive optical element in the production can be set such that the predetermined proportion of the emitted
elektromagnetischen Strahlung so groß wie nötig ist, um eine aussagekräftige Funktionsüberprüfung durchzuführen, jedoch so gering wie nötig um einen Energieverlust im Sendestrahlengang gering zu halten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf dem diffraktiven optischen Element eine Schutzschicht angeordnet ist. Die Schutzschicht kann beispielsweise ein Material aufweisen, welches einen vorgegebenen Temperaturkoeffizienten aufweist. Das Material kann weiterhin für die Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung optisch transparent sein. Ist das diffraktive Element im Gehäuse angeordnet, kann das Gehäuse selber als Schutzschicht ausgebildet sein. electromagnetic radiation is as large as necessary to perform a meaningful functional check, but as small as necessary to keep energy loss in the transmit beam path low. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that a protective layer is arranged on the diffractive optical element. The protective layer may, for example, comprise a material which has a predetermined temperature coefficient. The material may also be optically transparent to the wavelength of the emitted electromagnetic radiation. If the diffractive element is arranged in the housing, the housing itself may be formed as a protective layer.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass das diffraktive optische Element vor einer Veränderung äußerliche Einflüsse geschützt werden kann. So kann zum Beispiel eine Änderung der Umgebungstemperatur einen Einfluss auf eine Gitterstruktur des diffraktiven optischen Elements und somit auf die The advantage of this embodiment is that the diffractive optical element can be protected against a change external influences. For example, a change in the ambient temperature can have an effect on a lattice structure of the diffractive optical element and thus on the
Funktionsüberprüfung des Senders haben. Der Einfluss ist hierbei stark vom diffraktiven optischen Element selbst abhängig, zum Beispiel vom Function check of the transmitter have. The influence here depends strongly on the diffractive optical element itself, for example from
Hologrammtyp, der Geometrie, dem Verbundmaterial, dem Substratmaterial etc. Durch eine geeignete Anordnung der Schutzschicht auf dem diffraktiven optischen Element kann der Einfluss zum Beispiel einer Temperaturänderung deutlich verringert werden. Die Funktionsüberprüfung des Senders kann somit mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden. Hologram type, the geometry, the composite material, the substrate material, etc. By a suitable arrangement of the protective layer on the diffractive optical element, the influence, for example, a temperature change can be significantly reduced. The function check of the transmitter can thus be carried out with higher accuracy.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Einheit zur It can be provided in particular that the unit for
Funktionsüberprüfung des Senders wenigstens zwei diffraktive optische Function check of the transmitter at least two diffractive optical
Elemente aufweist. Hierdurch kann der Einfluss einer Temperaturänderung auf das erste diffraktive optische Element durch mindestens ein zweites diffraktives optisches Element, ein sogenanntes Gegenhologramm, kompensiert werden. Dabei müssen die Gitterebenen des ersten und des mindestens zweiten diffraktiven optischen Elements spiegelsymmetrisch angeordnet sein. Weiterhin ist es bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft, wenn die zwei diffraktiven optischen Elemente im Betrieb der LIDAR-Vorrichtung gleichen oder ähnlichen Has elements. In this way, the influence of a temperature change on the first diffractive optical element can be compensated by at least one second diffractive optical element, a so-called counter hologram. In this case, the lattice planes of the first and the at least second diffractive optical element must be arranged mirror-symmetrically. Furthermore, it is advantageous in this embodiment if the two diffractive optical elements in the operation of the LIDAR device are the same or similar
Temperaturänderungen ausgesetzt sind. Temperature changes are exposed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einheit zur Funktionsüberprüfung des Senders weiterhin wenigstens ein Blockelement zur Abschirmung der zweiten Detektoreinheit vor In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the unit for functional testing of the transmitter further comprises at least one block element for shielding the second detector unit
Sekundärstrahlung aufweist.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass störende Sekundärstrahlung wie zum Beispiel Sonnenlicht abgeblockt werden kann. Die Having secondary radiation. The advantage of this embodiment is that disturbing secondary radiation such as sunlight can be blocked. The
Funktionsüberprüfung des Senders kann dadurch mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden. Function check of the transmitter can be carried out with higher accuracy.
Die LIDAR-Vorrichtung kann weiterhin eine bewegliche Ablenkeinheit aufweisen. Die bewegliche Ablenkeinheit kann derart gestaltet sein, um im Verlauf einer Bewegung der Ablenkeinheit die Umgebung mit der ausgesendeten, und insbesondere geformten, elektromagnetischen Strahlung abzutasten. Die Ablenkeinheit kann von makroskopischer Größe sein. Es können in einer Ausführungsform der Sender, die Detektionsoptik, die Detektoreinheit und/oder die Einheit zur Funktionsüberprüfung des Senders ortsfest angeordnet sein. Es können in einer alternativen Ausführungsform die Ablenkeinheit, der Sender, die Detektionsoptik, die Detektoreinheit und/oder die Einheit zur The LIDAR device may further comprise a movable deflection unit. The movable deflection unit may be configured to scan the environment with the emitted, and in particular shaped, electromagnetic radiation during the movement of the deflection unit. The deflection unit can be of macroscopic size. In one embodiment, the transmitter, the detection optics, the detector unit and / or the unit for functional testing of the transmitter can be arranged in a stationary manner. In an alternative embodiment, the deflection unit, the transmitter, the detection optics, the detector unit and / or the unit for
Funktionsüberprüfung des Senders beweglich auf einer rotierenden Einheit der LIDAR-Vorrichtung angeordnet sein. Das Abtasten kann insbesondere mit einem zweiten Anteil der von der Lichtquelle ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung erfolgen. Der zweite Anteil unterscheidet sich hierbei von dem vorgegebenen Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung, welcher auf die zweite Detektoreinheit umgelenkt werden kann. Function check of the transmitter to be arranged movably on a rotating unit of the LIDAR device. The scanning can be carried out in particular with a second portion of the electromagnetic radiation emitted by the light source. The second component differs from the predetermined component of the emitted electromagnetic radiation, which can be deflected onto the second detector unit.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur The present invention is further based on a method for
Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung mit den Schritten: Aussendung Activation of a LIDAR device with the steps: emission
elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung mittels wenigstens eines Senders; Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, die in der Umgebung vom Objekt reflektiert wurde, mittels wenigstens einer Detektionsoptik; Richten der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf eine erste Detektoreinheit; und Überprüfen der Funktion des Senders mittels wenigstens einer Einheit zur Funktionsüberprüfung des Senders. electromagnetic radiation into the environment by means of at least one transmitter; Receiving electromagnetic radiation reflected in the vicinity of the object by means of at least one detection optics; Directing the received electromagnetic radiation to a first detector unit; and verifying the function of the transmitter by means of at least one unit for functional testing of the transmitter.
Erfindungsgemäß weist das Verfahren den weiteren Schritt des Umlenkens eines vorgegebenen Anteils der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung auf eine zweite Detektoreinheit mittels wenigstens eines diffraktive optischen Elements auf.
Das Verfahren kann den weiteren Schritt der Strahlformung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels wenigstens einer Sendeoptik aufweisen. Das Verfahren kann den weiteren Schritt des Abtastens der Umgebung mit der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels wenigstens einerAccording to the invention, the method comprises the further step of deflecting a predetermined portion of the emitted electromagnetic radiation onto a second detector unit by means of at least one diffractive optical element. The method may comprise the further step of beamforming the emitted electromagnetic radiation by means of at least one transmission optical system. The method may comprise the further step of scanning the environment with the emitted electromagnetic radiation by means of at least one of
Ablenkeinheit aufweisen. Have deflection.
Zeichnungen Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen: Drawings Several exemplary embodiments of the present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the figures indicate the same or equivalent elements. Show it:
Figur 1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen der LI DAR- Vorrichtung; Figure 1 to 4 different embodiments of the LI DAR device;
Figur 5 verschiedene Möglichkeiten der Anordnung des wenigstens einen diffraktiven optischen Elements auf einem Gehäuse oder auf einer Sendeoptik der LIDAR-Vorrichtung; FIG. 5 different possibilities of arranging the at least one diffractive optical element on a housing or on a transmission optical system of the LIDAR device;
Figur 6 Gitterebenen von Transmissionshologrammen mit verschiedenen Figure 6 lattice planes of transmission holograms with different
Geometrien; geometries;
Figur 7 Zusammenhang zwischen Wellenlängenänderung und Figure 7 relationship between wavelength change and
Umlenkwinkel eines diffraktiven optischen Elements; Deflection angle of a diffractive optical element;
Figur 8 Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung. FIG. 8 Method for controlling a LIDAR device.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen beispielhaft verschiedene Ausführungsformen derFIGS. 1 to 4 show examples of different embodiments of the invention
LIDAR-Vorrichtung 100. In jeder der hier gezeigten Ausführungsformen weist die LIDAR-Vorrichtung 100 eine bewegliche Ablenkeinheit 112 auf, welche als um eine Rotationsachse 113 rotierende Einheit 112 ausgebildet ist. Auf dieser rotierenden Einheit 112 können alle Komponenten der LIDAR-Vorrichtung 100 angeordnet sein. In einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Ablenkeinheit 112 ebenso beweglich sein, wobei weitere Komponenten der LIDAR-Vorrichtung 100 ortsfest angeordnet sein können. Bei den in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen weist die LIDAR-Vorrichtung 100 jeweils ein Gehäuse 111 auf.
Die LIDAR-Vorrichtung 100 (siehe Figur 1 bis 4) weist einen Sender 101 auf. Der Sender 101 sendet elektromagnetische Strahlung 102 aus, welche mittels einer Sendeoptik 103 geformt wird. Die Sendeoptik 103 kann wenigstens eine optische Linse und/oder wenigstens einen optischen Filter aufweisen. Die LIDAR device 100. In each of the embodiments shown here, LIDAR device 100 includes a movable deflection unit 112 configured as a unit 112 rotating about a rotation axis 113. On this rotating unit 112, all components of the LIDAR device 100 may be arranged. In a further embodiment, not shown here, the deflection unit 112 can also be movable, wherein further components of the LIDAR device 100 can be arranged in a stationary manner. In the embodiments shown in FIGS. 1 to 4, the LIDAR device 100 has a housing 111 in each case. The LIDAR device 100 (see FIGS. 1 to 4) has a transmitter 101. The transmitter 101 emits electromagnetic radiation 102, which is shaped by means of a transmission optics 103. The transmitting optics 103 may comprise at least one optical lens and / or at least one optical filter. The
elektromagnetische Strahlung 102 wird nach der Strahlformung in die Umgebung der LIDAR-Vorrichtung 100 ausgesendet. In der Umgebung kann die Electromagnetic radiation 102 is emitted into the environment of the LIDAR device 100 after beam forming. In the area can the
ausgesendete elektromagnetische Strahlung 102 von einem Objekt reflektiert werden. Anschließend kann die reflektierte elektromagnetische Strahlung von einer Detektionsoptik 105 der LIDAR-Vorrichtung 100 empfangen werden. Die empfangene elektromagnetische Strahlung 104 wird mittels der Detektionsoptikemitted electromagnetic radiation 102 are reflected by an object. Subsequently, the reflected electromagnetic radiation can be received by a detection optics 105 of the LIDAR device 100. The received electromagnetic radiation 104 is detected by the detection optics
105 auf eine erste Detektoreinheit 106 gerichtet. Die Detektionsoptik 105 kann wenigstens eine optische Linse und/oder wenigstens einen optischen Filter aufweisen. Die Detektionsoptik 105 kann wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt als Objektiv im Empfangsstrahlengang ausgebildet sein. Die erste Detektoreinheit 106 kann wenigstens eine Detektionseinheit aufweisen. Eine Detektionseinheit kann als Fotodiode ausgebildet sein. 105 directed to a first detector unit 106. The detection optics 105 may comprise at least one optical lens and / or at least one optical filter. As shown in FIGS. 1 to 4, the detection optics 105 can be designed as an objective in the receive beam path. The first detector unit 106 may comprise at least one detection unit. A detection unit can be designed as a photodiode.
Jede der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform der LIDAR- Vorrichtung 100 weist eine Einheit 107 zur Funktionsüberprüfung des Senders 101 auf. Die Einheit 107 weist jeweils ein diffraktives optisches Element 108 und eine zweite Detektoreinheit 109 auf. Das diffraktive optische Element 108 kann als holographisches optisches Element, insbesondere als Volumenhologramm, als Amplitudenhologramm und/oder als Phasenhologramm ausgebildet sein. Das diffraktive optische Element 108 kann dazu ausgebildet sein, einen Each of the embodiments of the LIDAR device 100 shown in FIGS. 1 to 4 has a unit 107 for functional testing of the transmitter 101. The unit 107 has in each case a diffractive optical element 108 and a second detector unit 109. The diffractive optical element 108 can be designed as a holographic optical element, in particular as a volume hologram, as an amplitude hologram and / or as a phase hologram. The diffractive optical element 108 may be configured to have a
vorgegebenen Anteil 114 der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 auf die zweite Detektoreinheit 109 umzulenken. Hierfür weist das diffraktive optische Element 108 ein optisches Gitter auf, an dem der vorgegebene Anteil 114 gebeugt wird. Bei der Herstellung des diffraktiven optischen Elements 108 kann das optische Gitter derart entworfen werden, dass das diffraktive optische Element 108 eine vorgegebene Beugungseffizienz aufweist. Hierdurch kann der vorgegebene Anteil 114 der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung so groß wie nötig, um eine aussagekräftige Funktionsüberprüfung durchzuführen, jedoch so gering wie nötig, um einen Energieverlust im Sendestrahlengang gering zu halten, sein. Die zweite Detektoreinheit 109 kann den vorgegebenen Anteil 114 der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 als
wenigstens ein Signal detektieren und anhand des wenigstens einen Signals eine Eigenschaft der von dem wenigstens einen Sender 101 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102, insbesondere eine Leistung, eine Energie, eine Pulslänge und/oder eine Wellenlänge bestimmen. Hierfür kann die zweite Detektoreinheit 109 mit einer Recheneinheit verbunden sein, welche Teil der Einheit 107 zur Funktionsüberprüfung des Senders 101 ist. Alternativ kann das wenigstens eine Signal an eine Recheneinheit übermittelt werden, welche Teil der LIDAR-Vorrichtung 100 ist und welche beispielsweise zusätzlich zur predetermined proportion 114 of the emitted electromagnetic radiation 102 to the second detector unit 109 to redirect. For this purpose, the diffractive optical element 108 has an optical grating, on which the predetermined portion 114 is diffracted. In manufacturing the diffractive optical element 108, the optical grating may be designed such that the diffractive optical element 108 has a predetermined diffraction efficiency. In this way, the predetermined proportion 114 of the emitted electromagnetic radiation can be as large as necessary in order to carry out a meaningful functional check, but to be as small as necessary in order to minimize energy loss in the transmission beam path. The second detector unit 109 may determine the predetermined portion 114 of the emitted electromagnetic radiation 102 as detect at least one signal and, based on the at least one signal, determine a property of the electromagnetic radiation 102 emitted by the at least one transmitter 101, in particular a power, an energy, a pulse length and / or a wavelength. For this purpose, the second detector unit 109 can be connected to a computing unit, which is part of the unit 107 for functional testing of the transmitter 101. Alternatively, the at least one signal can be transmitted to a computing unit, which is part of the LIDAR device 100 and which, for example, in addition to
Signalverarbeitung der von der ersten Detektoreinheit 106 detektierten Signale ausgebildet ist. Zum Beispiel kann bei vorheriger Kalibrierung der LIDAR- Vorrichtung 100 in der Fertigung und durch Bestimmung einer Leistung des Anteils 114 der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 auf die Gesamtleistung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 rückgeschlossen werden. Gleiches gilt für die Energie, die Pulslänge und/oder die Wellenlänge. Signal processing of the signals detected by the first detector unit 106 is formed. For example, upon prior calibration of the LIDAR device 100 in manufacturing and by determining a power of the portion 114 of the emitted electromagnetic radiation 102, the total power of the emitted electromagnetic radiation 102 may be deduced. The same applies to the energy, the pulse length and / or the wavelength.
Wie in den Figuren 1, 2 und 4 beispielhaft gezeigt, kann die Einheit 107 zur Funktionsüberprüfung weiterhin wenigstens ein Blockelement 110 zur As shown by way of example in FIGS. 1, 2 and 4, the function check unit 107 may further comprise at least one block element 110 for
Abschirmung der zweiten Detektoreinheit 109 vor Sekundärstrahlung aufweisen. Hierdurch kann verhindert werden, dass die Funktionsüberprüfung zum Beispiel durch Sonnenlicht gestört wird. Störende Sekundärstrahlung kann zusätzlich oder alternativ mittels eines optischen Filters, welcher auf dem Gehäuse 111 angeordnet ist, reduziert werden. Störende, nicht-gepulste Sekundärstrahlung kann zusätzlich oder alternativ von den Signalen der gepulsten, empfangenen elektromagnetischer Strahlung abgezogen werden. Shielding of the second detector unit 109 from secondary radiation. This can prevent the functional check from being disturbed, for example, by sunlight. Disturbing secondary radiation may additionally or alternatively be reduced by means of an optical filter which is arranged on the housing 111. Disturbing, non-pulsed secondary radiation may additionally or alternatively be subtracted from the signals of the pulsed, received electromagnetic radiation.
Das in den Figuren 1 bis 4 gezeigte diffraktive optische Element 108 weist zusätzlich zu der umlenkenden Wirkung auch eine strahlbündelnde Wirkung auf. Der vorgegebene Anteil 114 wird somit mittels des diffraktiven optischen The diffractive optical element 108 shown in FIGS. 1 to 4 also has a beam-bundling effect in addition to the deflecting effect. The predetermined portion 114 is thus by means of the diffractive optical
Elements 108 auf die zweite Detektoreinheit 109 umgelenkt und fokussiert. Es ist keine zusätzliche Optik notwendig. Elements 108 deflected to the second detector unit 109 and focused. There is no additional optics necessary.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte zweite Detektoreinheit 109 ist als eine Detektionseinheit, insbesondere eine Fotodiode, ausgebildet. Durch die strahlbündelnde Wirkung des diffraktiven optischen Elements 108 kann eine
kleine Fotodiodenfläche genutzt werden. Mit den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen kann insbesondere eine Leistung, eine Energie und/oder eine Pulslänge der von dem Sender 101 ausgesendeten The second detector unit 109 shown in FIGS. 1 and 2 is designed as a detection unit, in particular a photodiode. Due to the beam-collimating effect of the diffractive optical element 108, a small photodiode area can be used. With the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2, in particular a power, an energy and / or a pulse length of the signals emitted by the transmitter 101 can be obtained
elektromagnetischen Strahlung 102 bestimmt werden. electromagnetic radiation 102 can be determined.
Die in den Figuren 3 und 4 gezeigte zweite Detektoreinheit 109 weist drei Detektionseinheiten, insbesondere drei Fotodioden, auf. Hierbei kann die erste Detektionseinheit für eine erste Wellenlänge λι sensitiv sein und The second detector unit 109 shown in FIGS. 3 and 4 has three detection units, in particular three photodiodes. Here, the first detection unit for a first wavelength λι be sensitive and
elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlänge Ai detektieren. Hierbei kann die zweite Detektionseinheit für eine zweite Wellenlänge λ2 sensitiv sein und elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlänge A2 detektieren. Hierbei kann die dritte Detektionseinheit für eine dritte Wellenlänge A3 sensitiv sein und detect electromagnetic radiation of this wavelength Ai. In this case, the second detection unit can be sensitive to a second wavelength λ2 and detect electromagnetic radiation of this wavelength A2. In this case, the third detection unit can be sensitive to a third wavelength A3 and
elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlänge As detektieren. Das in den Figuren 3 und 4 gezeigte diffraktive optische Element 108 kann dazu ausgebildet sein, den vorgegebenen Anteil 114 mittels wenigstens eines vorgegebenen Umlenkwinkels auf die zweite Detektoreinheit 109 umzulenken, wobei der wenigstens eine vorgegebene Umlenkwinkel von der Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 abhängt. Das diffraktive optische Element 108 kann eine Gitterstruktur aufweisen, die bewirkt, dass der vorgegebene Anteil 114 abhängig von der Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 um verschiedene Umlenkwinkel auf die zweite Detektoreinheit 109 umgelenkt wird. Abhängig von der Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 kann der vorgegebene Anteil 114 auf eine der drei Detektionseinheiten umgelenkt werden. Aus der Information welche der drei Detektionseinheiten wenigstens ein Signal detektiert, kann auf die Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 rückgeschlossen werden. Liefern zum Beispiel zwei Detektionseinheiten ein Signal, kann die Wellenlänge auch entsprechend der zwei gemessenen detect electromagnetic radiation of this wavelength As. The diffractive optical element 108 shown in FIGS. 3 and 4 may be designed to deflect the predetermined component 114 to the second detector unit 109 by means of at least one predetermined deflection angle, the at least one predetermined deflection angle depending on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102. The diffractive optical element 108 may have a lattice structure which causes the predetermined proportion 114 to be deflected by different deflection angles onto the second detector unit 109 depending on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102. Depending on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102, the predetermined proportion 114 can be deflected to one of the three detection units. From the information which detects at least one signal of the three detection units, the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102 can be deduced. For example, if two detection units provide a signal, the wavelength can also be measured according to the two measured ones
Leistungsanteile interpoliert werden. Performance components are interpolated.
Auf dem diffraktiven optischen Element 108 kann weiterhin eine Schutzschicht angeordnet sein. Dies kann insbesondere für die Ausführungsformen der LIDAR- Vorrichtung, wie sie in den Figuren 3 und 4 gezeigt sind, vorteilhaft sein. On the diffractive optical element 108 may further be arranged a protective layer. This may be advantageous in particular for the embodiments of the LIDAR device, as shown in FIGS. 3 and 4.
Änderungen der Gitterstruktur des diffraktiven optischen Elements 108, welche bei Temperaturänderungen auftreten können, werden vermieden. Die
Wellenlängenüberprüfung kann mit größerer Zuverlässigkeit durchgeführt werden. Changes in the grating structure of the diffractive optical element 108, which can occur with temperature changes, are avoided. The Wavelength checking can be done with greater reliability.
Wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt, weist die LI DAR- Vorrichtung 100 weiterhin ein Steuergerät 115 auf. Das Steuergerät 115 ist mit dem Sender 101, der erstenAs shown in FIGS. 1 to 4, the LI DAR device 100 further includes a controller 115. The controller 115 is connected to the transmitter 101, the first
Detektoreinheit 106 und der zweiten Detektoreinheit 109 verbunden. Es ist dazu ausgebildet, den wenigstens einen Sender 101 abhängig von der bestimmten Eigenschaft anzusteuern. Das Steuergerät 115 kann dazu ausgebildet sein, den wenigstens einen Sender 101 abhängig von der bestimmten Leistung, Energie, Pulslänge und/oder Wellenlänge der vom Sender 101 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 anzusteuern. Detector unit 106 and the second detector unit 109 connected. It is designed to control the at least one transmitter 101 depending on the specific property. The control device 115 may be designed to control the at least one transmitter 101 depending on the specific power, energy, pulse length and / or wavelength of the electromagnetic radiation 102 emitted by the transmitter 101.
Bei den in den Figuren 1 und 3 gezeigten Ausführungsformen ist das diffraktive optische Element auf der Innenseite des Gehäuses 111 angeordnet. Bei diesen beiden Ausführungsformen wirkt das diffraktive optische Element 108 In the embodiments shown in FIGS. 1 and 3, the diffractive optical element is arranged on the inside of the housing 111. In these two embodiments, the diffractive optical element 108 acts
reflektierend auf den vorgegebenen Anteil 114 der ausgesendeten reflecting on the predetermined portion 114 of the emitted
elektromagnetischen Strahlung. Das diffraktive optische Element 108 an den vorgegebenen Anteil 114 um mittels wenigstens einen vorgegebenen electromagnetic radiation. The diffractive optical element 108 to the predetermined portion 114 um by means of at least one predetermined
Umlenkwinkel auf die zweite Detektoreinheit 109 umlenken. Redirecting the deflection angle to the second detector unit 109.
Bei den in den Figuren 2 und 4 gezeigten Ausführungsformen ist das diffraktive optische Element 108 auf der Sendeoptik 103 angeordnet. Bei diesen In the embodiments shown in FIGS. 2 and 4, the diffractive optical element 108 is arranged on the transmission optics 103. In these
Ausführungsformen wirkt das diffraktive optische Element 108 transmittierend für die ausgesendete elektromagnetische Strahlung 102. Das diffraktive optische Element 108 kann den vorgegebenen Anteil 114 um mittels wenigstens einen vorgegebenen Umlenkwinkel auf die zweite Detektoreinheit 109 umlenken. Embodiments, the diffractive optical element 108 transmissive acts for the emitted electromagnetic radiation 102. The diffractive optical element 108 can deflect the predetermined portion 114 by at least one predetermined deflection angle to the second detector unit 109.
Figur 5 zeigt beispielhaft verschiedene Möglichkeiten der Anordnung des wenigstens einen diffraktiven optischen Elements 108 auf einem Gehäuse 111 der LIDAR-Vorrichtung 100. Gleiche oder vergleichbare Möglichkeiten derFIG. 5 shows, by way of example, various possibilities of arranging the at least one diffractive optical element 108 on a housing 111 of the LIDAR device 100. The same or comparable possibilities of the FIGS
Anordnung des wenigstens einen diffraktiven optischen Elements ergeben sich auch auf einer Sendeoptik 103 der LIDAR-Vorrichtung 100. Das eigentlich gekrümmte Gehäuse 111 ist zur besseren Darstellung eben, sozusagen „ausgerollt", gezeichnet. Das Gehäuse 111 der LIDAR-Vorrichtung 100 erstreckt
sich von -180° bis +180°. Es sind ein oder mehrere diffraktive optische Elemente 108 auf dem Gehäuse 111 angeordnet. The arrangement of the at least one diffractive optical element also results on a transmission optics 103 of the LIDAR device 100. The actually curved housing 111 is flat, so to speak, "rolled out" for better illustration The housing 111 of the LIDAR device 100 extends from -180 ° to + 180 °. One or more diffractive optical elements 108 are arranged on the housing 111.
In den Figuren 5a, 5c, 5d und 5e ist jeweils genau ein diffraktives optisches Element 108 auf dem Gehäuse 111 angeordnet. In der Figur 5b sind zwei diffraktive optische Elemente 108-1 und 108-2 auf dem Gehäuse 111 In FIGS. 5a, 5c, 5d and 5e, precisely one diffractive optical element 108 is arranged on the housing 111. In FIG. 5b, two diffractive optical elements 108-1 and 108-2 are on the housing 111
angeordnet. Die diffraktiven optischen Element 108, 108-1 und 108-2 der Figuren 5a bis 5d sind jeweils im unteren Bereich des Gehäuses 111 angeordnet. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn der Sender 101 die elektromagnetische Strahlung 102 spaltenförmig, vertikal ausgedehnt über das Gehäuse 111, aussendet. Die Ausführungsformen 5a bis 5d unterscheiden sich dadurch, in welchem Anteil des Sichtfelds eine Funktionsüberprüfung stattfindet. In Figur 5a erstreckt sich das diffraktive optische Element 108 über einen kleineren Bereich bei 0° des Gehäuses 111 ist. Die Funktionsüberprüfung des Senders 101 kann einmal innerhalb des Sichtfeldes der LIDAR-Vorrichtung 100 stattfinden. In Figur 5b erstreckt sich das diffraktive optische Element 108-1 über einen kleineren Bereich bei -75° des Gehäuses 111 und das diffraktive optische Element 108-2 erstreckt sich über einen kleineren Bereich bei +75° des Gehäuses 111. die Funktionsüberprüfung des Senders 101 kann hier zweimal innerhalb des Sichtfeldes der LIDAR-Vorrichtung 100 stattfinden. In Figur 5c erstreckt sich das diffraktive optische Element 108 über einen größeren Bereich von -75° des +75° des Gehäuses 111. Beträgt das Sichtfeld der LIDAR-Vorrichtung 100 arranged. The diffractive optical elements 108, 108-1 and 108-2 of FIGS. 5a to 5d are respectively arranged in the lower region of the housing 111. This arrangement may be advantageous when the transmitter 101 emits the electromagnetic radiation 102 in a columnar, vertically extended manner over the housing 111. Embodiments 5a to 5d differ in what proportion of the field of view a functional check takes place. In FIG. 5 a, the diffractive optical element 108 extends over a smaller area at 0 ° of the housing 111. The functional check of the transmitter 101 may take place once within the field of view of the LIDAR device 100. In FIG. 5 b, the diffractive optical element 108 - 1 extends over a smaller area at -75 ° of the housing 111 and the diffractive optical element 108 - 2 extends over a smaller area at + 75 ° of the housing 111 can take place twice within the field of view of LIDAR device 100 here. In FIG. 5 c, the diffractive optical element 108 extends over a larger range of -75 ° of the + 75 ° of the housing 111. If the field of view of the LIDAR device 100 is greater
beispielsweise 150°, so kann ihr im gesamten Sichtfeld die Funktionsüberprüfung des Senders stattfinden. In Figur 5d erstreckt sich das diffraktive optische Element 108 über den gesamten Bereich von -180° bis +180° des Gehäuses 111. Einem Sichtfeld von 150° würde somit auch außerhalb des Sichtfelds eine Funktionsüberprüfung stattfinden können. Das diffraktive optische Element 108, der Figur 5e ist über einen vertikale Bereich des Gehäuses 111 angeordnet. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn der Sender 101 aus mehreren Laserdioden besteht, welche elektromagnetische Strahlung 102 in einzelne Bereiche des vertikalen Sichtfelds aussenden. For example, 150 °, it can take place in the entire field of view, the function check of the transmitter. In Figure 5d, the diffractive optical element 108 extends over the entire range of -180 ° to + 180 ° of the housing 111. A field of view of 150 ° would thus be able to take place outside the field of view, a function check. The diffractive optical element 108, FIG. 5 e, is arranged over a vertical region of the housing 111. This arrangement may be advantageous if the transmitter 101 consists of a plurality of laser diodes, which emit electromagnetic radiation 102 in individual areas of the vertical field of view.
In den Figuren 6a) bis 6d) sind die Gitterebenen von vier In Figs. 6a) to 6d), the lattice planes are four
Transmissionshologrammen mit verschiedenen Geometrien gezeigt. Es ist der Beugungseffekt in Transmission für verschiedene Gitter, mit unterschiedlicher
Ausrichtung und unterschiedlichem Abstand, dargestellt. Auf der x-Achse ist jeweils die örtliche Ausdehnung 602 eines jeden Transmissionshologramms aufgetragen. Auf der y-Achse ist jeweils die örtliche Ausdehnung 601 eines jeden Transmissionshologramms aufgetragen. Die Figuren 6a) bis 6d) können entsprechend jeweils als 2-dimensionaler Schnitt durch ein Transmission holograms shown with different geometries. It is the diffraction effect in transmission for different grids, with different ones Alignment and different distance, shown. In each case the local extent 602 of each transmission hologram is plotted on the x-axis. In each case the local extent 601 of each transmission hologram is plotted on the y-axis. FIGS. 6a) to 6d) can be correspondingly in each case as a 2-dimensional section through a
Transmissionshologramm verstanden werden. Die Ausdehnung der Transmission hologram be understood. The extent of the
Interferenzschicht beträgt hierbei jeweils 10 μηι. Die Linien 604 repräsentieren das Gitter, welches jeweils bei der Rekonstruktion der Hologramme entsteht. Das durch die Linien 605 repräsentierte Feld wird bei der Rekonstruktion mit dem durch die Linien 603 repräsentierten Feld aus definierten Winkeln erzeugt. DerInterference layer is in each case 10 μηι. The lines 604 represent the grid that arises in each case during the reconstruction of the holograms. The field represented by the lines 605 is generated in the reconstruction with the field of defined angles represented by the lines 603. The
Strahl 606 bezeichnet jeweils die Richtung einer ersten ebenen Welle. Der Strahl 607 bezeichnet jeweils die Richtung einer zweiten ebenen Welle. Beam 606 respectively indicates the direction of a first plane wave. The beam 607 respectively indicates the direction of a second plane wave.
In Figur 7 ist der Zusammenhang zwischen der Änderung der Wellenlänge 702 der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 und dem UmlenkwinkelFIG. 7 shows the relationship between the change in the wavelength 702 of the emitted electromagnetic radiation 102 and the deflection angle
701 eines diffraktiven optischen Elements 108, 108-1, 108-2 gezeigt. Dies kann insbesondere für LIDAR-Vorrichtungen der Ausführungen gemäß der Figuren 3 und 4 von Interesse sein. Änderungen der Wellenlänge 702 können direkt eine Änderung des Umlenkwinkels 701 bewirken. Die Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 108, 108-1, 108-2 kann so gewählt werden, dass mit dem zur Verfügung stehenden Platz in der LIDAR-Vorrichtung 100 die gewünschte Auflösung bei der Wellenlängenmessung in Kombination mit der Größe der zweiten Detektoreinheit 109 noch erreicht wird. Figur 8 zeigt ein Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung. Das701 of a diffractive optical element 108, 108-1, 108-2. This may be of particular interest for LIDAR devices of the embodiments according to FIGS. 3 and 4. Changes in the wavelength 702 may directly cause a change in the deflection angle 701. The configuration of the diffractive optical element 108, 108-1, 108-2 can be selected such that, with the available space in the LIDAR device 100, the desired resolution in the wavelength measurement in combination with the size of the second detector unit 109 still achieved becomes. FIG. 8 shows a method for driving a LIDAR device. The
Verfahren startet im Schritt 801. Im Schritt 802 wird elektromagnetische Method starts in step 801. In step 802, electromagnetic becomes
Strahlung in die Umgebung der LIDAR-Vorrichtung mittels wenigstens eines Senders ausgesendet. Im Schritt 803 kommt es zur Strahlformung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels einer Sendeoptik. Im Schritt 804 wird ein vorgegebener Anteil der ausgesendeten Radiation emitted into the environment of the LIDAR device by means of at least one transmitter. In step 803, beamforming of the emitted electromagnetic radiation takes place by means of transmission optics. In step 804, a predetermined proportion of the emitted
elektromagnetischen Strahlung auf eine zweite Detektoreinheit mittels eines diffraktiven optischen Elements umgelenkt. Auf den Schritt 804 folgt der Schritt 808, in dem eine Funktionsüberprüfung des Senders durchgeführt wird. Hierbei wird eine Eigenschaft der vom Sender ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung bestimmt. In einem optionalen Schritt 809 wird der Sender abhängig
von der bestimmten Eigenschaft mittels eines Steuergeräts angesteuert. Parallel zu Schritt 804 folgt auf den Schritt 803 auch der Schritt 805. Im Schritt 805 wird die Umgebung der LIDAR-Vorrichtungen abgetastet. Im darauffolgenden Schritt 806 wird elektromagnetische Strahlung, die in der Umgebung vom Objekt reflektiert wurde, mittels wenigstens einer Detektionsoptik empfangen. Im darauffolgenden Schritt 807 wird die empfangene elektromagnetische Strahlung auf eine erste Detektoreinheit gerichtet. Nach den Schritten 807 und 808 oder alternativ nach den Schritten 807 und 809 wird das Verfahren im Schritt 810 beendet.
Electromagnetic radiation deflected to a second detector unit by means of a diffractive optical element. Step 804 is followed by step 808 where a functional check of the transmitter is performed. In this case, a property of the electromagnetic radiation emitted by the transmitter is determined. In an optional step 809, the transmitter becomes dependent controlled by the specific property by means of a control unit. Parallel to step 804, step 803 is followed by step 805. In step 805, the environment of the LIDAR devices is scanned. In the subsequent step 806, electromagnetic radiation which has been reflected in the environment of the object is received by means of at least one detection optics. In the next step 807, the received electromagnetic radiation is directed to a first detector unit. After steps 807 and 808, or alternatively after steps 807 and 809, the method is terminated in step 810.
Claims
Ansprüche claims
LIDAR-Vorrichtung (100) zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung mitLIDAR device (100) for detecting an object in the environment with
• wenigstens einem Sender (101) zur Aussendung elektromagnetischer Strahlung (102) in die Umgebung; • at least one transmitter (101) for emitting electromagnetic radiation (102) into the environment;
• wenigstens einer Detektionsoptik (105) zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung (104), die in der Umgebung vom Objekt reflektiert wurde, und zum Richten der empfangenen elektromagnetischen Strahlung (104) auf eine erste Detektoreinheit (106); und • at least one detection optics (105) for receiving electromagnetic radiation (104) which has been reflected in the surroundings of the object and for directing the received electromagnetic radiation (104) onto a first detector unit (106); and
• wenigstens einer Einheit (107) zur Funktionsüberprüfung des Senders (101); dadurch gekennzeichnet, dass • at least one unit (107) for functional testing of the transmitter (101); characterized in that
• die Einheit (107) zur Funktionsüberprüfung des Senders (101) wenigstens ein diffraktives optisches Element (108, 108-1, 108-2) und wenigstens eine zweite Detektoreinheit (109) mit wenigstens einer Detektionseinheit aufweist. • the unit (107) for functional testing of the transmitter (101) has at least one diffractive optical element (108, 108-1, 108-2) and at least one second detector unit (109) with at least one detection unit.
LIDAR-Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (108, 108-1, 108-2) dazu ausgebildet ist, einen vorgegebenen Anteil (114) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102) auf die zweite Detektoreinheit (109) umzulenken. LIDAR device (100) according to claim 1, characterized in that the diffractive optical element (108, 108-1, 108-2) is adapted to a predetermined portion (114) of the emitted electromagnetic radiation (102) on the second detector unit (109) to redirect.
3. LIDAR-Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das 3. LIDAR device (100) according to claim 2, characterized in that the
diffraktive optische Element (108, 108-1, 108-2) dazu ausgebildet ist, den diffractive optical element (108, 108-1, 108-2) is adapted to the
vorgegebenen Anteil (114) mittels wenigstens eines vorgegebenen Umlenkwinkels auf die zweite Detektoreinheit (109) umzulenken, wobei der wenigstens eine vorgegebene Umlenkwinkel von der Wellenlänge der ausgesendeten predetermined proportion (114) by means of at least one predetermined deflection angle to the second detector unit (109) to redirect, wherein the at least one predetermined deflection angle of the wavelength of the emitted
elektromagnetischen Strahlung (102) abhängt. electromagnetic radiation (102) depends.
4. LIDAR-Vorrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (107) dazu ausgebildet ist, den vorgegebenen Anteil (114) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102) als wenigstens ein Signal zu detektieren und anhand des wenigstens einen Signals eine Eigenschaft der von dem wenigstens einen Sender (101) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102),
insbesondere eine Leistung, eine Energie, eine Pulslänge und/oder eine Wellenlänge, zu bestimmen. 4. LIDAR device (100) according to claim 2 or 3, characterized in that the unit (107) is adapted to detect the predetermined portion (114) of the emitted electromagnetic radiation (102) as at least one signal and based on the at least a signal a property of the electromagnetic radiation (102) emitted by the at least one transmitter (101), in particular, to determine a power, an energy, a pulse length and / or a wavelength.
5. LIDAR-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 5. LIDAR device (100) according to one of claims 1 to 4, characterized
gekennzeichnet, dass die zweite Detektoreinheit (109) wenigstens zwei characterized in that the second detector unit (109) at least two
Detektionseinheiten aufweist. Having detection units.
6. LIDAR-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch 6. LIDAR device (100) according to any one of claims 4 or 5, characterized
gekennzeichnet, dass die LIDAR-Vorrichtung weiterhin ein Steuergerät (115) aufweist, welches dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Sender (101) abhängig von der bestimmten Eigenschaft anzusteuern. characterized in that the LIDAR device further comprises a controller (115) adapted to drive the at least one transmitter (101) depending on the determined characteristic.
7. LIDAR-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch 7. LIDAR device (100) according to one of claims 1 to 6, characterized
gekennzeichnet, dass die LIDAR-Vorrichtung weiterhin wenigstens eine Sendeoptik (103) zur Strahlformung der vom Sender (101) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102) aufweist; und dass das diffraktive optische Element (108, 108-1, 108- 2) auf der Sendeoptik (103) angeordnet ist. characterized in that the LIDAR device further comprises at least one transmitting optics (103) for beam shaping of the electromagnetic radiation (102) emitted by the transmitter (101); and that the diffractive optical element (108, 108-1, 108-2) is arranged on the transmission optics (103).
8. LIDAR-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch 8. LIDAR device (100) according to one of claims 1 to 7, characterized
gekennzeichnet, dass die LIDAR-Vorrichtung weiterhin ein Gehäuse (111) aufweist, wobei das wenigstens eine diffraktive optische Element (108, 108-1, 108-2) auf oder im Gehäuses (111) angeordnet ist. characterized in that the LIDAR device further comprises a housing (111), wherein the at least one diffractive optical element (108, 108-1, 108-2) is arranged on or in the housing (111).
9. LIDAR-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch 9. LIDAR device (100) according to one of claims 1 to 8, characterized
gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (108, 108-1, 108-2) als holographisches optisches Element, insbesondere als Volumenhologramm, als Amplitudenhologramm und/oder als Phasenhologramm ausgebildet ist. in that the diffractive optical element (108, 108-1, 108-2) is designed as a holographic optical element, in particular as a volume hologram, as an amplitude hologram and / or as a phase hologram.
10. LIDAR-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch 10. LIDAR device (100) according to one of claims 1 to 9, characterized
gekennzeichnet, dass auf dem diffraktiven optischen Element (108, 108-1, 108-2) eine Schutzschicht angeordnet ist. in that a protective layer is arranged on the diffractive optical element (108, 108-1, 108-2).
11. LIDAR-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch 11. LIDAR device (100) according to one of claims 1 to 10, characterized
gekennzeichnet, dass die Einheit (107) zur Funktionsüberprüfung des Senders (101)
weiterhin wenigstens ein Blockelement (110) zur Abschirmung der zweiten in that the unit (107) for functional testing of the transmitter (101) at least one block element (110) for shielding the second
Detektoreinheit (109) vor Sekundärstrahlung aufweist. Detector unit (109) before secondary radiation.
12. Verfahren (800) zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung mit den Schritten: 12. Method (800) for driving a LIDAR device with the steps:
• Aussendung (802) elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung mittels • Emission (802) of electromagnetic radiation into the environment by means of
wenigstens eines Senders; at least one transmitter;
• Empfangen (806) von elektromagnetischer Strahlung, die in der Umgebung vom Objekt reflektiert wurde, mittels wenigstens einer Detektionsoptik; Receiving (806) electromagnetic radiation reflected in the vicinity of the object by means of at least one detection optics;
• Richten (807) der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf eine erste Detektoreinheit; und Directing (807) the received electromagnetic radiation to a first detector unit; and
• Überprüfen der Funktion (808) des Senders mittels wenigstens einer Einheit zur Funktionsüberprüfung des Senders; • checking the function (808) of the transmitter by means of at least one unit for functional testing of the transmitter;
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt aufweist: characterized in that the method comprises the further step:
• Umlenken (804) eines vorgegebenen Anteils der ausgesendeten • redirecting (804) a predetermined proportion of the emitted
elektromagnetischen Strahlung auf eine zweite Detektoreinheit mittels wenigstens eines diffraktiven optischen Elements.
electromagnetic radiation to a second detector unit by means of at least one diffractive optical element.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017219611.4 | 2017-11-06 | ||
DE102017219611.4A DE102017219611A1 (en) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | LIDAR device for detecting an object in the environment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2019086601A1 true WO2019086601A1 (en) | 2019-05-09 |
Family
ID=64100656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2018/079999 WO2019086601A1 (en) | 2017-11-06 | 2018-11-02 | Lidar device for sensing an object in the environment |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017219611A1 (en) |
WO (1) | WO2019086601A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102019214841A1 (en) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | Robert Bosch Gmbh | Filter device for a lidar system |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1378763A1 (en) * | 2002-07-05 | 2004-01-07 | Sick AG | Laser scanning apparatus with function monitoring |
DE102015118258B3 (en) | 2015-10-27 | 2016-08-04 | Sick Ag | Laser scanner and method for checking its functionality |
US20170307736A1 (en) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | OPSYS Tech Ltd. | Multi-Wavelength LIDAR System |
-
2017
- 2017-11-06 DE DE102017219611.4A patent/DE102017219611A1/en not_active Ceased
-
2018
- 2018-11-02 WO PCT/EP2018/079999 patent/WO2019086601A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1378763A1 (en) * | 2002-07-05 | 2004-01-07 | Sick AG | Laser scanning apparatus with function monitoring |
DE102015118258B3 (en) | 2015-10-27 | 2016-08-04 | Sick Ag | Laser scanner and method for checking its functionality |
US20170307736A1 (en) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | OPSYS Tech Ltd. | Multi-Wavelength LIDAR System |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102017219611A1 (en) | 2019-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102007014034B3 (en) | Optical sensor chip and anti-trap device with such | |
EP2378309B1 (en) | Optoelectronic sensor and method for recording information about objects in a monitoring area | |
DE102012102395B3 (en) | Optoelectronic sensor, particularly laser scanner, for detecting objects and measuring contamination, has test light detector arranged on side of front panel like reflector such that test light path of reflector guides over reflection | |
DE102016213446B4 (en) | Optical system for the detection of a scanning field | |
EP2296002B1 (en) | Opto-electronic scanner for range determination in azimuth and elevation | |
EP1355128B1 (en) | Automatic alignment of a sensor | |
EP3631496B1 (en) | Lidar device with increased scanning frequency and method for scanning a region to be scanned | |
EP2381268B1 (en) | Security laser scanner | |
EP3078985A1 (en) | Optoelectronic sensor and method for transmission monitoring a windshield | |
EP1515157A1 (en) | Optoelectronic detecting device | |
EP3699640B1 (en) | Optoelectronic sensor and method for detecting an object | |
DE102018212823A1 (en) | LIDAR device for detecting an object | |
WO2019086601A1 (en) | Lidar device for sensing an object in the environment | |
EP1148345A1 (en) | Apparatus for localisation of objects penetrating a monitored space | |
DE2251930A1 (en) | DEVICE FOR TRACKING AN OBJECT WITHIN A ROOM | |
EP1780559B1 (en) | Optical sensor | |
DE102014116852A1 (en) | Optoelectronic sensor with a receiving element | |
EP1959271B1 (en) | Opto-electronic sensor assembly and method for testing the functionality and/or adjusting an opto-electronic sensor assembly | |
EP4018217A1 (en) | Receiver unit for a lidar device | |
DE102016121395A1 (en) | sensor arrangement | |
DE102019120997A1 (en) | Active optical sensor system | |
DE202012010384U1 (en) | Reflection light barrier sensor | |
EP3859379B1 (en) | Optoelectronic sensor with receiving filter adapted to angle-of-view and method for detecting objects | |
EP2634598B1 (en) | Optical sensor | |
EP2781933B1 (en) | Optical sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18796648 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18796648 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |