DE102017219611A1

DE102017219611A1 - LIDAR device for detecting an object in the environment

Info

Publication number: DE102017219611A1
Application number: DE102017219611.4A
Authority: DE
Inventors: Stefanie Mayer; Annette Frederiksen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2019-05-09
Also published as: WO2019086601A1

Abstract

LIDAR-Vorrichtung (100) zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung mit wenigstens einem Sender (101) zur Aussendung elektromagnetischer Strahlung (102) in die Umgebung; 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 wenigstens einer Einheit (107) zur Funktionsüberprüfung des Senders (101). Der Kern der Erfindung liegt darin, dass 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.

LIDAR device (100) for detecting an object in the environment with at least one transmitter (101) for emitting electromagnetic radiation (102) into the environment; at least one detection optic (105) for receiving electromagnetic radiation (104) reflected in the vicinity of the object and for directing the received electromagnetic radiation (104) to a first detector unit (106); and at least one unit (107) for functional testing of the transmitter (101). The core of the invention is that 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.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine LIDAR-Vorrichtung zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängig formulierten Ansprüche.The present invention relates to a LIDAR device for detecting an object in the environment and a method for driving a LIDAR device according to the preamble of independently formulated claims.

Stand der TechnikState 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 Ablenkeinheit zur periodischen Ablenkung des Lichtstrahls, um im Verlauf der 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.The DE 10 2015 118 258 B3 discloses a laser scanner having a light emitter for emitting a light beam into a surveillance area, a light receiver for generating a received signal from the light beam reflected from objects in the surveillance area, a rotatable deflection unit for periodically deflecting the light beam to scan the surveillance area during movement, an internal one 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 produce a strong and a weak reference signal, and with an evaluation unit, the is designed to detect objects based on the received signal, as well as to check the functionality of the laser scanner based on the reference signal.

Offenbarung der ErfindungDisclosure 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 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.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 that has been reflected in the environment of 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 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.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 may have a predetermined 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 LIDAR-Vorrichtung klein gehalten werden.The advantage of the invention is that the diffractive optical element takes up little space and is flexible in its arrangement within the LIDAR device. Thus, the space of the LIDAR 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.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.

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 LIDAR-Vorrichtung. Es können zusätzliche optische Funktionen wie zum Beispiel eine strahlbündelnde Funktion kostengünstig und platzsparend in dem diffraktiven optischen Element gespeichert werden.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 LIDAR device. Additional optical functions, such as a beam-bundling function, can be stored in the diffractive optical element in a cost-effective and space-saving manner.

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 Detektoreinheit umzulenken. Hierbei hängt der wenigstens eine vorgegebene Umlenkwinkel von der Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung ab.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the diffractive optical element is adapted to deflect the predetermined proportion by means of at least one predetermined deflection angle to the second 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 Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen bei gleichen oder unterschiedlichen Einfallswinkeln über unterschiedliche Umlenkwinkel auf die zweite Detektoreinheit umgelenkt werden können.The advantage of this embodiment is that electromagnetic radiation of different wavelengths can be deflected at the same or different angles of incidence over different deflection angles to the second detector unit.

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 adapted to the predetermined proportion of emitted electromagnetic radiation as at least one signal to detect and on the basis of 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.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine effiziente 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 Pulslängenüberprüfung ermöglicht werden. Es kann eine effiziente Wellenlängenüberprüfung ermöglicht werden. Durch Kalibrierung der Einheit zur Funktionsüberprüfung kann eine zuverlässige Funktionsüberprüfung des Senders ermöglicht werden. Dies erhöht die Sicherheit der LIDAR-Vorrichtung. Das wenigstens eine Signal kann als Triggersignal der Time-of-Flight-Messung der LIDAR-Vorrichtung genutzt werden.The advantage of this embodiment is that an efficient function check of the transmitter is made possible. The function check may be 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. An efficient pulse length check can be made possible. An efficient wavelength check can 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 LIDAR 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 Produktionscharge, aufgrund der Umgebungstemperatur und/oder aufgrund von Alterung ausgeglichen werden. Hierdurch kann beispielsweise die Augensicherheit der LIDAR-Vorrichtung sichergestellt werden.The advantage of this embodiment is that fluctuations of the laser can be compensated. Thus, fluctuations due to the production batch, due to the ambient temperature and / or due to aging can be compensated. As a result, for example, the eye safety of the 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 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 Temperaturregelung des Senders aufweisen. Das Steuergerät kann die 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.The control unit can control the at least one transmitter, for example, in such a way that the limit values specified by the standard of eye safety with respect to the power of the emitted electromagnetic radiation are met. The permissible power can also be dependent on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation. The control device can control the at least one transmitter, for example, in such a way that the power is adjusted in the case of a detected change in the wavelength of the emitted electromagnetic radiation in such a way that the limit values prescribed by the standard of eye safety are observed. The LIDAR device may further comprise a temperature control of the transmitter. The control unit can control the 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 elektromagnetischen Strahlung transmittieren und mittels wenigstens eines vorgegebenen Umlenkwinkels auf die zweite Detektoreinheit umlenken.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 transmit 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.

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 portion of the emitted electromagnetic radiation and deflect 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 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 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.The advantage of this embodiment is that such a diffractive optical element has an angular and wavelength selectivity. This angular and wavelength selectivity is achieved in particular by volume modulation. 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 during production can be set such that the predetermined proportion of the emitted electromagnetic radiation is as large as necessary to carry out a meaningful functional check, but as small as necessary in order to minimize energy loss in the transmission beam path.

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.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 Funktionsüberprüfung des Senders haben. Der Einfluss ist hierbei stark vom diffraktiven optischen Element selbst abhängig, zum Beispiel vom 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.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 may have an influence on a grating structure of the diffractive optical element and thus on the function check of the transmitter. The influence here is strongly dependent on the diffractive optical element itself, for example of the 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, of 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 Funktionsüberprüfung des Senders wenigstens zwei diffraktive optische 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 Temperaturänderungen ausgesetzt sind.It can be provided, in particular, that the unit for functional testing of the transmitter comprises at least two diffractive optical 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 are exposed during operation of the LIDAR device the same or similar temperature changes.

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 Sekundärstrahlung aufweist.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 from secondary radiation.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass störende Sekundärstrahlung wie zum Beispiel Sonnenlicht abgeblockt werden kann. Die Funktionsüberprüfung des Senders kann dadurch mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden.The advantage of this embodiment is that disturbing secondary radiation such as sunlight can be blocked. The 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 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.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 functional testing of the transmitter can 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 part is different in this case of the predetermined proportion of the emitted electromagnetic radiation, which can be deflected to the second detector unit.

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung mit den Schritten: Aussendung 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.The present invention is further based on a method for driving a LIDAR device with the steps: emission of 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.According 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.

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 einer Ablenkeinheit aufweisen.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 deflection unit.

Figurenlistelist of figures

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:

1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen der LIDAR-Vorrichtung;
5 verschiedene Möglichkeiten der Anordnung des wenigstens einen diffraktiven optischen Elements auf einem Gehäuse oder auf einer Sendeoptik der LIDAR-Vorrichtung;
6 Gitterebenen von Transmissionshologrammen mit verschiedenen Geometrien;
7 Zusammenhang zwischen Wellenlängenänderung und Umlenkwinkel eines diffraktiven optischen Elements;
8 Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung.

Hereinafter, several embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the figures indicate the same or equivalent elements. Show it:

1 to 4 various embodiments of the LIDAR device;
5 various possibilities of arranging the at least one diffractive optical element on a housing or on a transmission optics of the LIDAR device;
6 Lattice planes of transmission holograms with different geometries;
7 Relationship between wavelength change and deflection angle of a diffractive optical element;
8th Method for driving a LIDAR device.

Die 1 bis 4 zeigen beispielhaft verschiedene Ausführungsformen der 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 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen weist die LIDAR-Vorrichtung 100 jeweils ein Gehäuse 111 auf.The 1 to 4 show by way of example various embodiments of the LIDAR device 100 , In each of the embodiments shown here, the LIDAR device 100 a movable deflection unit 112 on which as about an axis of rotation 113 rotating unit 112 is trained. On this rotating unit 112 can all the components of the LIDAR device 100 be arranged. In a further embodiment, not shown here, the deflection unit 112 be as mobile, with other components of the LIDAR device 100 can be arranged stationary. In the in the 1 to 4 shown embodiments, the LIDAR device 100 one housing each 111 on.

Die LIDAR-Vorrichtung 100 (siehe 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 elektromagnetische Strahlung 102 wird nach der Strahlformung in die Umgebung der LIDAR-Vorrichtung 100 ausgesendet. In der Umgebung kann die 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 Detektionsoptik 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 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.The LIDAR device 100 (please refer 1 to 4 ) has a transmitter 101 on. The transmitter 101 sends electromagnetic radiation 102 out, which by means of a transmission optics 103 is formed. The transmission optics 103 may comprise at least one optical lens and / or at least one optical filter. The electromagnetic radiation 102 after beamforming into the environment of the LIDAR device 100 sent out. In the environment, the emitted electromagnetic radiation 102 be reflected from an object. Subsequently, the reflected electromagnetic radiation from a detection optics 105 the LIDAR device 100 be received. The received electromagnetic radiation 104 is by means of the detection optics 105 to a first detector unit 106 directed. The detection optics 105 may comprise at least one optical lens and / or at least one optical filter. The detection optics 105 like in the 1 to 4 be shown 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 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 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 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.Each of the in the 1 to 4 shown embodiment of the LIDAR device 100 has a unit 107 to check the function of the transmitter 101 on. The unit 107 each has a diffractive optical element 108 and a second detector unit 109 on. The diffractive optical element 108 may be formed 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 can be designed to a predetermined proportion 114 the emitted electromagnetic radiation 102 on the second detector unit 109 redirect. This is indicated by the diffractive optical element 108 an optical grating on which the predetermined proportion 114 is bent. In the manufacture of the diffractive optical element 108 For example, the optical grating may be designed such that the diffractive optical element 108 has a predetermined diffraction efficiency. As a result, the predetermined proportion 114 the emitted electromagnetic radiation as large as necessary in order to perform a meaningful functional check, but as small as necessary to minimize energy loss in the transmission beam path to be low. The second detector unit 109 can the predetermined proportion 114 the emitted electromagnetic radiation 102 detect as at least one signal and on the basis of the at least one signal a property of the at least one transmitter 101 emitted electromagnetic radiation 102 , in particular a power, an energy, a pulse length and / or a wavelength determine. For this purpose, the second detector unit 109 be connected to a computing unit, which is part of the unit 107 to check the function of the transmitter 101 is. Alternatively, the at least one signal can be transmitted to a computing unit which is part of the LIDAR device 100 is and which, for example, in addition to the signal processing of the first detector unit 106 detected signals is formed. For example, with prior calibration of the LIDAR device 100 in manufacturing and by determining a performance of the share 114 the emitted electromagnetic radiation 102 on the total power of the emitted electromagnetic radiation 102 be inferred. The same applies to the energy, the pulse length and / or the wavelength.

Wie in den 1, 2 und 4 beispielhaft gezeigt, kann die Einheit 107 zur Funktionsüberprüfung weiterhin wenigstens ein Blockelement 110 zur 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.As in the 1 . 2 and 4 shown as an example, the unit 107 for checking the function further at least one block element 110 for shielding the second detector unit 109 have secondary radiation. This can prevent the functional check from being disturbed, for example, by sunlight. Disturbing secondary radiation can additionally or alternatively by means of an optical filter, which on the housing 111 is arranged to be reduced. Disturbing, non-pulsed secondary radiation may additionally or alternatively be subtracted from the signals of the pulsed, received electromagnetic radiation.

Das in den 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 Elements 108 auf die zweite Detektoreinheit 109 umgelenkt und fokussiert. Es ist keine zusätzliche Optik notwendig.That in the 1 to 4 shown diffractive optical element 108 has in addition to the deflecting effect on a beam-bundling effect. The predetermined proportion 114 is thus by means of the diffractive optical element 108 on the second detector unit 109 redirected and focused. There is no additional optics necessary.

Die in den 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 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen kann insbesondere eine Leistung, eine Energie und/oder eine Pulslänge der von dem Sender 101 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 bestimmt werden.The in the 1 and 2 shown second detector unit 109 is designed as a detection unit, in particular a photodiode. Due to the beam-bundling effect of the diffractive optical element 108 a small photodiode area can be used. With the in the 1 and 2 In particular, a power, an energy and / or a pulse length of the transmitter can be shown 101 emitted electromagnetic radiation 102 be determined.

Die in den 3 und 4 gezeigte zweite Detektoreinheit 109 weist drei Detektionseinheiten, insbesondere drei Fotodioden, auf. Hierbei kann die erste Detektionseinheit für eine erste Wellenlänge λ₁ sensitiv sein und elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlänge λ₁ detektieren. Hierbei kann die zweite Detektionseinheit für eine zweite Wellenlänge λ₂ sensitiv sein und elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlänge λ₂ detektieren. Hierbei kann die dritte Detektionseinheit für eine dritte Wellenlänge λ₃ sensitiv sein und elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlänge λ₃ detektieren. Das in den 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 Leistungsanteile interpoliert werden.
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 3 und 4 gezeigt sind, vorteilhaft sein. Änderungen der Gitterstruktur des diffraktiven optischen Elements 108, welche bei Temperaturänderungen auftreten können, werden vermieden. Die Wellenlängenüberprüfung kann mit größerer Zuverlässigkeit durchgeführt werden.The in the 3 and 4 shown second detector unit 109 has three detection units, in particular three photodiodes. Here, the first detection unit for a first wavelength λ ₁ be sensitive and electromagnetic radiation of this wavelength λ ₁ detect. Here, the second detection unit for a second wavelength λ ₂ be sensitive and electromagnetic radiation of this wavelength λ ₂ detect. Here, the third detection unit for a third wavelength λ ₃ be sensitive and electromagnetic radiation of this wavelength λ ₃ detect. That in the 3 and 4 shown diffractive optical element 108 may be designed to the predetermined proportion 114 by means of at least one predetermined deflection angle to the second detector unit 109 deflecting, wherein the at least one predetermined deflection angle of the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102 depends. The diffractive optical element 108 may have a lattice structure that causes the predetermined proportion 114 depending on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102 by different deflection angle to the second detector unit 109 is diverted. Depending on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 102 can the predetermined proportion 114 be redirected to one of the three detection units. From the information which of the three detection units detects at least one signal, the wavelength of the emitted electromagnetic radiation can be determined 102 be inferred. For example, if two detection units provide a signal, the wavelength can also be interpolated according to the two measured power components.
On the diffractive optical element 108 can also be arranged a protective layer. This can be particularly true for the embodiments of the LIDAR device, as shown in the 3 and 4 are shown to be advantageous. Changes in the lattice structure of the diffractive optical element 108 , which can occur when temperature changes are avoided. The wavelength check can be performed with greater reliability.

Wie in den 1 bis 4 gezeigt, weist die LIDAR-Vorrichtung 100 weiterhin ein Steuergerät 115 auf. Das Steuergerät 115 ist mit dem Sender 101, der ersten 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.As in the 1 to 4 shows the LIDAR device 100 furthermore a control unit 115 on. The control unit 115 is with the transmitter 101 , the first detector unit 106 and the second detector unit 109 connected. It is adapted to the at least one transmitter 101 depending on the specific property to drive. The control unit 115 may be adapted to the at least one transmitter 101 depending on the specific power, energy, pulse length and / or wavelength of the transmitter 101 emitted electromagnetic radiation 102 driving.

Bei den in den 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 reflektierend auf den vorgegebenen Anteil 114 der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Das diffraktive optische Element 108 an den vorgegebenen Anteil 114 um mittels wenigstens einen vorgegebenen Umlenkwinkel auf die zweite Detektoreinheit 109 umlenken.In the in the 1 and 3 the embodiments shown is the diffractive optical Element on the inside of the case 111 arranged. In these two embodiments, the diffractive optical element acts 108 reflecting on the given proportion 114 the emitted electromagnetic radiation. The diffractive optical element 108 to the predetermined proportion 114 by means of at least one predetermined deflection angle to the second detector unit 109 redirect.

Bei den in den 2 und 4 gezeigten Ausführungsformen ist das diffraktive optische Element 108 auf der Sendeoptik 103 angeordnet. Bei diesen 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.In the in the 2 and 4 the embodiments shown is the diffractive optical element 108 on the transmission optics 103 arranged. In these embodiments, the diffractive optical element acts 108 transmissive to the emitted electromagnetic radiation 102 , The diffractive optical element 108 can the predetermined proportion 114 by means of at least one predetermined deflection angle to the second detector unit 109 redirect.

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 der 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. 5 shows by way of example various possibilities of arrangement of the at least one diffractive optical element 108 on a housing 111 the LIDAR device 100 , Same or comparable possibilities of arrangement of the at least one diffractive optical element also result on a transmission optical system 103 the LIDAR device 100 , The actually curved case 111 is for better representation just, so to speak "rolled out", drawn. The housing 111 the LIDAR device 100 extends from -180 ° to + 180 °. There are one or more diffractive optical elements 108 on the case 111 arranged.

In den 5a, 5c, 5d und 5e ist jeweils genau ein diffraktives optisches Element 108 auf dem Gehäuse 111 angeordnet. In der 5b sind zwei diffraktive optische Elemente 108-1 und 108-2 auf dem Gehäuse 111 angeordnet. Die diffraktiven optischen Element 108, 108-1 und 108-2 der 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 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 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 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 beispielsweise 150°, so kann ihr im gesamten Sichtfeld die Funktionsüberprüfung des Senders stattfinden. In 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 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.In the 5a . 5c . 5d and 5e is exactly one diffractive optical element 108 on the case 111 arranged. In the 5b are two diffractive optical elements 108 - 1 and 108 - 2 on the case 111 arranged. The diffractive optical element 108 . 108 - 1 and 108 - 2 the 5a to 5d are each at the bottom of the case 111 arranged. This arrangement may be advantageous if the transmitter 101 the electromagnetic radiation 102 column-shaped, vertically extended over the housing 111 , sends out. The embodiments 5a to 5d differ in which proportion of the field of view takes place a function check. In 5a the diffractive optical element extends 108 over a smaller area at 0 ° of the housing 111 is. The functional check of the transmitter 101 once within the field of view of the LIDAR device 100 occur. In 5b the diffractive optical element extends 108 - 1 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 , the function check of the transmitter 101 can here twice within the field of view of the LIDAR device 100 occur. In 5c the diffractive optical element extends 108 over a larger range of -75 ° of the + 75 ° of the housing 111 , Is the field of view of the LIDAR device 100 For example, 150 °, it can take place in the entire field of view, the function check of the transmitter. In 5d the diffractive optical element extends 108 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 , the 5e is over a vertical area of the housing 111 arranged. This arrangement may be advantageous if the transmitter 101 consists of several laser diodes, which electromagnetic radiation 102 send out into individual areas of the vertical field of view.

In den 6a) bis 6d) sind die Gitterebenen von vier 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 6a) bis 6d) können entsprechend jeweils als 2-dimensionaler Schnitt durch ein Transmissionshologramm verstanden werden. Die Ausdehnung der Interferenzschicht beträgt hierbei jeweils 10 µm. 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. Der Strahl 606 bezeichnet jeweils die Richtung einer ersten ebenen Welle. Der Strahl 607 bezeichnet jeweils die Richtung einer zweiten ebenen Welle.In the 6a) to 6d) The lattice planes of four transmission holograms with different geometries are shown. The diffraction effect in transmission is shown for different gratings, with different orientation and different distances. On the x-axis is the local extent 602 applied to each transmission hologram. On the y-axis is the local extent 601 applied to each transmission hologram. The 6a) to 6d) can each be understood as a 2-dimensional section through a transmission hologram. The extent of the interference layer is in each case 10 microns. The lines 604 represent the grid, which arises in each case during the reconstruction of the holograms. That through the lines 605 The field represented in the reconstruction is the one through the lines 603 represented field generated from defined angles. The beam 606 each designates the direction of a first plane wave. The beam 607 each designates the direction of a second plane wave.

In 7 ist der Zusammenhang zwischen der Änderung der Wellenlänge 702 der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 und dem Umlenkwinkel 701 eines diffraktiven optischen Elements 108, 108-1, 108-2 gezeigt. Dies kann insbesondere für LIDAR-Vorrichtungen der Ausführungen gemäß der 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.In 7 is the relationship between the change in wavelength 702 the emitted electromagnetic radiation 102 and the deflection angle 701 a diffractive optical element 108 . 108 - 1 . 108 - 2 shown. This can in particular for LIDAR devices of the embodiments according to the 3 and 4 be of interest. Changes in wavelength 702 can directly change the deflection angle 701 effect. The configuration of the diffractive optical element 108 . 108 - 1 . 108 - 2 can be chosen so 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 is still achieved.

8 zeigt ein Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung. Das Verfahren startet im Schritt 801. Im Schritt 802 wird elektromagnetische 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 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. 8th shows a method for driving a LIDAR device. The procedure starts in step 801 , In step 802 Electromagnetic radiation enters the environment of the LIDAR device transmitted by at least one transmitter. In step 803 it comes to the beam shaping of the emitted electromagnetic radiation by means of a transmitting optical system. In step 804 a predetermined proportion of the emitted electromagnetic radiation is deflected to a second detector unit by means of a diffractive optical element. On the step 804 follows the step 808 , in which a function 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 is controlled by means of a control unit depending on the specific property. Parallel to step 804 follow the step 803 also the step 805 , In step 805 the environment of the LIDAR devices is scanned. In the following 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 following step 807 the received electromagnetic radiation is directed to a first detector unit. After the steps 807 and 808 or alternatively after the steps 807 and 809 the procedure is in step 810 completed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102015118258 B3 [0002]

Claims

LIDAR device (100) for detecting an object in the environment with: • at least one transmitter (101) for emitting electromagnetic radiation (102) into the environment; • 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 • at least one unit (107) for functional testing of the transmitter (101); characterized in that • 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 device (100) after Claim 1 , characterized in that the diffractive optical element (108, 108-1, 108-2) is adapted to deflect a predetermined portion (114) of the emitted electromagnetic radiation (102) to the second detector unit (109).

LIDAR device (100) after Claim 2 , characterized in that the diffractive optical element (108, 108-1, 108-2) is adapted to deflect the predetermined portion (114) by means of at least one predetermined deflection angle to the second detector unit (109), wherein the at least one predetermined deflection angle depends on the wavelength of the emitted electromagnetic radiation (102).

LIDAR device (100) after 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 one signal, a characteristic of the at least one transmitter (101). emitted electromagnetic radiation (102), in particular a power, an energy, a pulse length and / or a wavelength to determine.

LIDAR device (100) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the second detector unit (109) has at least two detection units.

LIDAR device (100) according to one of Claims 4 or 5 characterized in that the LIDAR device further comprises a controller (115) adapted to drive the at least one transmitter (101) depending on the particular characteristic.

LIDAR device (100) according to one of Claims 1 to 6 , 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).

LIDAR device (100) according to one of Claims 1 to 7 , 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).

LIDAR device (100) according to one of Claims 1 to 8th , characterized 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.

LIDAR device (100) according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that a protective layer is arranged on the diffractive optical element (108, 108-1, 108-2).

LIDAR device (100) according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the unit (107) for functional testing of the transmitter (101) further comprises at least one block element (110) for shielding the second detector unit (109) from secondary radiation.

A method (800) for driving a LIDAR device comprising the steps of: • emitting (802) electromagnetic radiation into the environment by means of at least one transmitter; Receiving (806) electromagnetic radiation reflected in the vicinity of the object by means of at least one detection optics; Directing (807) the received electromagnetic radiation to a first detector unit; and • checking the function (808) of the transmitter by means of at least one unit for functional testing of the transmitter; characterized in that the method comprises the further step of: • redirecting (804) a predetermined portion of the emitted electromagnetic radiation to a second detector unit by means of at least one diffractive optical element.