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WO2017108236A1 - Lidar-abtasteinrichtung und lidar-abtasteinrichtungssystem - Google Patents

Lidar-abtasteinrichtung und lidar-abtasteinrichtungssystem Download PDF

Info

Publication number
WO2017108236A1
WO2017108236A1 PCT/EP2016/075814 EP2016075814W WO2017108236A1 WO 2017108236 A1 WO2017108236 A1 WO 2017108236A1 EP 2016075814 W EP2016075814 W EP 2016075814W WO 2017108236 A1 WO2017108236 A1 WO 2017108236A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
lidar
imaging elements
scanning device
optical imaging
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/075814
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Stoppel
Frank Kaestner
Hans-Jochen Schwarz
Mustafa Kamil
Joern Ostrinsky
Siegwart Bogatscher
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN201680075115.4A priority Critical patent/CN108474850B/zh
Priority to EP16785537.8A priority patent/EP3394637A1/de
Priority to KR1020187020471A priority patent/KR20180095659A/ko
Priority to US16/064,569 priority patent/US11002834B2/en
Priority to JP2018532775A priority patent/JP6805254B2/ja
Publication of WO2017108236A1 publication Critical patent/WO2017108236A1/de

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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
    • 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • 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
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone

Definitions

  • the invention relates to a lidar scanner.
  • the invention relates to a lidar scanning device for use on a motor vehicle.
  • a lidar scanner includes a light source and a light detector.
  • the light source emits light within a predetermined observation area and the light detector receives emitted light that has been reflected on an object in the observation area.
  • the detected reflected light for example, an extent and / or a distance of the object can be determined.
  • observation areas For different purposes different observation areas are beneficial. For example, if the motor vehicle is traveling on a motorway, a motor vehicle traveling in front can be detected in an observation area that has a small opening angle and a long range. On the other hand, if the motor vehicle drives slowly, then a close range can be improved with a large opening angle and a small range.
  • an optical imaging element is provided in the beam path between the object and the light detector, which determines the observation area.
  • the optical imaging element is fixed so that a lidar scanner is usually dedicated to a purpose or group of similar uses.
  • a lidar scanner for use in a motor vehicle includes a light source for emitting light to an object; a light detector for receiving light reflected from the object; and a plurality of optical imaging elements in the beam path between the object and the light detector.
  • the same lidar scanner can be used for different purposes. For example, different driver assistance systems on board the motor vehicle can access the lidar scanning device.
  • An optical imaging element may comprise a taper optic, a refractive element or a diffractive element.
  • a taper optic is usually formed from a large number of photoconductive fibers that image light from an entrance surface on an exit surface. The fibers are preferably monomode and may be tightly bundled to effectively form a solid block.
  • a refractive element is based on refraction and may include, for example, a lens or a prism.
  • a diffractive element is based on light diffraction and can work, for example, by means of a microstructure. The invention makes it possible to combine identical or different optical imaging elements.
  • the optical imaging elements have different observation areas.
  • the lidar scanning device can serve different purposes in an improved manner.
  • the observation areas differ in an opening angle or a range.
  • the observation areas differ in an orientation of their boundaries.
  • the observation areas can be relative to their opening angle or their range and / or with respect to their direction, with respect to a Orientation of the motor vehicle, different.
  • the variations can be combined with each other so that, for example, a first observation area in the direction of travel is directed forward and has a narrow opening angle, while a second observation area is oriented laterally (lateral) and has a large opening angle.
  • an anti-collision assistant and a parking aid can use the lidar scanner with an associated observation area.
  • the imaging elements form on different areas of the light detector.
  • the observation areas can also be used competitively, ie simultaneously.
  • the areas of the light detector on which the imaging elements are located overlap, and preferably a controllable aperture is provided for shading one of the observation areas.
  • the diaphragm can be controlled to shade all but one of the observation areas.
  • two individually controllable diaphragms or a common diaphragm can be provided.
  • the common diaphragm can, in particular, comprise a simple perforated diaphragm which can be displaced so that its hole lies in that beam path whose assigned observation region is to be utilized. As a result, temporally successive different observation areas can be used, which can each utilize the entire light detector.
  • an optical bandpass is provided in each of the beam paths of the imaging elements, wherein bandwidths and / or center wavelengths of the bandpasses are different.
  • the bandwidth and / or the center wavelength of a bandpass is adapted to an associated observation area.
  • an adaptation can take place with respect to an opening angle or a range. The smaller the aperture angle, the smaller the bandwidth of the bandpass filter can be, resulting in an improved Signal to Noise Ratio (SNR).
  • SNR Signal to Noise Ratio
  • a lidar scanning system includes a light source for emitting light to an object; a light detector for receiving light reflected from the object; and a plurality of optical imaging elements, one of which in the Beam path between the object and the light detector can be arranged.
  • the optical imaging element may be selected in response to a scheduled use of the lidar scanner detected by the insertion of the
  • Imaging element arises. It is particularly preferred that several optical imaging elements can be arranged in the beam path at the same time, as described in more detail above.
  • Observation range of the lidar scanner can be discretely varied by appropriate choice of a matching optical imaging element. In particular, the range can be adjusted discretely within a predetermined opening angle.
  • a sensor housing can be improved adapted to an inserted optical imaging element.
  • An observation area can be extended by adding a further optical imaging element, in particular a taper optic, a refractive element or a diffractive element.
  • a light detector array comprising a plurality of discrete light detectors may be replaced by discrete single detectors. Each individual detector can be assigned an optical imaging element.
  • the discrete single detectors may be less expensive and / or more robust.
  • the optical imaging elements may be chosen such that the observation areas overlap one another so that a scan may be more robust, for example, to dirt or other disturbances.
  • a range may be set by overlapping a plurality of observation areas so that redundant sampling is possible in this particular region of interest (ROI).
  • ROI region of interest
  • FIG. 2 shows different observation areas of a lidar scanning device according to FIG. 1;
  • FIG. 3 illustrates graphs of different bandpasses for use on the lidar scanner of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a representation of a lidar scanning device 100, in particular for use on a motor vehicle.
  • the scanner 100 includes a
  • the scanning device 100 is adapted to optically scan an object 120.
  • the light source 105 emits light which can be reflected on the object 120 and thrown onto the light detector 110.
  • the light source 105 preferably comprises a laser, the light of which can be guided in an embodiment in a cell shape or in rows and columns over a predetermined range.
  • the light detector 110 comprises either a discrete element or a one or two-dimensional array of discrete sensor elements.
  • the optical imaging element 15 is disposed in the beam path between the object 120 and the light detector 110 and is configured to focus or to expand the light passing through it in a predetermined manner.
  • the optical imaging element 15 may in particular comprise a taper optic, a refractile element, a diffractive element or a combination thereof.
  • An observation area 125, from which light can be incident on the light detector 110 by the imaging element 15, is usually determined mainly by the optical properties of the imaging element 15.
  • an opening angle 130 or an orientation of a boundary 135 of the opening angle 130 can be defined by the imaging element 15.
  • each the imaging element 1 15 be assigned to an observation area 125, wherein the entire observation area 125 of the lidar scanning device 100 may result from the combination of two observation areas 125.
  • an aperture 140 and / or a bandpass 145 are provided in the beam path between the object 120 and the light detector 110.
  • each imaging element 15 is assigned its own bandpass 145.
  • associated diaphragms 140 or a common diaphragm for both imaging elements 15.
  • the bezel 140 includes a simple pinhole that is configured to
  • one or more irises, along with the pinhole, may represent the aperture 140.
  • the observation areas 125 differ with regard to their orientation, their opening angle 130 and / or their range.
  • the observation areas 125 may overlap or be disjunctive.
  • the orientation of an observation area may be given by an angle of bisector of the opening angle 130 which extends between boundaries 135.
  • the observation areas 125 may be different or overlapping one another.
  • the observation areas 125 may also be identical to one another or one of the observation areas 125 may be part of the other observation area 125.
  • Each optical imaging element 1 15 is configured to image light onto a predetermined, associated detection area 150 of the light detector 110. Irrespective of the relative position of the observation regions 125, the detection regions 150 may overlap one another, be identical to one another, be disjoint, or one detection region 150 may form part of the other detection region 150. In one embodiment, both detection areas 150 lie on the same light detector 110, in another embodiment two discrete light detectors 110 are provided, each of which has its own detection area 150. Due to the various possibilities of matching the observation areas 125 and the detection areas 150, a large number of different embodiments with otherwise identical components can be brought about by selecting respectively suitable optical imaging elements 15.
  • a lidar scanner system 160 includes a plurality of optical imaging elements 15, of which at least one, but preferably at least two, are used to form the lidar scanner 100 described above. With the aid of the system 160, a lidar scanning device 100 can be constructed in the manner of a construction kit, which can be specifically adapted to several different purposes. In a further embodiment, three or more optical imaging elements 15 are provided in the lidar scanner 100, the above explanations applying mutatis mutandis.
  • FIG. 2 shows different exemplary observation regions 125 of a lidar scanning device 100 according to FIG. 1.
  • a top view shows a top view and a bottom view a side view of the observation regions 125.
  • a first observation area 125.1 which is assigned to a first optical imaging element 15.1, has a small first opening angle 130.1. The range is relatively large and the first observation area 125.1 is oriented horizontally and vertically symmetrically to a direction of travel 205.
  • a second observation area 125.2 is assigned to a second optical imaging element 15.2.
  • a second opening angle 130.2 is smaller than the first opening angle 130.1 and the orientation of the second observation area 125.2 includes an angle with the direction of travel 205 in the horizontal direction, while the second observation area 125.2 runs in the vertical direction parallel to the direction of travel 205.
  • a third observation area 125.3 is assigned to a third optical imaging element 15.3.
  • An associated third opening angle 130.3 is greater than the second opening angle 130.2 and a horizontal orientation of the third
  • Observation area 125.3 includes a larger angle in the horizontal direction with the direction of travel 205 than the second observation area 125.2. In the vertical direction, the third observation area 125.3 is aligned parallel to the direction of travel 205.
  • the imaging elements 1 15.1, 1 15.2 and 1 15.3 can be used simultaneously or successively to scan the observation areas 125.1, 125.2 or 125.3.
  • all imaging elements 15 are each part of the same lidar scanning device 100, so that 100 different scans can be made by means of the same scanning device.
  • FIG. 3 shows diagrams of different bandpasses 145 for use on the lidar scanner 100 of FIG.
  • a first diagram 305 is shown in the upper area and a second diagram 310 in the lower area.
  • the first diagram 305 is associated with a first bandpass 145 associated with a first observation region 125
  • the second diagram 310 is associated with a second bandpass 145 associated with a second observation region 125 (see Figure 1).
  • the bandpass 145 may be embodied integrated in one embodiment with the respective associated optical imaging elements 1 15.
  • a first transmission curve 315 is entered by a solid line, and a second transmission curve 320 is shown by a broken line and an envelope curve 325 in each case.
  • the first transmission curve 315 respectively indicates the light passing through the band-pass 145 when it is incident from the direction of the bisector of the opening angle 130.
  • the second transmission curve 320 analogously designates the light passing through the bandpass 145 from a direction near one of the boundaries 135.
  • the envelope 325 denotes the respective passband of the two bandpasses 145.
  • the envelope 325 of the bandpass 145 can be selected as a function of the opening angle 130 of the respective associated observation area 125.

Landscapes

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Abstract

Eine Lidar-Abtasteinrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug umfasst eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht auf ein Objekt; einen Lichtdetektor zum Empfangen von Licht, das vom Objekt reflektiert wurde; und mehrere optische Abbildungselemente im Strahlengang zwischen dem Objekt und dem Lichtdetektor.

Description

Beschreibung
Titel
L IDA R-A btasteinrich tung und L IDA R-A btasteinrich tungssystem
Die Erfindung betrifft eine Lidar-Abtasteinrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lidar-Abtasteinrichtung zum Einsatz an einem Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Eine Lidar-Abtasteinrichtung umfasst eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor. Die Lichtquelle sendet Licht innerhalb eines vorbestimmten Beobachtungsbereichs aus und der Lichtdetektor empfängt ausgesandtes Licht, das an einem Objekt im Beobachtungsbereich reflektiert wurde. Auf der Basis des detektierten reflektierten Lichts können beispielsweise eine Ausdehnung und/oder eine Entfernung des Objekts bestimmt werden.
Für unterschiedliche Zwecke sind unterschiedliche Beobachtungsbereiche von Vorteil. Fährt das Kraftfahrzeug beispielsweise auf einer Autobahn, so kann ein vorausfahrendes Kraftfahrzeug in einem Beobachtungsbereich erfasst werden, der einen kleinen Öffnungswinkel und eine große Reichweite aufweist. Fährt das Kraftfahrzeug hingegen langsam, so kann ein Nahbereich verbessert mit einem großen Öffnungswinkel und einer kleinen Reichweite abgetastet werden.
Üblicherweise ist im Strahlengang zwischen dem Objekt und dem Lichtdetektor ein optisches Abbildungselement vorgesehen, das den Beobachtungsbereich bestimmt. Dabei ist das optische Abbildungselement fest gewählt, sodass eine Lidar-Abtasteinrichtung üblicherweise einem Zweck oder einer Gruppe von ähnlichen Verwendungen fest zugeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lidar-Abtasteinrichtung und ein Lidar-Abtasteinrichtungssystem bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Offenbarung der Erfindung
Eine Lidar-Abtasteinrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug umfasst eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht auf ein Objekt; einen Lichtdetektor zum Empfangen von Licht, das vom Objekt reflektiert wurde; und mehrere optische Abbildungselemente im Strahlengang zwischen dem Objekt und dem Lichtdetek- tor.
Durch die Verwendung nicht nur eines, sondern mehrerer Abbildungselemente kann dieselbe Lidar-Abtasteinrichtung für unterschiedliche Zwecke verwendet werden. Beispielsweise können unterschiedliche Fahrerassistenzsysteme an Bord des Kraftfahrzeugs auf die Lidar-Abtasteinrichtung zugreifen.
Ein optisches Abbildungselement kann eine Taper-Optik, ein refraktives Element oder ein diffraktives Element umfassten. Eine Taper-Optik ist üblicherweise aus einer großen Anzahl von lichtleitenden Fasern gebildet, die Licht von einer Eintrittsfläche auf einer Austrittsfläche abbilden. Die Fasern sind bevorzugterweise Monomode und können derart dicht gebündelt sein, dass sich effektiv ein solider Block ergibt. Ein refraktives Element basiert auf Lichtbrechung und kann beispielsweise eine Linse oder ein Prisma umfassen. Ein diffraktives Element basiert auf Lichtbeugung und kann beispielsweise mittels einer Mikrostruktur arbeiten. Die Erfindung erlaubt es, gleichartige oder unterschiedliche optische Abbildungselemente miteinander zu kombinieren.
Es ist besonders bevorzugt, dass die optischen Abbildungselemente unterschiedliche Beobachtungsbereiche aufweisen. Dadurch kann die Lidar-Abtasteinrichtung verbessert unterschiedlichen Zwecken dienen.
In einer Variante unterscheiden sich die Beobachtungsbereiche in einem Öffnungswinkel oder einer Reichweite. In einer anderen Variante unterscheiden sich die Beobachtungsbereiche in einer Ausrichtung ihrer Begrenzungen. Anders ausgedrückt können sich die Beobachtungsbereiche bezüglich ihres Öffnungswinkels bzw. ihrer Reichweite und/oder bezüglich ihrer Richtung, bezogen auf eine Orientierung des Kraftfahrzeugs, unterscheiden. Die Variationen können miteinander kombiniert werden, sodass beispielsweise ein erster Beobachtungsbereich in Fahrtrichtung vorne gerichtet ist und einen schmalen Öffnungswinkel aufweist, während ein zweiter Beobachtungsbereich lateral (seitlich) orientiert ist und einen großen Öffnungswinkel aufweist. So können beispielsweise ein Anti- Kollisions-Assistent und eine Einparkhilfe die Lidar-Abtasteinrichtung mit einem jeweils zugeordneten Beobachtungsbereich verwenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Abbildungselemente auf unterschiedliche Bereiche des Lichtdetektors ab. Dadurch können die Beobachtungsbereiche auch konkurrierend, also gleichzeitig, ausgenutzt werden.
In einer anderen Ausführungsform überlappen sich die Bereiche des Lichtdetektors, auf die die Abbildungselemente abbilden, und bevorzugterweise ist eine steuerbare Blende zur Abschattung eines der Beobachtungsbereiche vorgesehen. Die Blende kann insbesondere angesteuert werden, alle bis auf einen der Beobachtungsbereiche abzuschatten. Dazu können zwei einzeln steuerbare Blenden oder eine gemeinsame Blende vorgesehen sein. Die gemeinsame Blende kann insbesondere eine einfache Lochblende umfassen, die so verschoben werden kann, dass ihr Loch in demjenigen Strahlengang liegt, dessen zugeordneter Beobachtungsbereich ausgenutzt werden soll. Dadurch können zeitlich nacheinander unterschiedliche Beobachtungsbereiche verwendet werden, die jeweils den gesamten Lichtdetektor ausnutzen können.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist in den Strahlengängen der Abbildungselemente jeweils ein optischer Bandpass vorgesehen, wobei Bandbreiten und/oder Mittelwellenlängen der Bandpässe unterschiedlich sind. Bevorzugterweise ist die Bandbreite und/oder die Mittelwellenlänge eines Bandpasses an einen zugeordneten Beobachtungsbereich angepasst. Insbesondere kann eine Anpassung bezüglich eines Öffnungswinkels oder einer Reichweite erfolgen. Je geringer der Öffnungswinkel ist, desto kleiner kann die Bandbreite des Bandpasses sein, sodass sich ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (Signal to Noise Ratio, SNR) ergeben kann.
Ein Lidar-Abtastungssystem umfasst eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht auf ein Objekt; einen Lichtdetektor zum Empfangen von Licht, das vom Objekt reflektiert wurde; und mehrere optische Abbildungselemente, von denen eines im Strahlengang zwischen dem Objekt und dem Lichtdetektor angeordnet werden kann.
Das optische Abbildungselement kann in Abhängigkeit einer geplanten Verwen- dung der Lidar-Abtasteinrichtung gewählt werden, die durch das Einsetzen des
Abbildungselements entsteht. Es ist besonders bevorzugt, dass gleichzeitig mehrere optische Abbildungselemente im Strahlengang angeordnet werden können, wie oben genauer beschrieben ist. Vorteilhafterweise können eine Reichweite und/oder ein Öffnungswinkel eines
Beobachtungsbereichs der Lidar-Abtasteinrichtung durch entsprechende Wahl eines passenden optischen Abbildungselements diskret variiert werden. Insbesondere kann die Reichweite innerhalb eines vorbestimmten Öffnungswinkels diskret angepasst werden. Ein Sensorgehäuse kann verbessert auf ein einge- setztes optisches Abbildungselement angepasst werden. Ein Beobachtungsbereich kann durch Hinzufügen eines weiteren optischen Abbildungselements, insbesondere einer Taper-Optik, eines refraktiven Elements oder eines diffraktiven Elements, erweitert werden. Ein Lichtdetektor-Array, das eine Vielzahl diskreter Lichtdetektoren umfasst, kann durch diskrete Einzeldetektoren ersetzt werden. Jedem Einzeldetektor kann ein optisches Abbildungselement zugeordnet sein.
Die diskreten Einzeldetektoren können kostengünstiger und/oder robuster sein. Die optischen Abbildungselemente können derart gewählt werden, dass die Beobachtungsbereiche einander überlappen, sodass eine Abtastung robuster beispielsweise gegenüber Schmutz oder anderen Störungen sein kann. Außerdem kann ein Bereich festgelegt werden, indem mehrere Beobachtungsbereiche einander überlappen, sodass in diesem besonders interessierenden Bereich (Region of Interest, ROI) eine redundante Abtastung möglich ist. Die ASIL-Fähigkeit der Lidar-Abtasteinrichtung kann dadurch erhöht werden. Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Darstellung einer Lidar-Abtasteinrichtung zum Einsatz an einem
Kraftfahrzeug; Fig. 2 unterschiedliche Beobachtungsbereiche einer Lidar-Abtasteinrichtung nach Fig. 1 ; und
Fig. 3 Diagramme unterschiedlicher Bandpässe zur Verwendung an der Lidar-Abtasteinrichtung von Fig. 1 darstellt.
Figur 1 zeigt eine Darstellung einer Lidar-Abtasteinrichtung 100, insbesondere zum Einsatz an einem Kraftfahrzeug. Die Abtasteinrichtung 100 umfasst eine
Lichtquelle 105 und einen Lichtdetektor 1 10, sowie bevorzugterweise mehrere optische Abbildungselemente 1 15. Die Abtasteinrichtung 100 ist dazu eingerichtet, ein Objekt 120 optisch abzutasten. Dazu sendet die Lichtquelle 105 Licht aus, das am Objekt 120 reflektiert werden und auf den Lichtdetektor 1 10 gewor- fen werden kann. In einer Ausführungsform sind die Lichtquelle 105 und der
Lichtdetektor 1 10 miteinander integriert ausgeführt, sodass sie weitgehend den gleichen Strahlengang miteinander teilen. Die Lichtquelle 105 umfasst bevorzugterweise einen Laser, dessen Licht in einer Ausführungsform zellenförmig oder Zeilen- und spaltenförmig über einen vorbestimmten Bereich geführt werden kann. Der Lichtdetektor 1 10 umfasst entweder ein diskretes Element oder eine ein- oder zweidimensionale Anordnung von diskreten Sensorelementen. Das optische Abbildungselement 1 15 ist im Strahlengang zwischen dem Objekt 120 und dem Lichtdetektor 1 10 angeordnet und dazu eingerichtet, das durch sie fallende Licht in einer vorbestimmten Weise zu fokussieren oder aufzuweiten. Das opti- sehe Abbildungselement 1 15 kann insbesondere eine Taper-Optik, ein refrakti- ves Element, ein diffraktives Element oder eine Kombination davon umfassen.
Ein Beobachtungsbereich 125, aus dem Licht durch das Abbildungselement 1 15 auf den Lichtdetektor 1 10 fallen kann, wird üblicherweise hauptsächlich durch die optischen Eigenschaften des Abbildungselements 1 15 bestimmt. Insbesondere können ein Öffnungswinkel 130 oder eine Ausrichtung einer Begrenzung 135 des Öffnungswinkels 130 durch das Abbildungselement 1 15 definiert sein.
Es wird vorgeschlagen, wenigstens zwei optische Abbildungselemente 1 15 gleichzeitig in den Strahlengang zwischen dem Objekt 120 und dem Lichtdetektor 1 10 vorzusehen. Wie aus der Darstellung von Figur 1 ersichtlich ist, kann je- dem Abbildungselement 1 15 ein Beobachtungsbereich 125 zugeordnet sein, wobei sich der gesamte Beobachtungsbereich 125 der Lidar-Abtasteinrichtung 100 aus der Kombination beider Beobachtungsbereiche 125 ergeben kann. Optional sind eine Blende 140 und/oder ein Bandpass 145 im Strahlengang zwischen dem Objekt 120 und dem Lichtdetektor 1 10 vorgesehen. Bevorzugterweise ist jedem Abbildungselement 1 15 ein eigener Bandpass 145 zugeordnet. Es können auch zugeordnete Blenden 140 oder eine gemeinsame Blende für beide Abbildungselemente 1 15 verwendet werden. In einer Ausführungsform um- fasst die Blende 140 eine einfache Lochblende, die dazu eingerichtet ist, den
Strahlengang zwischen nur einem der optischen Abbildungselemente 1 15 und dem Lichtdetektor 1 10 zu erlauben und den anderen Strahlengang abzuschatten. In noch einer weiteren Ausführungsform können eine oder mehrere Irisblenden zusammen mit der Lochblende die Blende 140 darstellen.
Bevorzugterweise unterscheiden sich die Beobachtungsbereiche 125 bezüglich ihrer Ausrichtung, ihres Öffnungswinkels 130 und/oder ihrer Reichweite. Dabei können sich die Beobachtungsbereiche 125 überlappen oder voneinander dis- junkt sein. Die Ausrichtung eines Beobachtungsbereichs kann durch eine Winkel- halbierende des Öffnungswinkels 130 gegeben sein, der sich zwischen Begrenzungen 135 erstreckt. In unterschiedlichen Ausführungsformen können die Beobachtungsbereiche 125 voneinander verschieden sein oder sich überlappen. In weiteren Ausführungsformen können die Beobachtungsbereiche 125 auch miteinander identisch sein oder einer der Beobachtungsbereiche 125 kann ein Teil des anderen Beobachtungsbereichs 125 sein.
Jedes optische Abbildungselement 1 15 ist dazu eingerichtet, Licht auf einen vorbestimmten, zugeordneten Detektionsbereich 150 des Lichtdetektors 1 10 abzubilden. Unabhängig von der relativen Lage der Beobachtungsbereiche 125 kön- nen die Detektionsbereiche 150 einander überlappen, miteinander identisch sein, disjunkt sein oder ein Detektionsbereich 150 kann einen Teil des anderen Detek- tionsbereichs 150 bilden. In einer Ausführungsform liegen beide Detektionsbereiche 150 auf dem gleichen Lichtdetektor 1 10, in einer anderen Ausführungsform sind zwei diskrete Lichtdetektoren 1 10 vorgesehen, von denen jeder einen eige- nen Detektionsbereich 150 aufweist. Durch die verschiedenen Möglichkeiten, die Beobachtungsbereiche 125 und die Detektionsbereiche 150 aufeinander abzustimmen, können durch Wahl jeweils geeigneter optischer Abbildungselemente 1 15 eine große Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsformen mit ansonsten gleichen Komponenten herbeigeführt werden.
Ein Lidar-Abtasteinrichtungssystem 160 umfasst mehrere optische Abbildungselemente 1 15, von denen wenigstens eine, bevorzugt aber wenigstens zwei, verwendet wird, um die oben beschriebene Lidar-Abtasteinrichtung 100 zu bilden. Mithilfe des Systems 160 kann nach Art eines Baukastens eine Lidar-Abtasteinrichtung 100 aufgebaut werden, die gezielt an mehrere unterschiedliche Zwecke angepasst sein kann. In einer weiteren Ausführungsform sind drei oder mehr optische Abbildungselemente 1 15 in der Lidar-Abtasteinrichtung 100 vorgesehen, wobei die obigen Erklärungen in entsprechender Weise gelten.
Figur 2 zeigt unterschiedliche exemplarische Beobachtungsbereiche 125 einer Lidar-Abtasteinrichtung 100 nach Figur 1. In einem oberen Bereich ist eine Draufsicht und in einem unteren Bereich eine Seitenansicht der Beobachtungsbereiche 125 dargestellt.
Ein erster Beobachtungsbereich 125.1 , der einem ersten optischen Abbildungselement 1 15.1 zugeordnet ist, weist einen geringen ersten Öffnungswinkel 130.1 auf. Die Reichweite ist relativ groß und der erste Beobachtungsbereich 125.1 ist horizontal und vertikal symmetrisch zu einer Fahrtrichtung 205 ausgerichtet.
Ein zweiter Beobachtungsbereich 125.2 ist einem zweiten optischen Abbildungselement 1 15.2 zugeordnet. Ein zweiter Öffnungswinkel 130.2 ist kleiner als der erste Öffnungswinkel 130.1 und die Ausrichtung des zweiten Beobachtungsbereichs 125.2 schließt in horizontaler Richtung einen Winkel mit der Fahrtrichtung 205 ein, während der zweite Beobachtungsbereich 125.2 in vertikaler Richtung parallel zur Fahrtrichtung 205 verläuft.
Ein dritter Beobachtungsbereich 125.3 ist einem dritten optischen Abbildungselement 1 15.3 zugeordnet. Ein zugeordneter dritter Öffnungswinkel 130.3 ist größer als der zweite Öffnungswinkel 130.2 und eine horizontale Ausrichtung des dritten
Beobachtungsbereichs 125.3 schließt in horizontaler Richtung einen größeren Winkel mit der Fahrtrichtung 205 ein als der zweite Beobachtungsbereich 125.2. In vertikaler Richtung ist der dritte Beobachtungsbereich 125.3 parallel zur Fahrtrichtung 205 ausgerichtet.
Die Abbildungselemente 1 15.1 , 1 15.2 und 1 15.3 können gleichzeitig oder nacheinander verwendet werden, um die Beobachtungsbereiche 125.1 , 125.2 oder 125.3 abzutasten. Bevorzugterweise sind alle Abbildungselemente 1 15 jeweils Teil der gleichen Lidar-Abtasteinrichtung 100, sodass mittels derselben Abtasteinrichtung 100 unterschiedliche Abtastungen vorgenommen werden können.
Figur 3 zeigt Diagramme unterschiedlicher Bandpass 145, zur Verwendung an der Lidar-Abtasteinrichtung 100 von Figur 1 . Im oberen Bereich ist ein erstes Diagramm 305 und im unteren Bereich ein zweites Diagramm 310 dargestellt. Das erste Diagramm 305 ist einem ersten Bandpass 145 zugeordnet, der einem ersten Beobachtungsbereich 125 zugeordnet ist, und das zweite Diagramm 310 ist einem zweiten Bandpass 145 zugeordnet, das einem zweiten Beobachtungsbereich 125 zugeordnet ist (vgl. Figur 1 ). Die Bandpass 145 können in einer Ausführungsform mit den jeweils zugeordneten optischen Abbildungselementen 1 15 integriert ausgeführt sein.
In beiden Diagrammen 305, 310 sind in horizontaler Richtung eine Wellenlänge und in vertikaler Richtung eine Transmission, also eine Durchlässigkeit des jeweiligen Bandpasss 145, angegeben.
In jedem Diagramm 305, 310 sind mit durchgezogener Linie eine erste Durchlasskurve 315 und mit unterbrochener Linie eine zweite Durchlasskurve 320 sowie jeweils eine Hüllkurve 325 eingetragen. Es wird davon ausgegangen, dass der Bandpass 145 des ersten Diagramms 305 einem Beobachtungsbereich 125 mit einem kleinen Öffnungswinkel 130 und das zweite Diagramm 310 einem Beobachtungsbereich 125 mit größerem Öffnungswinkel 130 zugeordnet ist. Die erste Durchlasskurve 315 bezeichnet jeweils das durch den Bandpass 145 tretende Licht, wenn es aus der Richtung der Winkelhalbierenden des Öffnungswinkels 130 einfällt. Die zweite Durchlasskurve 320 bezeichnet analog dazu das durch den Bandpass 145 tretende Licht aus einer Richtung nahe einer der Begrenzungen 135. Die Hüllkurve 325 bezeichnet den jeweiligen Durchlassbereich der beiden Bandpass 145. Es ist zu sehen, dass im ersten Diagramm 305 eine schmalere Hüllkurve 325 als im zweiten Diagramm 310 verwendet werden kann. Anders ausgedrückt kann die Hüllkurve 325 des Bandpasss 145 in Abhängigkeit des Öffnungswinkels 130 des jeweils zugeordneten Beobachtungsbereichs 125 gewählt werden. So kann die Bandbreite, die in der Darstellung der Breite der Hüllkurve 125 auf halber Höhe entspricht (Halbwertsbreite = Füll Width at Maximum Half, FWHM), angepasst schmal gehalten sein. Dadurch kann ein verbesserter Schutz gegenüber Störlicht, das beispielsweise von der Sonne oder einer anderen Lichtquelle herrühren kann, erreicht werden.

Claims

Ansprüche
1 . Lidar-Abtasteinrichtung (100) zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wobei die Lidar-Abtasteinrichtung (100) folgendes umfasst:
- eine Lichtquelle (105) zum Aussenden von Licht auf ein Objekt (120);
- einen Lichtdetektor (1 10) zum Empfangen von Licht, das vom Objekt (120) reflektiert wurde;
- mehrere optische Abbildungselemente (1 15) im Strahlengang zwischen dem Objekt (120) und dem Lichtdetektor (1 10).
2. Lidar-Abtasteinrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei ein optisches Abbildungselement (1 15) eine Taper-Optik, ein refraktives Element oder ein dif- fraktives Element umfasst.
3. Lidar-Abtasteinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optischen Abbildungselemente (1 15) unterschiedliche Beobachtungsbereiche (125) aufweisen.
4. Lidar-Abtasteinrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei sich die Beobachtungsbereiche (125) in einem Öffnungswinkel (130) oder einer Reichweite unterscheiden.
5. Lidar-Abtasteinrichtung (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei sich die Beobachtungsbereiche (125) in einer Ausrichtung ihrer Begrenzungen (135) unterscheiden.
6. Lidar-Abtasteinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abbildungselemente (1 15) auf unterschiedliche Bereiche (150) des Lichtdetektors (1 10) abbilden.
7. Lidar-Abtasteinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich Bereiche (150) des Lichtdetektors (1 10), auf die die Abbildungselemente (1 15) abbilden, überlappen, und eine steuerbare Blende (140) zur Abschattung eines der Beobachtungsbereiche (125) vorgesehen ist.
8. Lidar-Abtasteinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in den Strahlengängen der Abbildungselemente (1 15) jeweils ein optischer Bandpass (145) vorgesehen ist und Bandbreiten und/oder Mittelwellenlängen der Bandpässe (145) unterschiedlich sind.
9. Lidar-Abtasteinrichtungssystem (100) zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wobei das Lidar-Abtasteinrichtungssystem (100) folgendes umfasst:
- eine Lichtquelle (105) zum Aussenden von Licht auf ein Objekt (120);
- einen Lichtdetektor (1 10) zum Empfangen von Licht, das vom Objekt (120) reflektiert wurde; und
- mehrere optische Abbildungselemente (1 15), von denen eines im Strahlengang zwischen dem Objekt (120) und dem Lichtdetektor (1 10) angeordnet werden kann.
10. Lidar-Abtasteinrichtungssystem (100) nach Anspruch 9, wobei gleichzeitig mehrere optische Abbildungselemente (1 15) im Strahlengang angeordnet werden können.
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