DE102018212823A1 - LIDAR-Vorrichtung zur Erfassung eines Objektes - Google Patents

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Abstract

LIDAR-Vorrichtung (100) zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung aufweisend wenigstens einen Sender (101) zur Aussendung elektromagnetischer Strahlung (102) in die Umgebung; wenigstens eine rotierende Ablenkeinheit (112) zur Ablenkung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102); wenigstens eine 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); wenigstens eine zweite Detektoreinheit (109); und wenigstens ein diffraktives optisches Element (108, 108-1, 108-2). Das wenigstens eine diffraktive optische Element (108, 108-1, 108-2) weist wenigstens einen ersten Beugungsbereich (108-A, 108-E) und wenigstens einen zweiten Beugungsbereich (108-B, 108-C, 108-D, 108-F) auf, wobei eine wenigstens erste, dem wenigstens ersten Beugungsbereich (108-A, 108-E) zugeordnete Beugungseffizienz von einer wenigstens zweiten, dem wenigstens zweiten Beugungsbereich (108-B, 108-C, 108-D, 108-F) zugeordneten Beugungseffizienz verschieden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine LIDAR-Vorrichtung zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Die DE 10 2016 220 468 A1 offenbart einen LIDAR-Sensor zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung, wobei der LIDAR-Sensor mindestens eine Sendeeinheit zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung, mindestens eine Empfangseinheit zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung, die vom Objekt reflektiert wurde, mindestens ein refraktives Element, welches zumindestens teilweise durchlässig für die elektromagnetische Strahlung ist, eine rotierende Einheit, die wenigstens das mindestens eine refraktive Element, die mindestens eine Sendeeinheit und die mindestens eine Empfangseinheit enthält, umfasst. Das mindestens eine refraktive Element umfasst wenigstens eine optische Linse und einen Strahlteiler zur Teilung der elektromagnetischen Strahlung. Der Strahlteiler kann hierbei durch ein holographisches optisches Element ausgebildet sein. Bei holographischen optischen Elementen wird eine Teilung von elektromagnetischer Strahlung und eine Strahlungsablenkung des einen Teils der elektromagnetischen Strahlung durch Beugung an einem Gitter bewirkt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einer LIDAR-Vorrichtung zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung. Die LIDAR-Vorrichtung weist wenigstens einen Sender zur Aussendung elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung; wenigstens eine rotierende Ablenkeinheit zur Ablenkung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung; wenigstens eine 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; wenigstens eine zweite Detektoreinheit; und wenigstens ein diffraktives optisches Element auf.
  • Erfindungsgemäß weist das wenigstens eine diffraktive optische Element wenigstens einen ersten Beugungsbereich und wenigstens einen zweiten Beugungsbereich auf, wobei eine wenigstens erste, dem wenigstens ersten Beugungsbereich zugeordnete Beugungseffizienz von einer wenigstens zweiten, dem wenigstens zweiten Beugungsbereich zugeordneten Beugungseffizienz verschieden ist.
  • Vorzugsweise wird als diffraktives optisches Element ein optisches Gitter verwendet. Ein diffraktives optisches Element kann ein abbildendes diffraktives optisches Element sein. Ein diffraktives optisches Element kann ein holographisch optisches Element sein.
  • Der Sender kann als Laser, insbesondere als Laserdiode, ausgebildet sein. Die ausgesendete elektromagnetische Strahlung kann Laserlicht sein. Der Sender kann als lichtemittierende Diode (LED, light emitting diode) ausgebildet sein. Der Sender kann als organische lichtemittierende Diode (OLED, organic light emitting diode) ausgebildet 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.
  • 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.
  • Eine Detektionseinheit der ersten Detektoreinheit kann als Fotodiode ausgebildet sein. Eine Detektionseinheit der zweiten Detektoreinheit kann als Fotodiode ausgebildet sein.
  • Die rotierende Ablenkeinheit kann einen Rotor aufweisen. Die rotierende Ablenkeinheit kann weiterhin statische Elemente aufweisen. Die rotierende Ablenkeinheit kann einen Stator aufweisen. Der Sender der LIDAR-Vorrichtung kann auf dem Rotor angeordnet sein. Die wenigstens eine Detektionsoptik kann auf dem Rotor angeordnet sein. Die eine erste Detektoreinheit kann auf dem Rotor angeordnet sein. Die wenigstens eine zweite Detektoreinheit kann auf dem Rotor angeordnet sein. Das wenigstens eine diffraktive optische Element kann auf einem statischen Element angeordnet sein.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels der beschriebenen LIDAR-Vorrichtung wenigstens eine Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung effizient ermittelt werden. Hierbei kann der Bauraum der LIDAR-Vorrichtung klein gehalten werden. Das diffraktive optische Element kann aus Folienmaterial aufgebaut sein. Das diffraktive optische Element nimmt wenig Bauraum ein und ist flexibel in seiner Anordnung innerhalb der LIDAR-Vorrichtung. Es ergeben sich größere Freiheiten in der räumlichen Anordnung des diffraktiven optischen Elements innerhalb der LIDAR-Vorrichtung. Es ergeben sich größere Freiheiten in der räumlichen Anordnung des wenigstens einen ersten Beugungsbereichs und des wenigstens einen zweiten Beugungsbereichs innerhalb der LIDAR-Vorrichtung.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens erste Beugungsbereich dazu ausgebildet ist, wenigstens einen ersten vorgegebenen Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung auf die zweite Detektoreinheit umzulenken und/oder zu bündeln; und das der wenigstens zweite Beugungsbereich dazu ausgebildet ist, wenigstens einen zweiten vorgegebenen Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung auf die zweite Detektoreinheit umzulenken und/oder zu bündeln.
  • Hierbei ist der wenigstens eine erste vorgegebene Anteil insbesondere abhängig von der wenigstens ersten Beugungseffizienz. Hierbei ist der wenigstens zweite vorgegebene Anteil insbesondere abhängig von der wenigstens zweiten Beugungseffizienz. Der wenigstens erste Beugungsbereich ist insbesondere dazu ausgebildet, den wenigstens einen ersten vorgegebenen Anteil mittels wenigstens eines ersten vorgegebenen Umlenkwinkels auf die zweite Detektoreinheit umzulenken und/oder zu bündeln. Der wenigstens eine erste vorgegebene Umlenkwinkel hängt hierbei insbesondere von der Orientierung der Gitterebenen des wenigstens ersten Beugungsbereichs ab. Insbesondere ist der Abstand der Gitterebenen des Gitters in einem Volumenhologramm so ausgebildet, dass er mit der Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zusammenpasst. Der wenigstens zweite Beugungsbereich ist insbesondere dazu ausgebildet, den wenigstens einen zweiten vorgegebenen Anteil mittels wenigstens eines zweiten vorgegebenen Umlenkwinkels auf die zweite Detektoreinheit umzulenken und/oder zu bündeln. Der wenigstens eine zweite vorgegebene Umlenkwinkel hängt hierbei insbesondere von der Orientierung der Gitterebenen des wenigstens zweiten Beugungsbereichs ab. Insbesondere ist der Abstand der Gitterebenen des Gitters in einem Volumenhologramm so ausgebildet, dass er mit der Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zusammenpasst. Der wenigstens eine erste vorgegebene Umlenkwinkel und der wenigstens eine zweite vorgegebene Umlenkwinkel können den gleichen Wert aufweisen. Der wenigstens eine erste vorgegebene Umlenkwinkel und der wenigstens eine zweite vorgegebene Umlenkwinkel können einen sich unterscheidenden Wert aufweisen.
  • Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass das diffraktive optische Element nicht den Beschränkungen des Reflexionsgesetzes unterliegt. Eine optische Funktion des wenigstens ersten Beugungsbereichs, zum Beispiel ein Winkel um den einfallendes Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge umgelenkt wird, kann bei der Herstellung des wenigstens ersten Beugungsbereichs frei gewählt werden. Eine optische Funktion des wenigstens zweiten Beugungsbereichs, zum Beispiel ein Winkel um den einfallendes Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge umgelenkt wird, kann bei der Herstellung des wenigstens zweiten Beugungsbereichs frei gewählt werden. Es können zusätzliche optische Funktionen wie zum Beispiel eine strahlbündelnde Funktion kostengünstig und platzsparend in dem wenigstens ersten Beugungsbereich gespeichert werden.
  • Es können zusätzliche optische Funktionen wie zum Beispiel eine strahlbündelnde Funktion kostengünstig und platzsparend in dem wenigstens zweiten Beugungsbereich gespeichert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine zweite Detektoreinheit dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen ersten vorgegebenen Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung als wenigstens ein erstes Signal zu detektieren; und den wenigstens einen zweiten vorgegebenen Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung als wenigstens ein zweites Signal zu detektieren; und anhand des zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen ersten Signals und des wenigstens einen zweiten Signals wenigstens eine Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung zu ermitteln. Die von der zweiten Detektoreinheit detektierten Signale sind hierbei insbesondere abhängig von einer Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Ablenkeinheit; der Größe, der Beugungseffizienz und/oder der Abfolge der ersten und zweiten Beugungsbereiche. Das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite Signal sind insbesondere periodisch und/oder unperiodisch moduliert.
  • Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass wenigstens eine Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung effizient ermittelt werden kann. Dies erhöht die Sicherheit der LIDAR-Vorrichtung. Es kann wenigstens eine von einer Zeit abhängige Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung effizient ermittelt werden kann. Es kann wenigstens eine sich über eine Zeit veränderbare Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung effizient ermittelt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente die rotierende Ablenkeinheit ist; und dass die zu ermittelnde Eigenschaft eine Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Ablenkeinheit ist.
  • Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine effiziente Ermittlung einer Eigenschaft der rotierenden Ablenkeinheit ermöglicht wird. Die Ermittlung der Eigenschaft der rotierenden Ablenkeinheit ist hierbei ohne zusätzliche Lichtquelle auf dem Rotor der rotierenden Ablenkeinheit möglich. Es ist weiterhin keine Übertragung einer gemessenen Winkelgeschwindigkeit vom Stator auf dem Rotor der rotierenden Ablenkeinheit vonnöten. Für den Rotor wird eine eigene Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit ermöglicht. Eine effiziente Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Ablenkeinheit wird ermöglicht. Hierdurch wird eine bessere Ansteuerung des Senders ermöglicht. Hierdurch wird eine bessere Ansteuerung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung ermöglicht. Der Sender kann derart angesteuert werden, dass er in den richtigen Winkelabständen elektromagnetischer Strahlung aussendet. Weiterhin kann eine Fehlfunktion der rotierenden Ablenkeinheit schnell und mit großer Sicherheit erkannt werden. Im Falle einer Fehlfunktion kann die LIDAR-Vorrichtung schnell abgeschaltet werden. Im Falle einer Fehlfunktion kann der Sender der LIDAR-Vorrichtung schnell abgeschaltet werden. Dies ist insbesondere wichtig um die Augensicherheit bei Verwendung der LIDAR-Vorrichtung zu gewährleisten. Dies ist insbesondere bei der Verwendung der LIDAR-Vorrichtung im Automobilbereich von großer Bedeutung. Durch Kalibrierung des wenigstens einen diffraktiven optischen Elements und der zweiten Detektoreinheit kann eine zuverlässige Funktionsüberprüfung der rotierenden Ablenkeinheit ermöglicht werden. Durch Kalibrierung des wenigstens einen ersten Beugungsbereichs und der rotierenden Ablenkeinheit kann eine zuverlässige Funktionsüberprüfung des Senders ermöglicht werden. Durch Kalibrierung des wenigstens einen zweiten Beugungsbereichs und der rotierenden Ablenkeinheit kann eine zuverlässige Funktionsüberprüfung des Senders ermöglicht werden. Dies erhöht die Sicherheit der LIDAR-Vorrichtung.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente der Sender ist; und dass die wenigstens eine zu ermittelnde Eigenschaft eine Leistung, eine Pulslänge und/oder eine Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung ist.
  • Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine effiziente Ermittlung einer Eigenschaft des Senders ermöglicht wird. Es wird eine effiziente Funktionsüberprüfung des Senders ermöglicht. 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. Dies ermöglicht eine Kalibrierung der LIDAR-Vorrichtung wodurch eine zuverlässige Funktionsüberprüfung des Senders ermöglicht werden kann. Durch Kalibrierung des wenigstens einen ersten Beugungsbereichs und der zweiten Detektoreinheit kann eine zuverlässige Funktionsüberprüfung des Senders ermöglicht werden. Durch Kalibrierung des wenigstens einen zweiten Beugungsbereichs und der zweiten Detektoreinheit kann eine zuverlässige Funktionsüberprüfung des Senders ermöglicht werden. Dies erhöht die Sicherheit der LIDAR-Vorrichtung. Das wenigstens eine erste Signal kann als Triggersignal der Time-of-Flight-Messung der LIDAR-Vorrichtung genutzt werden. Das wenigstens eine zweite Signal kann als Triggersignal der Time-of-Flight-Messung der LIDAR-Vorrichtung genutzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die LIDAR-Vorrichtung weiterhin ein Steuergerät aufweist, welches dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Komponente der LIDAR-Vorrichtung abhängig von der wenigstens einen ermittelten Eigenschaft anzusteuern. Das Steuergerät ist insbesondere dazu ausgebildet, den wenigstens einen Sender der LIDAR-Vorrichtung abhängig von der wenigstens einen ermittelten Eigenschaft anzusteuern. Das Steuergerät ist insbesondere dazu ausgebildet, die rotierende Ablenkeinheit der LIDAR-Vorrichtung abhängig von der wenigstens einen ermittelten Eigenschaft anzusteuern. Hierzu kann das Steuergerät mit der zweiten Detektoreinheit verbunden sein. Hierzu kann das Steuergerät mit der ersten Detektoreinheit verbunden sein. Hierzu kann das Steuergerät mit dem wenigstens einen Sender verbunden sein. Hierzu kann das Steuergerät mit der rotierenden Ablenkeinheit verbunden sein.
  • Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass auf Fehlfunktionen der LIDAR-Vorrichtung schnell reagiert werden kann. Es können Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Ablenkeinheit schnell ausgeglichen werden. Es können Schwankungen des Senders schnell ausgeglichen werden. Hierdurch kann beispielsweise die Augensicherheit der LIDAR-Vorrichtung sichergestellt werden. Wenigstens eine Komponente der LIDAR-Vorrichtung kann auch abgeschaltet werden, um die Sicherheit bei der Verwendung der LIDAR-Vorrichtung zu gewährleisten.
  • Das Steuergerät kann die rotierende Ablenkeinheit zum Beispiel derart ansteuern, dass eine vorgegebene Winkelgeschwindigkeit eingehalten wird. Das Steuergerät kann den wenigstens einen Sender zum Beispiel derart ansteuern, dass Normen, die Grenzwerte bezüglich ausgesendeter elektromagnetischer Strahlung für Lasereinrichtungen definieren, eingehalten werden. Insbesondere kann hierdurch die Augensicherheit der LIDAR-Vorrichtung eingehalten werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die LIDAR-Vorrichtung weiterhin ein Gehäuse aufweist, wobei das wenigstens eine diffraktive optische Element auf dem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse kann ein statisches Element der LIDAR-Vorrichtung sein. Das diffraktive Element kann hierbei auf einer Innenseite des Gehäuses angeordnet sein. Das diffraktive optische Element kann auch auf einer Außenseite des Gehäuses angeordnet sein. In diesem Fall sind zusätzliche Vorkehrungen nötig, um die Kratzfestigkeit des diffraktiven optischen Elements zu gewährleisten und um das diffraktive optische Element vor Schmutz zu schützen. Alternativ ist das diffraktive optische Element im Gehäuse angeordnet. Das diffraktive optische Element kann hierfür in einen Gehäuseverbund eingebettet sein. Weist eine LIDAR-Vorrichtung wenigstens zwei diffraktive optische Elemente auf, so können diese auf unterschiedliche Weise am und/oder im Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann wenigstens teilweise aus Glas und/oder einem anderen für die ausgesendete und empfangene elektromagnetische Strahlung transparenten Material bestehen.
  • 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 sich gezielt auf die Anforderungen der Ermittlung wenigstens einer Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung anpassen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein für ein Sichtfeld der LIDAR-Vorrichtung genutzter Winkelbereich und ein für das Sichtfeld der LIDAR-Vorrichtung ungenutzter Winkelbereich ausgebildet sind; und dass das wenigstens eine diffraktive optische Element in dem ungenutzten Winkelbereich angeordnet ist
  • Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass ein für das Sichtfeld der LIDAR-Vorrichtung ungenutzter Winkelbereich des Gehäuses für die Ermittlung wenigstens einer Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung genutzt werden kann. Dieser Bereich des Gehäuses kann intransparent sein.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine erste Beugungsbereich und/oder der wenigstens eine zweite Beugungsbereich des wenigstens einen, in dem ungenutzten Winkelbereich angeordneten, diffraktiven optischen Elements als Reflexionshologramm ausgebildet ist.
  • Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass ein Reflexionshologramm mit höherer Effizienz genutzt werden kann. Entsprechend kann elektromagnetische Strahlung in den ungenutzten Winkelbereich mit geringerer Intensität ausgesendet werden. Es muss nicht mehr als nötig elektromagnetische Strahlung in den ungenutzten Winkelbereich ausgesendet werden. Die Ermittlung wenigstens einer Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung in dem ungenutzten Winkelbereich kann insbesondere auch nach einer Fehlfunktion für das Wiedereinschalten der LIDAR-Vorrichtung genutzt werden. Hierfür können beispielsweise zunächst die Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung, die Leistung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung, die Winkeldrehgeschwindigkeit und/oder die Funktion der zweiten Detektoreinheit überprüft werden ohne dass elektromagnetische Strahlung die LIDAR-Vorrichtung verlässt.
  • 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 Phasenhologramm ausgebildet ist.
  • 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. Hierbei kann der wenigstens eine erste Beugungsbereich eine vom wenigstens einen zweiten Beugungsbereich verschiedene Winkelselektivität aufweisen. Hierbei kann der wenigstens eine erste Beugungsbereich eine dem wenigstens einen zweiten Beugungsbereich gleichende Winkelselektivität aufweisen. Hierbei kann der wenigstens eine erste Beugungsbereich eine vom wenigstens einen zweiten Beugungsbereich verschiedene Wellenlängenselektivität aufweisen. Hierbei kann der wenigstens eine erste Beugungsbereich eine dem wenigstens einen zweiten Beugungsbereich gleichende Wellenlängenselektivität aufweisen. Das diffraktive optische Element kann 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 wenigstens einen ersten Beugungsbereichs bei der Herstellung derart eingestellt werden, dass der wenigstens eine erste 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. Beispielsweise kann die Beugungseffizienz des wenigstens einen zweiten Beugungsbereichs bei der Herstellung derart eingestellt werden, dass der wenigstens eine zweite 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.
  • Die 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; Ablenkung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels einer rotierenden Ablenkeinheit; empfangen von elektromagnetischer Strahlung, die in der Umgebung vom Objekt reflektiert wurde, mittels wenigstens einer Detektionsoptik; und Richten der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf eine erste Detektoreinheit.
  • Erfindungsgemäß weist das Verfahren den weiteren Schritt auf: Umlenken und/oder Bündeln wenigstens eines ersten vorgegebenen Anteils der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels wenigstens eines ersten Beugungsbereichs eines diffraktiven optischen Elements auf eine zweite Detektoreinheit und Umlenken und/oder Bündeln wenigstens eines zweiten vorgegebenen Anteils der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels wenigstens eines zweiten Beugungsbereichs des diffraktiven optischen Elements auf die zweite Detektoreinheit, wobei eine wenigstens erste, dem wenigstens ersten Beugungsbereich zugeordnete Beugungseffizienz von einer wenigstens zweiten dem wenigstens zweiten Beugungsbereich zugeordneten Beugungseffizienz verschieden ist.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:
    • 1 erstes Beispiel einer LIDAR-Vorrichtung;
    • 2 zweites Beispiel einer LIDAR-Vorrichtung;
    • 3A-D verschiedene Möglichkeiten der Anordnung des wenigstens einen ersten Beugungsbereichs und des wenigstens einen zweiten Beugungsbereichs auf einem Gehäuse der LIDAR-Vorrichtung;
    • 4A-C Beispiele von von der zweiten Detektoreinheit detektierten zeitlichen Verläufen eines wenigstens ersten Signals und eines wenigstens zweiten Signals;
    • 5 Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung.
  • Die 1 und 2 zeigen beispielhaft zwei Ausführungsformen der LIDAR-Vorrichtung 100. In jeder der beiden gezeigten Ausführungsformen weist die LIDAR-Vorrichtung 100 eine rotierende Ablenkeinheit 112 auf, welche um eine Rotationsachse 113 rotierbar ausgebildet ist. Auf dieser rotierenden Ablenkeinheit 112 können alle Komponenten der LIDAR-Vorrichtung 100 angeordnet sein. In einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die rotierende Ablenkeinheit 112 ebenso rotierbar sein, wobei weitere Komponenten der LIDAR-Vorrichtung 100 ortsfest angeordnet sein können. Bei den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen weist die LIDAR-Vorrichtung 100 jeweils ein Gehäuse 111 auf.
  • Die LIDAR-Vorrichtung 100 (siehe 1 und 2) 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 und 2 gezeigt als Objektiv im Empfangsstrahlengang ausgebildet sein. Die erste Detektoreinheit 106 kann wenigstens eine Detektionseinheit aufweisen. Eine Detektionseinheit kann als Fotodiode ausgebildet sein.
  • Jede der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der LIDAR-Vorrichtung 100 weist wenigstens eine Einheit 107 zur Ermittlung wenigstens einer Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung 100 auf. In 1 weist die Einheit 107 das diffraktive optische Element 108, und eine zweite Detektoreinheit 109 auf. Das diffraktive optische Element 108 ist für die ausgesendete elektromagnetische Strahlung 102 weitestgehend transparent. In 2 weist die LIDAR-Vorrichtung 100 das diffraktive optische Element 108-1 in einem für ein Sichtfeld der LIDAR-Vorrichtung 100 genutztem Winkelbereich 117 auf. Das diffraktive optische Element 108-1 ist für die ausgesendete elektromagnetische Strahlung 102 weitestgehend transparent. Das diffraktive optische Element 108-1 kann als Reflexionshologramm ausgebildet sein. In einer ersten, in 2 gezeigten Drehposition der rotierenden Ablenkeinheit 112 ist die Einheit 107 durch das diffraktive optische Element 108-1 und eine zweite Detektoreinheit 109 ausgebildet. In 2 weist die LIDAR-Vorrichtung 100 zusätzlich das diffraktive optische Element 108-2 in einem für ein Sichtfeld der LIDAR-Vorrichtung 100 ungenutztem Winkelbereich 118 auf. Das diffraktive optische Element 108-2 kann für die ausgesendete elektromagnetische Strahlung 102 weitestgehend transparent sein. Das diffraktive optische Element 108-2 kann als Reflexionshologramm ausgebildet sein. In einer zweiten, hier nicht gezeigten Drehposition der rotierenden Ablenkeinheit 112 ist die Einheit 107 durch das diffraktive optische Element 108-2 und die zweite Detektoreinheit 109 ausgebildet. Die Abgrenzung des genutzten Winkelbereichs 117 vom ungenutztem Winkelbereich 118 ist mittels der Linie 116-1 und 116-2 verdeutlicht. Die diffraktiven optischen Element 108, 108-1, 108-2 können jeweils als holographisches optisches Element, insbesondere als Volumenhologramm, als Amplitudenhologramm und/oder als Phasenhologramm ausgebildet sein.
  • Das diffraktive optische Element 108 der LIDAR-Vorrichtung 100 aus 1 weist mehrere erste Beugungsbereiche 108-A auf. Das diffraktive optische Element 108 der LIDAR-Vorrichtung 100 aus 1 weist mehrere zweite Beugungsbereiche 108-B auf. Das diffraktive optische Element 108-1 der LIDAR-Vorrichtung 100 aus 2 weist mehrere erste Beugungsbereiche 108-A auf. Das diffraktive optische Element 108-1 der LIDAR-Vorrichtung 100 aus 2 weist mehrere zweite Beugungsbereiche 108-B auf. Das diffraktive optische Element 108-2 der LIDAR-Vorrichtung 100 aus 2 weist mehrere erste Beugungsbereiche 108-E auf. Das diffraktive optische Element 108-1 der LIDAR-Vorrichtung 100 aus 2 weist mehrere zweite Beugungsbereiche 108-F auf. Hierbei ist eine erste, dem ersten Beugungsbereich 108-A zugeordnete Beugungseffizienz von einer zweiten, dem zweiten Beugungsbereich 108-B zugeordneten Beugungseffizienz verschieden. Hierbei ist eine erste, dem ersten Beugungsbereich 108-E zugeordnete Beugungseffizienz von einer zweiten, dem zweiten Beugungsbereich 108-F zugeordneten Beugungseffizienz verschieden.
  • In 2 kann die erste Beugungseffizienz des ersten Beugungsbereichs 108-A verschieden von oder gleich der ersten Beugungseffizient des ersten Beugungsbereichs 108-E sein. In 2 kann die zweite Beugungseffizienz des zweiten Beugungsbereichs 108-B verschieden von oder gleich der zweiten Beugungseffizient des zweiten Beugungsbereichs 108-F sein. Der erste Beugungsbereich 108-A, 108-E ist jeweils dazu ausgebildet, wenigstens einen ersten vorgegebenen Anteil 114-A, 114-E (beide hier nicht gezeigt) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 auf die zweite Detektoreinheit 109 umzulenken und/oder zu bündeln. Der zweite Beugungsbereich 108-B, 108-F ist jeweils dazu ausgebildet ist, einen zweiten vorgegebenen Anteil 114-B (hier gezeigt), 114-F (hier nicht gezeigt) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 auf die zweite Detektoreinheit 109 umzulenken und/oder zu bündeln. Hierfür kann jeder Beugungsbereich 108-A, 108-B, 108-E, 108-F ein optisches Gitter aufweisen, an dem der jeweilige vorgegebene Anteil 114-A, 114-B, 114-E, 114-F gebeugt wird.
  • Die zweite Detektoreinheit 109 kann den wenigstens einen ersten vorgegebenen Anteil 114-A bzw. 114-E der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 als wenigstens ein erstes Signal 403-A bzw. 403-E detektieren. Die zweite Detektoreinheit 109 kann den wenigstens einen zweiten vorgegebenen Anteil 114-B bzw. 114-F der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 als wenigstens ein zweites Signal 403-E bzw. 114-F detektieren. Anhand des zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen ersten Signals 403-A bzw. 403-E und des wenigstens einen zweiten Signals 403-B bzw. 403-F kann die zweite Detektoreinheit 109 wenigstens eine Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung 100 ermitteln. Hierfür kann die zweite Detektoreinheit 109 mit einer Recheneinheit verbunden sein, welche Teil der Einheit 107 zur Funktionsüberprüfung des Senders 101 ist. Alternativ können die Signale 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. Die wenigstens eine Komponente der LIDAR-Vorrichtung 100 kann die rotierende Ablenkeinheit 112 sein; wobei die zu ermittelnde Eigenschaft eine Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Ablenkeinheit 112 ist. Die wenigstens eine Komponente der LIDAR-Vorrichtung 100 kann der Sender 101 sein; wobei die wenigstens eine zu ermittelnde Eigenschaft eine Leistung, eine Energie, eine Pulslänge und/oder eine Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 ist.
  • Die in den 1 und 2 gezeigten diffraktiven optischen Element 108, 108-1 und 108-2 weisen jeweils zusätzlich zu der umlenkenden Wirkung auch eine strahlbündelnde Wirkung auf. Der vorgegebene erste Anteil 114-A bzw. 114-E wird somit mittels des ersten Beugungsbereichs 108-A bzw. 108-E auf die zweite Detektoreinheit 109 umgelenkt und fokussiert. Der vorgegebene zweite Anteil 114-B bzw. 114-F wird somit mittels des zweiten Beugungsbereichs 108-B bzw. 108-F auf die zweite Detektoreinheit 109 umgelenkt und fokussiert. Bei den in den 1 und 2 gezeigten Beispielen ist somit keine zusätzliche Optik notwendig. In Fällen, in denen die diffraktiven optischen Element keine strahlbündelnde Wirkung aufweisen würden oder diese nicht ausreichend ist, kann eine zusätzliche Optik diese Funktion realisieren.
  • Die in den 1 und 2 gezeigte zweite Detektoreinheit 109 ist als eine Detektionseinheit, insbesondere eine Fotodiode, ausgebildet. Durch die strahlbündelnde Wirkung der ersten Beugungsbereiche 108-A bzw. 108-E und der zweiten Beugungsbereiche 108-B und 108-F kann eine kleine Fotodiodenfläche genutzt werden.
  • Wie in den 1 und 2 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 elektromagnetischen Strahlung abgezogen werden.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist die LIDAR-Vorrichtung 100 weiterhin ein Steuergerät 115 auf. Das Steuergerät 115 ist mit dem Sender 101, der ersten Detektoreinheit 106, der zweiten Detektoreinheit 109 und der rotierenden Ablenkeinheit 112 (in den 1 und verdeutlicht durch die Verbindung zur Rotationsachse 113) verbunden. Es ist dazu ausgebildet, wenigstens eine Komponente der LIDAR-Vorrichtung 100 abhängig von wenigstens einer ermittelten Eigenschaft anzusteuern. Das Steuergerät 115 kann dazu ausgebildet sein, die rotierende Ablenkeinheit 112 abhängig von der ermittelten Winkelgeschwindigkeit anzusteuern. Das Steuergerät 115 kann dazu ausgebildet sein, den wenigstens einen Sender 101 abhängig von der ermittelten Eigenschaft anzusteuern. Das Steuergerät 115 kann dazu ausgebildet sein, den wenigstens einen Sender 101 abhängig von der ermittelten Leistung, Energie, Pulslänge und/oder Wellenlänge der vom Sender 101 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 anzusteuern.
  • Bei den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen sind die diffraktiven optischen Elemente 108, 108-1, 108-2 jeweils auf der Innenseite des Gehäuses 111 angeordnet. Die ersten Beugungsbereiche 108-A bzw. 108-E wirken jeweils reflektierend auf den ersten vorgegebenen Anteil 114-A bzw. 114-E der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Die zweiten Beugungsbereiche 108-B bzw. 108-F wirken jeweils reflektierend auf den zweiten vorgegebenen Anteil 114-B bzw. 114-F der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Die ersten Beugungsbereiche 108-A bzw. 108-E können jeweils den ersten vorgegebenen Anteil 114-A bzw. 114-E um mittels wenigstens einen ersten vorgegebenen Umlenkwinkel auf die zweite Detektoreinheit 109 umlenken und/oder bündeln. Die zweiten Beugungsbereiche 108-B bzw. 108-F können jeweils den zweiten vorgegebenen Anteil 114-B bzw. 114-F um mittels wenigstens einen ersten vorgegebenen Umlenkwinkel auf die zweite Detektoreinheit 109 umlenken und/oder bündeln.
  • 3 zeigt beispielhaft verschiedene Möglichkeiten der Anordnung des wenigstens einen ersten Beugungsbereichs 108-A und des wenigstens einen zweiten Beugungsbereichs 108-B, 108-C, 108-D auf einem Gehäuse der LIDAR-Vorrichtung. 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 ist jeweils ein diffraktives optisches Element 108 mit jeweils mehreren ersten Beugungsbereichen 108-A und jeweils einem oder mehreren zweiten Beugungsbereichen 108-B, 108-C bzw. 108-D auf dem Gehäuse 111 angeordnet.
  • Die diffraktiven optischen Elemente 108 der 3A und 3B sind jeweils im oberen Bereich des Gehäuses 111 angeordnet. In 3A ist eine periodische Abfolge von ersten Beugungsbereichen 108-A, denen jeweils eine erste Beugungseffizienz (z. B. von 1%) zugeordnet ist; und von zweiten Beugungsbereichen 108-B, denen jeweils eine zweite Beugungseffizienz (z. B. von 0,5%) zugeordnet ist, gezeigt. Mit dieser Anordnung können sich periodisch verändernde Signale 403-A und 403-B (siehe 4A) gemessen werden. In 3B ist eine unperiodische Abfolge mehrerer Beugungsbereiche gezeigt. Von links nach rechts folgt auf einen ersten Beugungsbereich 108-A mit einer ersten Beugungseffizienz (z. B. von 1%), ein zweiter Beugungsbereich 108-B mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 0,5%), dann ein zweiter Beugungsbereich 108-C mit einer weiteren zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 2%), dann ein weiterer zweiter Beugungsbereich 108-B mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 0,5%), dann ein zweiter Beugungsbereich 108-D mit einer weiteren zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 3%), dann wieder ein erster Beugungsbereich 108-A mit einer ersten Beugungseffizienz (z. B. von 1%), dann ein weiterer zweiter Beugungsbereich 108-D mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 3%) und ein dann ein weiterer zweiter Beugungsbereich 108-B mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 0,5%). Mit dieser Anordnung können sich unperiodisch verändernde Signale 403-A, 403-B, 403-C und 403-D (nicht gezeigt) gemessen werden.
  • Das diffraktive optische Element 108 der 3C ist mittig auf dem Gehäuse angeordnet. Es weist eine unperiodische Abfolge mehrere Beugungsbereiche auf. Von links nach rechts folgt auf einen zweiten Beugungsbereich 108-C mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 2%), ein zweiter Beugungsbereich 108-G mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 0%), ein zweiter Beugungsbereich 108-B mit einer weiteren zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 0,5%), ein zweiter Beugungsbereich 108-G mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 0%), dann ein erster Beugungsbereich 108-A mit einer ersten Beugungseffizienz (z. B. von 1%), ein zweiter Beugungsbereich 108-G mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 0%), dann ein zweiter Beugungsbereich 108-D mit einer weiteren zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 3%), ein zweiter Beugungsbereich 108-G mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 0%), und ein dann ein weiterer zweiter Beugungsbereich 108-B mit einer zweiten Beugungseffizienz (z. B. von 0,5%). Mit dieser Anordnung können sich unperiodisch verändernde Signale 403-A, 403-B, 403-C, 403-D und 403-G (nicht gezeigt) gemessen werden.
    Weist ein Beugungsbereich, wie im vorliegenden Beispiel die Beugungsbereiche 108-G, eine Beugungseffizienz von 0% auf, so kann der zugehörige zweite vorgegebene Anteil (hier im Beispiel wäre dies jeweils der zweite vorgegebene Anteil 114-G) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 102 auf die zweite Detektoreinheit 109 einen Wert von 0 aufweisen. Das zugehörige wenigstens eine zweite Signal (hier im Beispiel wäre dies jeweils das zweite Signal 403-G) kann entsprechend einen Wert von 0 aufweisen.
    Das diffraktive optische Element 108 der 3D ist im 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. In 3D ist eine periodische Abfolge von ersten Beugungsbereichen 108-A, denen jeweils eine erste Beugungseffizienz (z. B. von 1%) zugeordnet ist; und von zweiten Beugungsbereichen 108-B, denen jeweils eine zweite Beugungseffizienz (z. B. von 0,5%) zugeordnet ist, gezeigt. Mit dieser Anordnung können sich periodisch verändernde Signale 403-A und 403-B (siehe 4A) gemessen werden.
  • Die 4A bis 4C zeigen Beispiele von von der zweiten Detektoreinheit detektierten zeitlichen Verläufen eines wenigstens ersten Signals 403-A und eines wenigstens zweiten Signals 403-B. Es ist jeweils die Intensität der Signale über die Zeit aufgetragen. 4A zeigt die periodische Abfolge der Signale 403-A und 403-B, die z. B. mit den diffraktiven optischen Elementen 108 aus 3A oder 3D messbar ist., solange die zugehörige LIDAR-Vorrichtung ohne Fehlfunktion arbeitet. Die zeitlichen Abstände 401 z. B. zwischen dem Ende und des Anfangs zweier erster Signale 403-A ist hierbei stets gleich.
    4B zeigt den zeitlichen Verlauf eines wenigstens ersten Signals 403-A und eines wenigstens zweiten Signals 403-B für z. B. den Fall, dass der Rotor der rotierenden Ablenkeinheit der LIDAR-Vorrichtung zum Stehen kommt. Ab dem mit 402 markierten Zeitpunkt wird nur noch das zweite Signal 403-B gemessen. Wird eine derartige Fehlfunktion erkannt, können einzelne Komponenten oder auch die gesamte LIDAR-Vorrichtung abgeschaltet werden.
  • 4C zeigt den zeitlichen Verlauf eines wenigstens ersten Signals 403-A und eines wenigstens zweiten Signals 403-B für z. B. den Fall, dass die Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Ablenkeinheit der LIDAR-Vorrichtung sich verlangsamt. Die zeitlichen Abstände z. B. zwischen dem Ende und des Anfangs zweier erster Signale 403-A vergrößern sich von 401 auf 404. Wird eine derartige Fehlfunktion erkannt, kann z. B die rotierende Ablenkeinheit angesteuert werden. Beispielsweise kann die Winkelgeschwindigkeit korrigiert werden. Es kann zusätzlich oder alternativ der Sender derart angesteuert werden, dass zum Beispiel die Leistung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung verändernd wird. Alternativ können einzelne Komponenten oder auch die gesamte LIDAR-Vorrichtung abgeschaltet werden.
  • 5 zeigt ein Verfahren zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung. Das Verfahren startet im Schritt 501. Im Schritt 502 wird elektromagnetische Strahlung in die Umgebung der LIDAR-Vorrichtung mittels wenigstens eines Senders ausgesendet. Im Schritt 503 kommt es zur Strahlformung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels einer Sendeoptik. Im darauffolgenden Schritt 511 kommt es zur Ablenkung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels einer rotierenden Ablenkeinheit.
    Im Schritt 504 wird wenigstens ein erster vorgegebener Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels wenigstens eines ersten Beugungsbereichs eines diffraktiven optischen Elements auf eine zweite Detektoreinheit umgelenkt und/oder gebündelt; und es wird wenigstens ein zweiter vorgegebener Anteil der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels wenigstens eines zweiten Beugungsbereichs des diffraktiven optischen Elements auf die zweite Detektoreinheit umgelenkt und/oder gebündelt. Hierbei ist eine wenigstens erste, dem wenigstens ersten Beugungsbereich zugeordnete Beugungseffizienz von einer wenigstens zweiten, dem wenigstens zweiten Beugungsbereich zugeordneten Beugungseffizienz verschieden. Auf den Schritt 504 folgt der Schritt 508, in dem wenigstens eine Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung ermittelt wird. In einem optionalen Schritt 509 wird wenigstens eine Komponente der LIDAR-Vorrichtung abhängig von der bestimmten Eigenschaft mittels eines Steuergeräts angesteuert. Parallel zu Schritt 504 folgt auf den Schritt 511 auch der Schritt 505. Im Schritt 505 wird die Umgebung der LIDAR-Vorrichtungen abgetastet. Im darauffolgenden Schritt 506 wird elektromagnetische Strahlung, die in der Umgebung vom Objekt reflektiert wurde, mittels wenigstens einer Detektionsoptik empfangen. Im darauffolgenden Schritt 507 wird die empfangene elektromagnetische Strahlung auf eine erste Detektoreinheit gerichtet. Nach den Schritten 507 und 508 oder alternativ nach den Schritten 507 und 509 wird das Verfahren im Schritt 510 beendet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016220468 A1 [0002]

Claims (10)

  1. LIDAR-Vorrichtung (100) zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung aufweisend: • wenigstens einen Sender (101) zur Aussendung elektromagnetischer Strahlung (102) in die Umgebung; • wenigstens eine rotierende Ablenkeinheit (112) zur Ablenkung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102); • wenigstens eine 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); • wenigstens eine zweite Detektoreinheit (109); und • wenigstens ein diffraktives optisches Element (108, 108-1, 108-2) dadurch gekennzeichnet, dass • das wenigstens eine diffraktive optische Element (108, 108-1, 108-2) wenigstens einen ersten Beugungsbereich (108-A, 108-E) und wenigstens einen zweiten Beugungsbereich (108-B, 108-C, 108-D, 108-F, 108-G) aufweist, wobei eine wenigstens erste, dem wenigstens ersten Beugungsbereich (108-A, 108-E) zugeordnete Beugungseffizienz von einer wenigstens zweiten, dem wenigstens zweiten Beugungsbereich (108-B, 108-C, 108-D, 108-F, 108-G) zugeordneten Beugungseffizienz verschieden ist.
  2. LIDAR-Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens erste Beugungsbereich (108-A, 108-E) dazu ausgebildet ist, wenigstens einen ersten vorgegebenen Anteil (114-A, 114-E) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102) auf die zweite Detektoreinheit (109) umzulenken und/oder zu bündeln; und dass der wenigstens zweite Beugungsbereich (108-B, 108-C, 108-D, 108-F, 108-G) dazu ausgebildet ist, wenigstens einen zweiten vorgegebenen Anteil (114-B, 114-C, 114-D, 114-F, 114-G) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102) auf die zweite Detektoreinheit (109) umzulenken und/oder zu bündeln.
  3. LIDAR-Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Detektoreinheit (109) dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen ersten vorgegebenen Anteil (114-A, 114-E) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102) als wenigstens ein erstes Signal (403-A, 403-E) zu detektieren; und den wenigstens einen zweiten vorgegebenen Anteil (114-B, 114-C, 114-D, 114-F, 114-G) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102) als wenigstens ein zweites Signal (403-B, 403-C, 403-D, 403-F, 403-G) zu detektieren; und anhand des zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen ersten Signals (403-A, 403-E) und des wenigstens einen zweiten Signals (403-B, 403-C, 403-D, 403-F, 403-G) wenigstens eine Eigenschaft wenigstens einer Komponente der LIDAR-Vorrichtung (100) zu ermitteln.
  4. LIDAR-Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Komponente die rotierende Ablenkeinheit (112) ist; und dass die zu ermittelnde Eigenschaft eine Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Ablenkeinheit (112) ist.
  5. LIDAR-Vorrichtung (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Komponente der Sender (101) ist; und dass die wenigstens eine zu ermittelnde Eigenschaft eine Leistung, eine Energie, eine Pulslänge und/oder eine Wellenlänge der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (102) ist.
  6. LIDAR-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die LIDAR-Vorrichtung weiterhin ein Steuergerät (115) aufweist, welches dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Komponente der LIDAR-Vorrichtung (100) abhängig von der wenigstens einen ermittelten Eigenschaft anzusteuern.
  7. LIDAR-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die LIDAR-Vorrichtung (100) weiterhin ein Gehäuse (111) aufweist, wobei das wenigstens eine diffraktive optische Element (108, 108-1, 108-2) auf dem Gehäuse (111) angeordnet ist.
  8. LIDAR-Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein für ein Sichtfeld der LIDAR-Vorrichtung (100) genutzter Winkelbereich (117) und ein für das Sichtfeld der LIDAR-Vorrichtung (100) ungenutzter Winkelbereich (118) ausgebildet sind; und dass das wenigstens eine diffraktive optische Element (108-2) in dem ungenutzten Winkelbereich (118) angeordnet ist.
  9. LIDAR-Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Beugungsbereich (108-E) und/oder der wenigstens eine zweite Beugungsbereich (108-F) des wenigstens einen, in dem ungenutzten Winkelbereich (118) angeordneten, diffraktiven optischen Elements (108-2) als Reflexionshologramm ausgebildet ist.
  10. Verfahren (500) zur Ansteuerung einer LIDAR-Vorrichtung mit den Schritten: • Aussendung (502) elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung mittels wenigstens eines Senders; • Ablenkung (511) der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels einer rotierenden Ablenkeinheit; • Empfangen (506) von elektromagnetischer Strahlung, die in der Umgebung vom Objekt reflektiert wurde, mittels wenigstens einer Detektionsoptik; und • Richten (507) der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf eine erste Detektoreinheit; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt aufweist: • Umlenken und/oder Bündeln (504) wenigstens eines ersten vorgegebenen Anteils der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels wenigstens eines ersten Beugungsbereichs eines diffraktiven optischen Elements auf eine zweite Detektoreinheit und Umlenken und/oder Bündeln (504) wenigstens eines zweiten vorgegebenen Anteils der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mittels wenigstens eines zweiten Beugungsbereichs des diffraktiven optischen Elements auf die zweite Detektoreinheit, wobei eine wenigstens erste, dem wenigstens ersten Beugungsbereich zugeordnete Beugungseffizienz von einer wenigstens zweiten, dem wenigstens zweiten Beugungsbereich zugeordneten Beugungseffizienz verschieden ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020119729A1 (de) 2020-07-27 2022-01-27 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Sendeeinrichtung einer optischen Detektionsvorrichtung, Detektionsvorrichtung, Fahrzeug und Verfahren

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112485802B (zh) * 2020-11-24 2022-10-18 中国科学院光电技术研究所 一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法
DE102022200929B4 (de) * 2022-01-27 2023-08-17 BSH Hausgeräte GmbH Mobiles, selbstfahrendes Gerät

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006027063A1 (de) * 2006-06-10 2007-12-13 Sick Ag Scanner

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010022159A1 (de) 2010-05-20 2011-11-24 Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg Optischer Sensor
DE102016216372B3 (de) * 2016-08-31 2017-11-30 Robert Bosch Gmbh Laserentfernungsmessgerät mit einer Empfangsoptik
CN206147096U (zh) * 2016-09-30 2017-05-03 比亚迪股份有限公司 激光雷达及车辆
DE102016220468B4 (de) * 2016-10-19 2025-12-11 Robert Bosch Gmbh Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes
DE102017218587A1 (de) 2017-10-18 2019-04-18 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines scannenden Lasersystems sowie eine Laservorrichtung zur Ausführung einer Überwachung eines scannenden Lasersystems
CN107991681A (zh) * 2017-11-22 2018-05-04 杭州爱莱达科技有限公司 基于衍射光学的激光雷达及其扫描方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006027063A1 (de) * 2006-06-10 2007-12-13 Sick Ag Scanner

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020119729A1 (de) 2020-07-27 2022-01-27 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Sendeeinrichtung einer optischen Detektionsvorrichtung, Detektionsvorrichtung, Fahrzeug und Verfahren

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