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WO2019042926A1 - Lidar-anordnung sowie fahrzeug und roboter mit einer solchen lidar-anordnung - Google Patents

Lidar-anordnung sowie fahrzeug und roboter mit einer solchen lidar-anordnung Download PDF

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WO2019042926A1
WO2019042926A1 PCT/EP2018/073003 EP2018073003W WO2019042926A1 WO 2019042926 A1 WO2019042926 A1 WO 2019042926A1 EP 2018073003 W EP2018073003 W EP 2018073003W WO 2019042926 A1 WO2019042926 A1 WO 2019042926A1
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WO
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laser beam
lidar
common
area
scan
Prior art date
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PCT/EP2018/073003
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ingo Ramsteiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
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 US16/641,837 priority Critical patent/US11573323B2/en
Priority to CN201880071126.4A priority patent/CN111295598B/zh
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
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    • 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
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    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • G01S17/48—Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the present invention relates to a lidar arrangement, a vehicle and a robot having such a lidar arrangement.
  • Scanning lidar systems use a pulsed laser beam to cover a certain scanning area or area and determine the presence and distance of objects hit by the laser beam.
  • a lidar system typically has a laser source for generating a laser beam, a scanning device for scanning the emitted laser beam over a certain scan area, and a detector unit for detecting backscattered light.
  • the scanning device There are various alternative options for the scanning device. For example, the detector unit and the laser can be pivoted together by the scanning device, only the laser is pivoted or a beam deflecting element such as a micromirror or a polygon scans the laser beam.
  • the laser beam strikes an object, then reflected light or backscattered light is distributed over a wide spatial area, depending on the reflection behavior, or preferably reflects in a specific spatial direction, which then usually does not point in the direction of the detector unit. In any case, apart from special cases, only a very small amount of light from the backscattered light scattered back from the object hits the detector unit, which causes the
  • a lidar arrangement which comprises a plurality of lidar systems.
  • the lidar arrangement in this case comprises a first lidar system, which further comprises a first laser source which generates a first laser beam and a first scanning device, which scans the first laser beam over a first scan area.
  • the lidar assembly further includes a second lidar system including a second laser source that generates a second laser beam.
  • the second lidar system comprises a second scanning device which transmits the second laser beam via a second scanning device
  • the first lidar system is spatially spaced from the second lidar system. Furthermore, the second scanning region overlaps the first scanning region in a common scanning region, wherein the common scanning region comprises a common remote region, which is spatially separated from a near region surrounding the lidar systems.
  • Laser beam and the second laser beam are in such a way with each other
  • a far range is an area that is outside of a near range.
  • the near zone is an area that is close to the lidar system.
  • a near range may be defined by the range of a single lidar system being sufficient to detect an object within the near range. Outside such a near range, that is in the far range, a single lidar system can accordingly detect no objects for lack of range. This can be specified. If a single lidar system has a range R, then N such lidar systems can achieve ranges of up to (N) 1/2 R when overlapping according to the invention. The background to this is that the received intensity decreases with 1 / r 2 , where r is the distance.
  • the lidar arrangement according to the invention has the advantage that the range of the lidar arrangement is increased in comparison to individual lidar systems of the prior art, since in the far range by the synchronization of the laser beams double the intensities and thus hit the double intensity on objects in the far range. Thus, backscattering light is also generated with higher intensity, so that it can thus also be detected. Furthermore, there is an advantage in that in the vicinity of a maximum of one beam can hit an eye and thus the safety for the eyes is maintained. In the far range, both beams are already widened and correspondingly attenuated, so that these combined laser beams no longer present any danger in the common remote area. Thus, the eye safety is ensured. Reflected surfaces, such as glass, increase the chance of backscattering the detector unit. In addition, a needs-based scan field can be generated. For applications in the vehicle sector, for example, when driving overland, there may be an increased requirement for forward range. Depending on the location of the common long-range can thus be an anisotropic
  • the first laser beam and the second laser beam amplify together exclusively in the common remote area. This ensures that there is no danger at close range.
  • the first laser beam and the second laser beam with respect to their scan paths and their Lichtpuls be synchronized with each other.
  • the scan path is the path of the laser beam over the respective scan area. Due to the synchronization in terms of this size can
  • light pulse sequence is meant the temporal sequence of the individual light pulses. Furthermore, it can be ensured that the individual light pulses in the desired common
  • the first scanning area and the second scanning area may preferably cover an equally sized scanning area, wherein the scanning devices scan the first laser beam and the second laser beam at the same angular velocity and with a fixed phase offset over their respective scanning areas.
  • the first laser source emits a first light pulse and the second laser source emits a second light pulse, wherein the emission of the respective light pulses of both laser sources has a time shift, wherein the time shift is dependent on an observation angle and a distance between the laser sources.
  • the optical path of the respective light pulse may be different to a certain point in the common distant region.
  • the time delay which depends on the distance and angle of observation, this different optical path to a certain point in the common long range can be compensated advantageous.
  • the time delay is zero when the respective optical paths are identical.
  • the first light source or the second light source a
  • Light pulse frequency of the first laser beam or the second laser beam vary linearly. At constant angular velocity and a small one
  • the first scan area and / or the second scan area can have a
  • the first laser source may have a first
  • Laser source emit a second double light pulse having a second time difference, wherein the first time difference is different from the second time difference, and wherein a light pulse of the first double light pulse is synchronized with a light pulse of the second double light pulse.
  • Time difference of the respective light pulses therefore corresponds to a signature.
  • the lidar arrangement comprises a third lidar system.
  • the third lidar system comprises a third laser source, which generates a third laser beam.
  • the third lidar system further comprises a third scanning device, which is the third
  • the third lidar system is spatially spaced from the first lidar system and the second lidar system. Furthermore, the third scan area overlaps with the first scan area
  • the common scan area includes a common remote area, which is spatially separated from a near area surrounding the Lidarsysteme.
  • the first laser beam, the second laser beam and the third laser beam are synchronized with each other in such a way that the first laser beam, the second laser beam and the third laser beam amplify in the common remote area.
  • the common remote area can have an even greater range compared to versions with two lidar systems.
  • the first scan area and the third scan area may overlap in a common first scan area, the common first scan area
  • Scan area comprises a common first far area spatially separated from the common far area and the near area surrounding the lidar systems, and wherein the second scan area and the third scan area overlap in a common second scan area, the common second scan area comprising a common second far area; which spatially from the common remote area, the
  • first far-end area and a second far-end area having medium ranges, ie, in particular, a shorter range than the common long-range, but a larger one
  • Range as a close range. This advantageously creates a needs-based reach profile.
  • a vehicle is provided with a lidar arrangement described above.
  • the vehicle is in particular an autonomous vehicle in which such a lidar arrangement can be of particular advantage.
  • the robot may, for example, be an autonomous agricultural robot, an autonomous lawnmower or an autonomous vacuum cleaner, the invention not being limited to these examples
  • FIG. 1 shows a lidar arrangement according to the invention with two lidar systems
  • FIG. 2 and FIG. 3 a lidar arrangement according to the invention for illustrating the synchronization of the scan paths
  • FIG. 4 shows a lidar arrangement according to the invention with area division in two lidar systems
  • FIG. 5 shows a lidar arrangement according to the invention for illustration of FIG
  • FIG. 6 shows a representation of the emission of double light pulses
  • FIG. 7 shows a lidar arrangement according to the invention with three lidar systems
  • FIG. 8 shows a lidar arrangement according to the invention with area division in three lidar systems
  • FIG. 1 shows a lidar arrangement 1 according to the invention.
  • the lidar arrangement comprises a first lidar system 10.
  • the first lidar system 10 further comprises a first laser source 11, which generates a first laser beam 13.
  • the first lidar system 10 includes a first scanning device 12, which scans the first laser beam 13 over a first scanning region 14.
  • An example of a first scanning region 14 can be used in particular in the
  • the lidar arrangement 1 comprises a second lidar system 20.
  • the second lidar system 20 likewise comprises a second laser source 21 which generates a second laser beam 23.
  • the second lidar system 20 comprises a second scanning device 22, which scans the second laser beam 23 via a second scanning region 24.
  • the second scan area 24 can be taken in an exemplary embodiment of Figures 2 and 3.
  • the first lidar system 10 is also spatially spaced from the second lidar system 20. In other words, the first lidar system 10 has a spatial distance from the second one
  • this common scanning region comprises a common remote region 50, which is spatially separated from near regions around the lidar systems 10, 20.
  • this is made clear by the fact that the first laser beam 13 overlaps with the second laser beam 23 in the common remote region 50.
  • the first laser beam 13 and the second laser beam 23 are further synchronized with each other such that the first laser beam 13 and the second laser beam 23 mutually reinforce each other in the common remote area 50. In particular, this means that the intensity of the laser beams in the common far region 50 increases.
  • the common remote area 50 is an area which lies outside, that is, further away from the lidar systems 10, 20 than a short area 51,
  • the short-range is an area, which lies close to the lidar systems 10, 20.
  • a near range can be defined in that the range of a single lidar system 10, 20 is sufficient to detect an object 3 within the near range. Outside such a near range, that is in a far range, a single lidar system 10, 20 correspondingly can not detect objects 3 for want of
  • Synchronization of the laser beams 13, 23 in the common remote area 50 makes it possible to detect objects 3 in this remote area.
  • a back scattered light 5 by reflection on this object 3 can then have a sufficiently high intensity.
  • a detection light 7 can be detected by a first detector unit 15.
  • the first detector unit 15 is hereby integrated by way of example in the first lidar system 10, the invention not being limited thereto.
  • a second detector unit 25, which is encompassed by the second lidar system 20, can also be used to detect the light scattered back from the common remote area 50 on the object 3.
  • the lidar arrangement 1 according to the invention has the advantage that the range of the lidar arrangement 1 relative to individual lidar systems of the prior art
  • Intensities of the laser beams amplify and thus backscattering light with higher intensity from the common long range 50 is generated and thus can be detected. Furthermore, there is an advantage in that in the vicinity of a maximum of one laser beam can hit an eye and thus the safety for eyes is maintained, which is achieved by the spatial distance of the lidar systems 10, 20 from each other and the synchronization in the common long range 50. In the common long range 50 both beams are already expanded and attenuated accordingly, so that these combined laser beams in the common long range 50 pose no danger. Thus, the
  • FIG. 2 and FIG. 3 show a lidar arrangement 1 according to the invention for illustrating the synchronization of the scan paths.
  • the synchronization of the first laser beam 13 with the second laser beam 23 can be carried out with regard to their scan paths and their Lichtpulsmann.
  • the synchronization of the scan paths is shown by way of example.
  • two lidar systems 10, 20 are used again, the
  • Both lidar systems 10, 20 are attached purely by way of example to or in a vehicle 100.
  • the first lidar system 10 is purely by way of example at a first front corner at the front of the vehicle 100.
  • the second lidar system 20 is located at a second front corner at the front of the vehicle 100.
  • the spatial distance between the two lidar systems 10, 20 corresponds to FIG In this example, approximately the width of the vehicle 100.
  • a first laser beam 13 generated by the first lidar system 10 is scanned by means of a first scanning device 12 via a first scanning region 14.
  • a second laser beam 23 generated by the second lidar system 20 is scanned via a second scan area 24 by means of a second scanning device 22, which is not explicitly shown here.
  • the first scan area 14 and the second scan area 24 preferably cover an equally large scan area. In the present example, a scan range of 120 ° is chosen, with the
  • the first scanning region 14 represents a circular cutout which, starting from an extension of the connecting line of the two lidar systems 10, 20, extends in a positive direction of rotation of up to 120 °.
  • the second scanning region 24 is rotated by 60 ° in the positive direction of rotation relative to the first scanning region 14. This then results in this embodiment, a common scan area 40 of 60 °, in which the two
  • Scan areas 14, 24 intersect. This is located in the orthogonal direction with respect to the connecting line of both Lidarsysteme 10, 20.
  • Angle of rotation of the first laser beam 13 is denoted by ⁇ and the instantaneous Angle of rotation of the second laser beam 23 is denoted by ⁇ 2.
  • the angles of rotation ⁇ 1, ⁇ 2 are dimensioned with respect to their respective scan areas 14, 24.
  • Both laser beams 13, 23 can thereby preferably synchronously with constant angular velocity and fixed Phasenverssatz on their respective
  • Scan areas 14, 24 are performed.
  • ⁇ always follows the angle of rotation ⁇ 2 by 60 ° - ⁇ .
  • ⁇ corresponds to a small angle, which ensures that the two laser beams 13, 23
  • the first scanning region 14 is further divided into a first near field 16 and a first far field 17 for the first laser beam 13.
  • the second scanning region 24 is divided into a second near field 26 and a second far field 27.
  • each lidar system 10, 20 can detect objects by its own power.
  • Far fields 17, 27 are out of range.
  • An overlapping of the first laser beam 13 with the second laser beam 23 in a common scan area 40 is also shown in FIG. 3, wherein the latter lies outside of the near fields 16, 26.
  • FIG. 2 shows a situation in which the two laser beams 13, 23 are currently oriented in their respective scan areas 14, 24.
  • FIG. 4 shows a lidar arrangement 1 according to the invention
  • the first near zone 51 is swept only by the first laser beam 13.
  • the second near region 52 is swept only by the second laser beam 23.
  • the common near region 53 is thereby swept over both by the first laser beam 13 and by the second laser beam 23, wherein no amplification takes place in this region.
  • the common remote area 50 in which the laser beams 13, 23 reinforce each other, is thereby scanned in accordance with the first laser beam 13 and the second laser beam 23. In the present embodiment is therefore in central
  • FIG. 5 shows a lidar arrangement 1 according to the invention for illustrating an exemplary synchronization of the light pulses.
  • the first lidar system 10 is positioned at an exemplary position A and emits a first laser beam 13.
  • the first light pulse 18 to be synchronized by way of example is sketched.
  • the second lidar system 20 is positioned at an exemplary position B and emits a second laser beam 23.
  • the second light pulse 28 to be synchronized is sketched.
  • the distance between the two lidar systems 10, 20 is characterized by the
  • the synchronization point is denoted by C. This corresponds to a point in the common long range 50.
  • the positions A, B and C form a triangle.
  • the angle ⁇ at C is given by the above-mentioned
  • Synchronization point C is in the direction of a
  • Detector units 15, 25 of the lidar systems 10, 20 At ⁇ 0, however, results in a different length optical path to the synchronization point C, that is, there is a running difference. Its amount and its mathematical calculation as a function of ⁇ depend on the specific arrangement and the distance AB of the two lidar systems 10, 20 and can be determined by means of geometry. For small ⁇ and object distances »AB this depends linearly on ⁇ in a good approximation.
  • a time delay in the present case for the second lidar system 20 having the shorter optical path, can be set correspondingly, depending on the observation angle ⁇ . This allows the different maturities or different optical paths are compensated. At constant angular speeds of the laser beams 13, 23 and a small overlap region, this can be realized, for example, by at least one of the two lidar systems 10, 20 linearly varying its light pulse frequency, in particular synchronously with the scanning angles cp (t), which also go linearly with time.
  • the synchronization of the light pulses 18, 28 described in the present figure can be used for individual pulses, which then amplify correspondingly in the common remote area 50.
  • this can lead to problems in the overlapping common short-range area 53, since in the case of detection the
  • Distinction between one's own light and that of the other lidar system can be important. It is advantageous in this case if the detector units 15, 25 have only fields of view along their laser beams 13, 23 and at
  • FIG. 6 shows a representation of the emission of double light pulses 19, 29.
  • the first laser source 1 1 sends a first example
  • the second laser source 21 sends a second example
  • the first time difference At1 and the second time difference At2 differ from each other.
  • the second time difference At2 is smaller than the first time difference At1, and the invention is not limited thereto.
  • the two double light pulses 19, 29 are thereby synchronized by way of example in such a way that two light pulses, one from each double light pulse 19, 29, arrive simultaneously at a desired crossing point of the laser beams 13, 23 in the common long range 50 and can therefore amplify.
  • the second light pulse of the first double light pulse 19 is synchronized with the first light pulse of the second dual light pulse 29.
  • a detector unit 15, 25 may be detected upon detection due to the different time signature of the double light pulses
  • each double light pulse 19, 29 can be assigned to the corresponding generating lidar system 20, 30, so that advantageously ambiguities in the detection can be avoided.
  • the length of a single light pulse may preferably be in the range of individual nanoseconds.
  • the time difference between the light pulses can be below.
  • the distance between two double light pulses may be at the distance of individual s (uniqueness over maximum runtime).
  • the invention is not limited to these numerical values.
  • the lidar assembly 1 comprises three lidar systems 10, 20, 30, a first lidar system 10, a second lidar system 20, and a third lidar system 30.
  • the third lidar system 30 is purely exemplary between the first lidar system 10 and the second lidar system
  • the third lidar system 30 is thereby for example positioned on a vehicle 100.
  • the third lidar system 30 comprises a third laser source which generates a third laser beam 33. Furthermore, the third comprises
  • Lidarsystem 30 a third scanning device, which scans the third laser beam 33 via a third scan area 34.
  • the third scan region 34 overlaps with the first scan region 14 of the first lidar system 10 and the second scan region 24 of the second lidar system 20.
  • the overlap of the three scan areas 14, 24, 34 results in a common scan area 40.
  • the overlap of the first scan area 14 with the third scan area 34 gives, for example, a common first scan area 41.
  • the overlap of the second scan area 24 with the third scan area 34 results in a common example second scan area 42.
  • all scan areas 14, 24, 34 have an exemplary angle range of 120 °.
  • the common scan area 40 thereby has an opening angle of 40 °.
  • FIG. 8 shows a lidar arrangement 1 according to the invention
  • the common far-end area 50 is the highest-range area in which all three
  • First laser beam 13 and third laser beam 33 reinforce each other in a common first remote area 61, as shown by way of example in FIG. Second laser beam 23 and third laser beam 33 amplify in a common second remote area 62.
  • common second long range 62 is identical to each other and less than that of the common long range 50, since in this case only two light pulses amplify.
  • first short-range 51 and second short-range 52 are shown, in which only the first lidar system 10 and the second lidar system 20 are scanned. This range is correspondingly short.
  • FIG. 9 shows an exemplary light pulse sequence using three lidar systems 10, 20, 30.
  • Each of the three lidar systems 10, 20, 30 emits by way of example a Tnpellichtpuls 71, 72, 73 by means of the respective laser sources 1 1, 21.
  • the first laser source 1 1 emits a first Tnpellichtpuls 71.
  • the second laser source 21 emits a second Tnpellichtpuls 72 and the third Lidarsystem sends a third Tnpellichtpuls 73 from.
  • the triple light pulses each have a different individual light pulse sequence.
  • the first signal light pulse 71 has a first time difference ⁇ t1 between the first light pulse and the second light pulse and a second time difference ⁇ t2 between the second and third light pulses.
  • the second Tnpellichtpuls 72 has, for example, a second time difference At2 between the first light pulse and the second light pulse and a third time difference At3 between the second and third light pulse.
  • third Tnpellichtpuls 73 has a third time difference At3 between the first light pulse and the second light pulse and a fourth At4 time difference between the second and third light pulse.
  • the four time differences At1, At2, At3, At4 are different from each other.
  • the second and third light pulses of the first In this embodiment, the second and the third light pulse of the second triple light pulse 72 are synchronized with the first and the second light pulse of the third triple light pulse 72.
  • each lidar system 10, 20, 30 has its own triple light pulse signature to avoid ambiguity and a characteristic common double light pulse with the respective adjacent lidar system 10, 20, 30, or at least a single light pulse with all three laser beams, which it can use depending on the scan area ,
  • the invention is not limited to the use of two lidar systems 10, 20 or three lidar systems 10, 20, 30. Rather, N> 3 lidar systems can also be used.
  • lidar systems 10, 20, 30, which are arranged in a different manner than in the exemplified arrangements, see for example Figure 3 or Figure 8.
  • other overlap schemes can be developed , which are also included in the invention.
  • Figure 3 or 8 thereby strive advantageous to a central common long range 50 with maximum range and increasingly less far-reaching side panels.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Lidar-Anordnung (1) zur Verfügung gestellt, welche eine Mehrzahl von Lidarsystemen (10, 20) umfasst. Dabei ist das erste Lidarsystem (10) räumlich von dem zweiten Lidarsystem (20) beabstandet. Ein erster Laserstrahl (13) des ersten Lidarsystems (10) und ein zweiter Laserstrahl (23) sind dabei derart miteinander synchronisiert, dass sich der erste Laserstrahl (13) und der zweite Laserstrahl (23) in einem gemeinsamen Fernbereich (50) gegenseitig verstärken.

Description

Beschreibung Titel
Lidar-Anordnung sowie Fahrzeug und Roboter mit einer solchen Lidar-Anordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lidar-Anordnung, ein Fahrzeug und einen Roboter mit einer solchen Lidar-Anordnung.
Stand der Technik
Scannende Lidarsysteme (Lidar=light detection and ranging) überstreichen mit einem gepulsten Laserstrahl einen gewissen Scanbereich beziehungsweise Raumbereich und ermitteln die Anwesenheit und Entfernung von Objekten, auf die der Laserstrahl trifft. Ein Lidarsystem verfügt dabei typischerweise über eine Laserquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls, eine Scaneinrichtung, um den ausgesendeten Laserstrahl über einen gewissen Scanbereich zu scannen und eine Detektoreinheit zum Detektieren von Rückstreulicht. Für die Scaneinrichtung gibt es dabei verschiedene alternative Möglichkeiten. Beispielsweise kann die Detektoreinheit und der Laser gemeinsam durch die Scaneinrichtung geschwenkt werden, nur der Laser wird geschwenkt oder ein strahlablenkendes Element wie ein Mikrospiegel oder ein Polygon scannt den Laserstrahl.
Trifft der Laserstrahl auf ein Objekt, so wird reflektiertes Licht beziehungsweise Rückstreulicht je nach Reflexionsverhalten über einen weiten Raumbereich verteilt oder reflektiert vorzugsweise in eine bestimmte Raumrichtung, die dann gewöhnlich nicht in die Richtung der Detektoreinheit weist. In jedem Fall trifft, abgesehen von Spezialfällen, nur ein sehr geringer Lichtanteil des vom Objekt zurückgestreuten Rückstreulicht auf die Detektoreinheit, was die
Detektionsreichweite entsprechend begrenzt. Eine Erhöhung der Laserleistung ist wegen der Augensicherheit nur bis zu einem gewissen Grenzwert möglich. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Lidar-Anordnung zur Verfügung gestellt, welche eine Mehrzahl von Lidarsystemen umfasst. Die Lidar-Anordnung umfasst dabei ein erstes Lidarsystem, welches ferner eine erste Laserquelle umfasst, welche einen ersten Laserstrahl erzeugt und eine erste Scaneinrichtung, welche den ersten Laserstrahl über einen ersten Scanbereich scannt. Die Lidar-Anordnung umfasst ferner ein zweites Lidarsystem, welches eine zweite Laserquelle umfasst, welche einen zweiten Laserstrahl erzeugt. Ferner umfasst das zweite Lidarsystem eine zweite Scaneinrichtung, welche den zweiten Laserstrahl über einen zweiten
Scanbereich scannt. Dabei ist das erste Lidarsystem räumlich von dem zweiten Lidarsystem beabstandet. Ferner überlappt der zweite Scanbereich mit dem ersten Scanbereich in einem gemeinsamen Scanbereich, wobei der gemeinsame Scanbereich einen gemeinsamen Fernbereich umfasst, welcher räumlich von einem die Lidarsysteme umgebenen Nahbereich getrennt ist. Der erste
Laserstrahl und der zweite Laserstrahl sind dabei derart miteinander
synchronisiert, dass sich der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl in dem gemeinsamen Fernbereich gegenseitig verstärken. Ein Fernbereich ist dabei ein Bereich, welcher außerhalb eines Nahbereichs liegt. Der Nahbereich ist dabei ein Bereich, welcher nahe der Lidarsysteme liegt. Beispielsweise kann ein Nahbereich dadurch definiert sein, dass die Reichweite eines einzelnen Lidarsystems ausreicht, um innerhalb des Nahbereichs ein Objekt zu detektieren. Außerhalb eines solchen Nahbereichs, das heißt im Fernbereich, kann ein einzelnes Lidarsystem entsprechend keine Objekte detektieren mangels Reichweite. Hierbei kann konkretisiert werden. Wenn ein einzelnes Lidarsystem eine Reichweite R hat, so können N solcher Lidarsysteme bei erfindungsgemäßem Überlappen Reichweiten von bis zu (N)1/2R erreichen. Der Hintergrund dazu ist, dass die empfangene Intensität mit 1/r2 abfällt, wobei r der Abstand ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lidar-Anordnung hat den Vorteil, dass die Reichweite der Lidar-Anordnung gegenüber einzelnen Lidarsystemen des Standes der Technik erhöht wird, da im Fernbereich durch die Synchronisation der Laserstrahlen sich die Intensitäten verdoppeln und somit auch die doppelte Intensität auf Objekte im Fernbereich trifft. Somit wird auch Rückstreulicht mit höherer Intensität erzeugt, sodass dieses somit ebenfalls detektiert werden kann. Ferner besteht ein Vorteil darin, dass im Nahbereich maximal ein Strahl ein Auge treffen kann und somit die Sicherheit für die Augen gewahrt ist. Im Fernbereich sind beide Strahlen bereits aufgeweitet und entsprechend abgeschwächt, sodass diese kombinierten Laserstrahlen im gemeinsamen Fernbereich keine Gefahr mehr darstellen. Somit ist die Augensicherheit gewahrt. Bei gerichteten reflektierten Flächen wie beispielsweise Glas erhöht sich die Chance, dass überhaupt Rückstreulicht die Detektoreinheit trifft. Zudem kann ein bedarfsgerechtes Scanfeld erzeugt werden. Bei Anwendungen im Fahrzeugbereich kann beispielsweise bei Überlandfahrten eine erhöhte Anforderung an Reichweite in Vorwärtsrichtung bestehen. Je nach Lage des gemeinsamen Fernbereichs kann somit eine anisotrope
beziehungsweise richtungsabhängige Reichweitenverteilung ermöglicht werden.
Bevorzugt verstärken sich der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl gemeinsam ausschließlich in dem gemeinsamen Fernbereich. Somit ist sichergestellt, dass keine Gefährdung im Nahbereich erfolgt.
Dabei können der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl hinsichtlich ihrer Scanpfade und ihrer Lichtpulsfolgen miteinander synchronisiert sein. Mit
Scanpfad ist dabei der Weg des Laserstrahls über den jeweiligen Scanbereich bezeichnet. Durch die Synchronisation hinsichtlich dieser Größe kann
sichergestellt werden, dass in einem gewünschten gemeinsamen Fernbereich die beiden Laserstrahlen auch überlappen. Mit Lichtpulsfolge ist die zeitliche Abfolge der einzelnen Lichtpulse gemeint. Ferner kann sichergestellt werden, dass auch die einzelnen Lichtpulse in dem gewünschten gemeinsamen
Fernbereich sich verstärken.
Der erste Scanbereich und der zweite Scanbereich können bevorzugt einen gleichgroßen Scanbereich abdecken, wobei die Scaneinrichtungen den ersten Laserstrahl und den zweiten Laserstrahl mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und mit festem Phasenversatz über ihre jeweiligen Scanbereiche scannen. Dies ermöglicht eine besonders einfache, systematische Realisierung der Erfindung. Vorzugsweise sendet die erste Laserquelle einen ersten Lichtpuls aus und die zweite Laserquelle einen zweiten Lichtpuls, wobei das Aussenden der jeweiligen Lichtpulse beider Laserquellen eine zeitliche Verschiebung aufweist, wobei die zeitliche Verschiebung abhängig von einem Beobachtungswinkel und abhängig von einem Abstand zwischen den Laserquellen ist. Je nach Beobachtungswinkel und Abstand der Lidarsysteme voneinander kann nämlich der optische Weg des jeweiligen Lichtpulses zu einem bestimmten Punkt im gemeinsamen Fernbereich unterschiedlich sein. Durch eine zeitliche Verzögerung, welche von Abstand und Beobachtungswinkel abhängt, kann dieser unterschiedliche optische Weg zu einem bestimmten Punkt im gemeinsamen Fernbereich vorteilhaft kompensiert werden. Auch umfasst ist dabei, dass die zeitliche Verzögerung null ist, wenn die jeweiligen optischen Wege identisch sind.
Bevorzugt kann die erste Lichtquelle oder die zweite Lichtquelle eine
Lichtpulsfrequenz des ersten Laserstrahls oder des zweiten Laserstrahls linear variieren. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit und einem kleinen
überlappenden Scanbereich ist dies eine besonders geeignete Umsetzung zur Kompensation unterschiedlicher optischer Weglängen. Der erste Scanbereich und/oder der zweite Scanbereich können dabei einen
Winkelbereich von 120° abdecken. Beispielsweise kann dadurch ein Halbraum mit 180° abgedeckt, wenn die Scanbereiche um 60° zueinander verschoben sind. Dies entspricht einer typischen Situation bei Fahrzeugen oder Robotern. Gemäß einer besonderen Ausführung kann die erste Laserquelle einen ersten
Doppellichtpuls mit einer ersten Zeitdifferenz aussenden, und die zweite
Laserquelle einen zweiten Doppellichtpuls mit einer zweiten Zeitdifferenz aussenden, wobei die erste Zeitdifferenz sich von der zweiten Zeitdifferenz unterscheidet, und wobei ein Lichtpuls des ersten Doppellichtpulses mit einem Lichtpuls des zweiten Doppellichtpulses synchronisiert ist. Dadurch kann
Rückstreulicht, insbesondere aus einem überlappenden Nahbereich eindeutig einem jeweiligen Lidarsystem zugeordnet werden. Die unterschiedliche
Zeitdifferenz der jeweiligen Lichtpulse entspricht demnach einer Signatur. Mit der Synchronisation eines der Lichtpulse ist wiederum sichergestellt, dass sich zwei Lichtpulse, einer aus jedem Doppellichtpuls, sich in dem gemeinsamen
Fernbereich verstärken. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lidar- Anordnung ein drittes Lidarsystem umfasst. Das dritte Lidarsystem umfasst dabei eine dritte Laserquelle, welche einen dritten Laserstrahl erzeugt. Das dritte Lidarsystem umfasst ferner eine dritte Scaneinrichtung, welche den dritten
Laserstrahl über einen dritten Scanbereich scannt. Das dritte Lidarsystem ist dabei räumlich von dem ersten Lidarsystem und dem zweiten Lidarsystem beabstandet. Ferner überlappt der dritte Scanbereich mit dem ersten
Scanbereich und dem zweiten Scanbereich in einem gemeinsamen Scanbereich, wobei der gemeinsame Scanbereich einen gemeinsamen Fernbereich umfasst, welcher räumlich von einem die Lidarsysteme umgebenden Nahbereich getrennt ist. Der erste Laserstrahl, der zweite Laserstrahl und der dritte Laserstrahl sind dabei derart miteinander synchronisiert, dass sich der erste Laserstrahl, der zweite Laserstrahl und der dritte Laserstrahl in dem gemeinsamen Fernbereich verstärken. Dabei kann durch die Hinzunahme des dritten Lidarsystems der gemeinsame Fernbereich eine noch größere Reichweite besitzen im Vergleich zu Ausführungen mit zwei Lidar-Systemen.
Der erste Scanbereich und der dritte Scanbereich können sich in einem gemeinsamen ersten Scanbereich überlappen, wobei der gemeinsame erste
Scanbereich einen gemeinsamen ersten Fernbereich umfasst, welcher räumlich von dem gemeinsamen Fernbereich und den die Lidarsysteme umgebenden Nahbereich getrennt ist, und wobei sich der zweite Scanbereich und der dritte Scanbereich in einem gemeinsamen zweiten Scanbereich überlappen, wobei der gemeinsame zweite Scanbereich einen gemeinsamen zweiten Fernbereich umfasst, welcher räumlich von dem gemeinsamen Fernbereich, dem
gemeinsamen ersten Fernbereich und den die Lidarsysteme umgebenden Nahbereich getrennt ist. Dadurch wird ein erster Fernbereich und ein zweiter Fernbereich bereitgestellt, der mittlere Reichweiten aufweist, also insbesondere eine geringere Reichweite als der gemeinsame Fernbereich, jedoch eine größere
Reichweite als ein Nahbereich. Dadurch entsteht vorteilhaft ein bedarfsgerechtes Reichweitenprofil.
Ferner wird ein Fahrzeug mit einer nach obigen Ausführungen beschriebenen Lidar-Anordnung zur Verfügung gestellt. Das Fahrzeug ist dabei insbesondere ein autonomes Fahrzeug, bei denen eine solche Lidar-Anordnung von besonderem Vorteil sein kann.
Ferner wird ein Roboter mit einer Lidar-Anordnung nach einem der obigen Ausführungen zur Verfügung gestellt. Der Roboter kann beispielsweise ein autonomer Agrarroboter, ein autonomer Rasenmäher oder ein autonomer Staubsauger sein, wobei die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung mit zwei Lidarsystemen,
Figur 2 und Figur 3 eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung zur Illustration der Synchronisation der Scanpfade,
Figur 4 eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung mit Bereichsaufteilung bei zwei Lidarsystemen, Figur 5 eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung zur Illustration der
Synchronisation der Lichtpulse,
Figur 6 eine Darstellung des Aussendens von Doppellichtpulsen, Figur 7 eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung mit drei Lidarsystemen,
Figur 8 eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung mit Bereichsaufteilung bei drei Lidarsystemen, und
Figur 9 eine Darstellung des Aussendens von Tripellichtpulsen. Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung 1 gezeigt. Die Lidar- Anordnung umfasst dabei ein erstes Lidarsystem 10. Das erste Lidarsystem 10 umfasst ferner eine erste Laserquelle 1 1 , welche einen ersten Laserstrahl 13 erzeugt. Ferner umfasst das erste Lidarsystem 10 eine erste Scaneinrichtung 12, welche den ersten Laserstrahl 13 über einen ersten Scanbereich 14 scannt. Ein Beispiel eines ersten Scanbereichs 14 kann dabei insbesondere im
Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 nachvollzogen werden.
Ferner umfasst die Lidar-Anordnung 1 ein zweites Lidarsystem 20. Das zweite Lidarsystem 20 umfasst dabei ebenfalls eine zweite Laserquelle 21 , welche einen zweiten Laserstrahl 23 erzeugt. Ferner umfasst das zweite Lidarsystem 20 eine zweite Scaneinrichtung 22, welche den zweiten Laserstrahl 23 über einen zweiten Scanbereich 24 scannt.
Auch hier kann der zweite Scanbereich 24 in einer beispielhaften Ausführung den Figuren 2 und 3 entnommen werden. Das erste Lidarsystem 10 ist ferner räumlich von dem zweiten Lidarsystem 20 beabstandet. In anderen Worten weist das erste Lidarsystem 10 einen räumlichen Abstand von dem zweiten
Lidarsystem 20 auf. Ferner überlappt der zweite Scanbereich 24 mit dem ersten Scanbereich 14 in einem gemeinsamen Scanbereich. Insbesondere umfasst dieser gemeinsame Scanbereich einen gemeinsamen Fernbereich 50, welcher räumlich von Nahbereichen um die Lidarsysteme 10, 20 getrennt ist. In der vorliegenden Figur 1 wird dies dadurch deutlich, dass der erste Laserstrahl 13 mit dem zweiten Laserstrahl 23 in dem gemeinsamen Fernbereich 50 überlappt. Der erste Laserstrahl 13 und der zweite Laserstrahl 23 sind ferner derart miteinander synchronisiert, dass sich der erste Laserstrahl 13 und der zweite Laserstrahl 23 in dem gemeinsamen Fernbereich 50 gegenseitig verstärken. Insbesondere bedeutet das, dass sich die Intensität der Laserstrahlen in dem gemeinsamen Fernbereich 50 verstärkt.
Rein beispielhaft ist ein Objekt 3 in dem gemeinsamen Fernbereich 50 platziert. Der gemeinsame Fernbereich 50 ist dabei ein Bereich, welcher außerhalb, das heißt weiter entfernt von den Lidarsystemen 10, 20 liegt als ein Nahbereich 51 ,
52, 53, siehe hierzu insbesondere Figur 4. Der Nahbereich ist dabei ein Bereich, welcher nahe der Lidarsysteme 10, 20 liegt. Beispielsweise kann ein Nahbereich dadurch definiert sein, dass die Reichweite eines einzelnen Lidarsystems 10, 20 ausreicht, um innerhalb des Nahbereichs ein Objekt 3 zu detektieren. Außerhalb eines solchen Nahbereichs, das heißt in einem Fernbereich, kann ein einzelnes Lidarsystem 10, 20 entsprechend keine Objekte 3 detektieren mangels
Reichweite. In der vorliegenden Erfindung wird es vorteilhaft durch die
Synchronisation der Laserstrahlen 13, 23 im gemeinsamen Fernbereich 50 ermöglicht, auch Objekte 3 in diesem Fernbereich zu detektieren. Ein Rückstreulicht 5 durch Reflektion an diesem Objekt 3 kann dann eine genügend hohe Intensität aufweisen. Dann kann ein Detektierlicht 7 von einer ersten Detektoreinheit 15 detektiert werden. Die erste Detektoreinheit 15 ist dabei beispielhaft in dem ersten Lidarsystem 10 integriert, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann auch eine zweite Detektoreinheit 25, welche vom zweiten Lidarsystem 20 umfasst wird, verwendet werden, um das aus dem gemeinsamen Fernbereich 50 am Objekt 3 zurückgestreute Licht zu detektieren.
Die erfindungsgemäße Lidar-Anordnung 1 hat den Vorteil, dass die Reichweite der Lidar-Anordnung 1 gegenüber einzelnen Lidarsystemen des Standes der
Technik erhöht wird, da sich in dem gemeinsamen Fernbereich 50 die
Intensitäten der Laserstrahlen verstärken und somit auch Rückstreulicht mit höherer Intensität aus dem gemeinsamen Fernbereich 50 erzeugt wird und somit detektiert werden kann. Ferner besteht ein Vorteil darin, dass im Nahbereich maximal ein Laserstrahl ein Auge treffen kann und somit die Sicherheit für Augen gewahrt ist, was durch den räumlichen Abstand der Lidarsysteme 10, 20 voneinander und der Synchronisation im gemeinsamen Fernbereich 50 erzielt wird. Im gemeinsamen Fernbereich 50 sind beide Strahlen bereits aufgeweitet und entsprechend abgeschwächt, sodass diese kombinierten Laserstrahlen im gemeinsamen Fernbereich 50 keine Gefahr mehr darstellen. Somit ist die
Augensicherheit gewahrt. Bei gerichteten reflektierten Flächen wie
beispielsweise Glas erhöht sich die Chance, dass überhaupt Rückstreulicht eine Detektoreinheit trifft. Zudem kann ein bedarfsgerechtes Scanfeld erzeugt werden. Bei Anwendungen im Fahrzeugbereich kann beispielsweise bei Überlandfahrten eine erhöhte Anforderung an Reichweite in Vorwärtsrichtung bestehen. Je nach Lage des gemeinsamen Fernbereichs 50 kann somit eine anisotrope
beziehungsweise richtungsabhängige Reichweitenverteilung ermöglicht werden.
In der Figur 2 und der Figur 3 ist eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung 1 zur Illustration der Synchronisation der Scanpfade gezeigt. Die Synchronisation des ersten Laserstrahls 13 mit dem zweiten Laserstrahl 23 kann dabei hinsichtlich ihrer Scanpfade und ihrer Lichtpulsfolgen erfolgen. In diesen beiden Figuren wird beispielhaft die Synchronisation der Scanpfade gezeigt. Rein beispielhaft werden wieder zwei Lidarsysteme 10, 20 verwendet, wobei die
Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beide Lidarsysteme 10, 20 sind dabei rein beispielhaft an beziehungsweise in einem Fahrzeug 100 angebracht. Das erste Lidarsystem 10 befindet sich dabei rein beispielhaft an einer ersten Vorderecke an der Vorderseite des Fahrzeugs 100. Das zweite Lidarsystem 20 befindet sich dabei an einer zweiten Vorderecke an der Vorderseite des Fahrzeugs 100. Der räumliche Abstand zwischen den beiden Lidarsystemen 10, 20 entspricht in diesem Beispiel ungefähr der Breites des Fahrzeugs 100.
Ein vom ersten Lidarsystem 10 erzeugter erster Laserstrahl 13 wird mittels einer ersten Scaneinrichtung 12 über einen ersten Scanbereich 14 gescannt. Ein vom zweiten Lidarsystem 20 erzeugter zweiter Laserstrahl 23 wird mittels einer zweiten Scaneinrichtung 22, welche hier nicht explizit gezeigt ist, über einen zweiten Scanbereich 24 gescannt. Der erste Scanbereich 14 und der zweite Scanbereich 24 decken dabei bevorzugt einen gleichgroßen Scanbereich ab. In dem vorliegenden Beispiel ist ein Scanbereich von 120° gewählt, wobei die
Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Der erste Scanbereich 14 stellt einen Kreisausschnitt dar, welcher ausgehend von einer Verlängerung der Verbindungslinie der beiden Lidarsysteme 10, 20 sich in positiver Drehrichtung bis 120° erstreckt. Der zweite Scanbereich 24 ist rein beispielhaft gegenüber dem ersten Scanbereich 14 um 60° in positiver Drehrichtung verdreht. Daraus ergibt sich dann in diesem Ausführungsbeispiel ein gemeinsamer Scanbereich 40 von 60°, in welchem sich die beiden
Scanbereiche 14, 24 schneiden. Dieser befindet sich in orthogonaler Richtung bezüglich der Verbindungslinie beider Lidarsysteme 10, 20. Der momentane
Drehwinkel des ersten Laserstrahls 13 ist mit φι bezeichnet und der momentane Drehwinkel des zweiten Laserstrahls 23 ist mit ψ2 bezeichnet. Die Drehwinkel φ-ι, ψ2 bemessen sich bezüglich ihrer jeweiligen Scanbereiche 14, 24.
Beide Laserstrahlen 13, 23 können dabei bevorzugt synchron mit konstanter Winkelgeschwindigkeit und festem Phasenverssatz über ihre jeweiligen
Scanbereiche 14, 24 geführt werden. In dem vorliegenden Beispiel bedeutet dies, dass stets gilt:
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+ 60°-δ) mod (120°). In anderen Worten eilt φι dem Drehwinkel ψ2 stets um 60°-δ hinterher. Hierbei entspricht δ einem kleinen Winkel, welcher sicherstellt, dass sich die beiden Laserstrahlen 13, 23
miteinander überlappen. Dieser ergibt sich mittels geometrischer Betrachtung aus der gewünschten Kreuzungsentfernung und dem Abstand der beiden Lidarsysteme 10, 20.
In den beiden Figuren 2 und 3 sind ferner für den ersten Laserstrahl 13 der erste Scanbereich 14 in ein erstes Nahfeld 16 und ein erstes Fernfeld 17 aufgeteilt.
Ferner ist für den zweiten Laserstrahl 23 der zweite Scanbereich 24 in ein zweites Nahfeld 26 und ein zweites Fernfeld 27 aufgeteilt. In dem Nahfeld 16, 26 kann jedes Lidarsystem 10, 20 aus eigener Kraft Objekte detektieren. Fernfelder 17, 27 liegen dabei außerhalb der Reichweite. In der Figur 3 ist dabei ferner ein Überlappen des ersten Laserstrahls 13 mit dem zweiten Laserstrahl 23 in einem gemeinsamen Scanbereich 40 gezeigt, wobei dieser außerhalb der Nahfelder 16, 26 liegt. Hingegen ist in der Figur 2 eine Situation gezeigt, in der die beiden Laserstrahlen 13, 23 momentan in ihren jeweiligen Scanbereichen 14, 24 orientiert sind.
In der Figur 4 wird eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung 1 mit
Bereichseinteilung gezeigt. Der erste Nahbereich 51 wird nur von dem ersten Laserstrahl 13 überstrichen. Der zweite Nahbereich 52 wird nur von dem zweiten Laserstrahl 23 überstrichen. Der gemeinsame Nahbereich 53 wird dabei sowohl vom ersten Laserstrahl 13 als auch vom zweiten Laserstrahl 23 überstrichen, wobei in diesem Bereich keine Verstärkung erfolgt. Der gemeinsame Fernbereich 50, in welchem die Laserstrahlen 13, 23 sich gegenseitig verstärken, wird dabei entsprechend vom ersten Laserstrahl 13 als auch vom zweiten Laserstrahl 23 überstrichen. In der vorliegenden Ausführungsform ist also in zentraler
Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 maximale Reichweite vorhanden, während in den Seitenrichtungen geringere Reichweiten vorliegen. Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung 1 zur Illustration einer beispielhaften Synchronisation der Lichtpulse. Das erste Lidarsystem 10 ist dabei an einer beispielhaften Position A positioniert und sendet einen ersten Laserstrahl 13 aus. Dabei ist der beispielhaft zu synchronisierende erste Lichtpuls 18 skizziert. Das zweite Lidarsystem 20 ist dabei an einer beispielhaften Position B positioniert und sendet einen zweiten Laserstrahl 23 aus. Dabei ist ebenfalls der zu synchronisierende zweite Lichtpuls 28 skizziert. Der Abstand der beiden Lidarsysteme 10, 20 ist dabei durch den
Abstand AB beispielhaft vorgegeben.
Der Synchronisationspunkt ist hierbei mit C bezeichnet. Dieser entspricht einem Punkt im gemeinsamen Fernbereich 50. Die Positionen A, B und C bilden dabei ein Dreieck. Der Winkel δ bei C ist gegeben durch den oben erwähnten
Phasenversatz der Scanwinkel. Da δ und der Abstand AB konstant sind, folgt aus dem Sinussatz ein fester Umkreis des Dreiecks ABC für alle C. Der
Synchronisationspunkt C befindet sich dabei in Richtung einer
Winkelhalbierenden unter dem Beobachtungswinkel ψ zu einer Orthogonalen bezüglich der Verbindungslinie AB. Falls ψ=0, ist der optische Weg für beide Laserstrahlen 21 gleich. Ein zeitgleich ausgesendeter erster Lichtpuls 18 und ein zweiter Lichtpuls 28 kommen dann entsprechend zeitgleich am
Synchronisationspunkt C an und gelangen auch zeitgleich wieder in die
Detektoreinheiten 15, 25 der Lidarsysteme 10, 20. Bei ψ 0 ergibt sich jedoch ein unterschiedlich langer optischer Pfad bis zum Synchronisationspunkt C, das heißt, es liegt ein Laufunterschied vor. Sein Betrag und seine mathematische Berechnung als Funktion von ψ hängt dabei von der konkreten Anordnung und dem Abstand AB der beiden Lidarsysteme 10, 20 ab und kann mittels Geometrie bestimmt werden. Für kleine ψ und Objektabstände»AB hängt dieser in guter Näherung linear von ψ ab.
Damit beide Lichtpulse 18, 28 gleichzeitig am Synchronisationspunkt C ankommen, kann entsprechend abhängig vom Beobachtungswinkel ψ eine zeitliche Verzögerung, in dem vorliegenden Fall für das zweite Lidarsystem 20, welches den kürzeren optischen Weg besitzt, eingestellt werden. Dadurch können die unterschiedlichen Laufzeiten beziehungsweise unterschiedliche optische Wege kompensiert werden. Bei konstanten Winkelgeschwindigkeiten der Laserstrahlen 13, 23 und einem kleinen Überlappbereich kann dies beispielsweise dadurch realisiert werden, indem zumindest eines der beiden Lidarsysteme 10, 20 seine Lichtpulsfrequenz linear variiert, insbesondere synchron zu den ebenfalls linear mit der Zeit gehenden Scanwinkeln cp(t).
Die in der vorliegenden Figur beschriebene Synchronisation der Lichtpulse 18, 28 kann für Einzelpulse verwendet werden, die sich dann entsprechend im gemeinsamen Fernbereich 50 verstärken. Im überlappenden gemeinsamen Nahbereich 53 kann dies aber zu Problemen führen, da bei der Detektion die
Unterscheidung zwischen dem eigenen Licht und dem des anderen Lidarsystems wichtig sein kann. Es ist in diesem Fall vorteilhaft, wenn die Detektoreinheiten 15, 25 nur Gesichtsfelder entlang ihrer Laserstrahlen 13, 23 haben und beim
Scannen mitgeführt werden. Bei mehreren, gut reflektierenden Objekten im Nahbereich kann dies dennoch zu Uneindeutigkeiten führen.
In der Figur 6 ist eine Darstellung des Aussendens von Doppellichtpulsen 19, 29 gezeigt. Die erste Laserquelle 1 1 sendet dabei beispielhaft einen ersten
Doppellichtpuls 19 mit einer ersten Zeitdifferenz At1 zwischen den einzelnen Lichtpulsen aus. Die zweite Laserquelle 21 sendet beispielhaft einen zweiten
Doppellichtpuls 29 mit einer zweiten Zeitdifferenz At2 aus. Dabei unterscheiden sich die erste Zeitdifferenz At1 und die zweite Zeitdifferenz At2 voneinander. In dem vorliegenden Beispiel ist die zweite Zeitdifferenz At2 beispielsweise kleiner als die erste Zeitdifferenz At1 , wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Die beiden Doppellichtpulse 19, 29 sind dabei beispielhaft derart synchronisiert, dass an einem gewünschten Kreuzungspunkt der Laserstrahlen 13, 23 im gemeinsamen Fernbereich 50 zwei Lichtpulse, einer aus jedem Doppellichtpuls 19, 29, gleichzeitig ankommen und sich demnach verstärken können. In dem vorliegenden Beispiel ist der zweite Lichtpuls des ersten Doppellichtpulses 19 mit dem ersten Lichtpuls des zweiten Doppellichtpulses 29 synchronisiert.
Bei Reflektionen im Nahbereich, das heißt, wenn ein Objekt 3 sich im Nahbereich befindet, kann durch die unterschiedliche Zeitsignatur der Doppellichtpulse eine Detektoreinheit 15, 25 bei Detektion aufgrund der unterschiedlichen
Zeitdifferenzen die beiden Doppellichtpulse 19, 29 voneinander unterscheiden. Somit kann jeder Doppellichtpuls 19, 29 dem entsprechenden erzeugenden Lidarsystem 20, 30 zugeordnet werden, sodass vorteilhaft Uneindeutigkeiten bei der Detektion vermieden werden können. Die Länge eines einzelnen Lichtpulses kann dabei bevorzugt im Bereich einzelner Nanosekunden liegen. Die Zeitdifferenz zwischen den Lichtpulsen kann unter liegen. Der Abstand zwischen zwei Doppellichtpulsen kann im Abstand einzelner s liegen (Eindeutigkeit über maximale Laufzeit). Die Erfindung ist aber nicht auf diese numerischen Werte beschränkt.
In der Figur 7 ist ähnlich zu Figur 3 eine Lidar-Anordnung 1 gezeigt. Jedoch umfasst in dieser Ausführungsvariante die Lidar-Anordnung 1 drei Lidarsysteme 10, 20, 30, ein erstes Lidarsystem 10, ein zweites Lidarsystem 20 und ein drittes Lidarsystem 30. Im Vergleich zu Figur 3 ist das dritte Lidarsystem 30 rein beispielhaft zwischen dem ersten Lidarsystem 10 und dem zweiten Lidarsystem
20 positioniert, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Das dritte Lidarsystem 30 ist dabei beispielhaft auf einem Fahrzeug 100 positioniert. Das dritte Lidarsystem 30 umfasst dabei eine dritte Laserquelle, welche einen dritten Laserstrahl 33 erzeugt. Ferner umfasst das dritte
Lidarsystem 30 eine dritte Scaneinrichtung, welche den dritten Laserstrahl 33 über einen dritten Scanbereich 34 scannt. Insbesondere überlappt der dritte Scanbereich 34 mit dem ersten Scanbereich 14 des ersten Lidarsystems 10 und dem zweiten Scanbereich 24 des zweiten Lidarsystems 20.
Der Überlapp der drei Scanbereiche 14, 24, 34 ergibt einen gemeinsamen Scanbereich 40. Der Überlapp des ersten Scanbereichs 14 mit dem dritten Scanbereich 34 ergibt beispielhaft einen gemeinsamen ersten Scanbereich 41. Der Überlapp des zweiten Scanbereichs 24 mit dem dritten Scanbereich 34 ergibt beispielhaft einen gemeinsamen zweiten Scanbereich 42.
In der vorliegenden Ausführung weisen alle Scanbereiche 14, 24, 34 einen beispielhaften Winkelbereich von 120° auf. Der gemeinsame Scanbereich 40 weist dadurch einen Öffnungswinkel von 40° auf. In der vorliegenden
momentanen Strahlposition überlappen gerade der erste Laserstrahl 13 mit dem dritten Laserstrahl 33 im Bereich des gemeinsamen ersten Scanbereichs 41. In der Figur 8 ist eine erfindungsgemäße Lidar-Anordnung 1 mit
Bereichseinteilung bei drei Lidarsystemen 10, 20, 30 gezeigt. Der gemeinsame Fernbereich 50 ist der Bereich mit höchster Reichweite, in dem alle drei
Laserstrahlen 13, 23, 33 sich verstärken. Erster Laserstrahl 13 und dritter Laserstrahl 33 verstärken sich in einem gemeinsamen ersten Fernbereich 61 , wie es in Figur 7 beispielhaft gezeigt ist. Zweiter Laserstrahl 23 und dritter Laserstrahl 33 verstärken sich in einem gemeinsamen zweiten Fernbereich 62. Die Reichweite des gemeinsamen ersten Fernbereichs 61 und des
gemeinsamen zweiten Fernbereichs 62 ist dabei zueinander identisch und geringer als die des gemeinsamen Fernbereichs 50, da hierbei nur zwei Lichtpulse sich verstärken.
Am Rand sind jeweils erster Nahbereich 51 und zweiter Nahbereich 52 eingezeichnet, in welchen nur das erste Lidarsystem 10 beziehungsweise das zweite Lidarsystem 20 scannt. Diese Reichweite ist entsprechend kurz.
In der Figur 9 ist eine beispielhafte Lichtpulsfolge bei Verwendung von drei Lidarsystemen 10, 20, 30 gezeigt. Jeder der drei Lidarsysteme 10, 20, 30 sendet mittels der jeweiligen Laserquellen 1 1 , 21 dabei beispielhaft einen Tnpellichtpuls 71 , 72, 73 aus. Die erste Laserquelle 1 1 sendet dabei einen ersten Tnpellichtpuls 71 aus. Die zweite Laserquelle 21 sendet einen zweiten Tnpellichtpuls 72 aus und das dritte Lidarsystem sendet einen dritten Tnpellichtpuls 73 aus. Dabei weisen die Tripellichtpulse eine jeweils unterschiedliche Einzellichtpulsabfolge auf.
Der erste Tnpellichtpuls 71 weist beispielhaft eine erste Zeitdifferenz At1 zwischen erstem Lichtpuls und zweitem Lichtpuls und einer zweiten Zeitdifferenz At2 zwischen zweitem und drittem Lichtpuls. Der zweite Tnpellichtpuls 72 weist beispielhaft eine zweiten Zeitdifferenz At2 zwischen erstem Lichtpuls und zweitem Lichtpuls und einer dritten Zeitdifferenz At3 zwischen zweitem und drittem Lichtpuls auf. Der dritte Tnpellichtpuls 73 weist rein beispielhaft eine dritte Zeitdifferenz At3 zwischen erstem Lichtpuls und zweitem Lichtpuls und eine vierte At4 Zeitdifferenz zwischen zweitem und drittem Lichtpuls auf. Die vier Zeitdifferenzen At1 , At2, At3, At4 unterscheiden sich dabei jeweils voneinander. Ferner ist in dieser Ausführung der zweite und der dritte Lichtpuls des ersten Tripellichtpulses 71 synchronisiert mit dem ersten und dem zweiten Lichtpuls des zweiten Tripellichtpulses 72. Ferner ist in dieser Ausführung der zweite und der dritte Lichtpuls des zweiten Tripellichtpulses 72 synchronisiert mit dem ersten und dem zweiten Lichtpuls des dritten Tripellichtpulses 72.
Somit hat jedes Lidarsystem 10, 20, 30 seine eigene Tripellichtpuls-Signatur zur Vermeidung von Uneindeutigkeiten und einen charakteristischen gemeinsamen Doppellichtpuls mit dem jeweiligen benachbarten Lidarsystem 10, 20, 30, oder zumindest einen Einzellichtpuls mit allen drei Laserstrahlen, die es je nach Scanbereich heranziehen kann.
Die Erfindung ist dabei nicht auf die Verwendung von zwei Lidarsystemen 10, 20 oder drei Lidarsystemen 10, 20, 30 beschränkt. Vielmehr können auch N>3 Lidarsysteme verwendet werden.
Auch von der Erfindung umfasst sind Lidarsysteme 10, 20, 30, welche in anderer Weise angeordnet sind als in den beispielhaft ausgeführten Anordnungen, siehe dazu beispielsweise Figur 3 oder Figur 8. In anderen Ausführungsformen für die Anordnung beziehungsweise Positionierung können dann beispielsweise anderweitige Überlappungsschemata entwickelt werden, welche ebenfalls von der Erfindung umfasst sind. Die gewählten Ausführungsformen, siehe
beispielsweise Figur 3 oder 8, streben dabei vorteilhaft einen zentralen gemeinsamen Fernbereich 50 mit maximaler Reichweite sowie zunehmend weniger weitreichenden Seitenfelder an.
Dies entspricht typischen Anforderungen an automotive Lidarsysteme, nämlich eine erhöhte Reichweite in Fahrtrichtung. Es sind jedoch auch grundsätzlich andere Kombinationen von der Erfindung umfasst.

Claims

Ansprüche
1 . Lidar-Anordnung (1 ), umfassend:
eine Mehrzahl von Lidarsystemen (10, 20), umfassend:
ein erstes Lidarsystem (10), umfassend:
eine erste Laserquelle (1 1 ), welche einen ersten Laserstrahl (13) erzeugt;
eine erste Scaneinrichtung (12), welche den ersten Laserstrahl (13) über einen ersten Scanbereich (14) scannt;
ein zweites Lidarsystem (20), umfassend:
eine zweite Laserquelle (21 ), welche einen zweiten Laserstrahl (23) erzeugt;
eine zweite Scaneinrichtung (22), welche den zweiten Laserstrahl (23) über einen zweiten Scanbereich (24) scannt,
wobei das erste Lidarsystem (10) räumlich von dem zweiten Lidar- System (20) beabstandet ist; und
wobei der zweite Scanbereich (24) mit dem ersten Scanbereich (14) in einem gemeinsamen Scanbereich (40) überlappt, wobei der
gemeinsame Scanbereich (40) einen gemeinsamen Fernbereich (50) umfasst, welcher räumlich von einem die Lidarsysteme (10, 20) umgebenden Nahbereich (51 , 52, 53) getrennt ist; und
wobei der erste Laserstrahl (13) und der zweite Laserstrahl (23) derart miteinander synchronisiert sind, dass sich der erste Laserstrahl (13) und der zweite Laserstrahl (23) in dem gemeinsamen Fernbereich (50) gegenseitig verstärken.
2. Lidar-Anordnung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei sich der erste Laserstrahl (13) und der zweite Laserstrahl (23) ausschließlich in dem gemeinsamen
Fernbereich (50) gegenseitig verstärken. Lidar-Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 2, wobei der erste Laserstrahl (13) und der zweite Laserstrahl (23) hinsichtlich ihrer Scanpfade und ihrer Lichtpulsfolgen miteinander synchronisiert sind.
Lidar-Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Scanbereich (14) und der zweite Scanbereich (24) einen gleichgroßen Scanbereich abdecken, wobei die Scaneinrichtungen (12, 22) den ersten Laserstrahl (13) und den zweite Laserstrahl (23) mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und mit festem Phasenversatz über ihre jeweiligen Scanbereiche (14, 24) scannen.
Lidar-Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Scanbereich (14) und/oder der zweite Scanbereich (24) einen Winkelbereich von 120° abdecken.
Lidar-Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Laserquelle (1 1 ) einen ersten Lichtpuls (18) aussendet und die zweite Laserquelle (21 ) einen zweiten Lichtpuls (28) aussendet, wobei das
Aussenden der jeweiligen Lichtpulse (18, 28) beider Laserquellen (1 1 , 21 ) eine zeitliche Verschiebung aufweist, wobei die zeitliche Verschiebung abhängig von einem Beobachtungswinkel und abhängig von einem Abstand zwischen den Laserquellen (1 1 , 21 ) ist.
Lidar-Anordnung (1 ) nach Anspruch 6, wobei die erste Lichtquelle (1 1 ) oder die zweite Lichtquelle (21 ) eine Lichtpulsfrequenz des ersten Laserstrahls (13) oder des zweiten Laserstrahls (23) linear variiert.
Lidar-Anordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die erste Laserquelle (1 1 ) einen ersten Doppellichtpuls (19) mit einer ersten
Zeitdifferenz aussendet, und die zweite Laserquelle (21 ) einen zweiten Doppellichtpuls (29) mit einer zweiten Zeitdifferenz aussendet, wobei die erste Zeitdifferenz sich von der zweiten Zeitdifferenz unterscheidet, und wobei ein Lichtpuls des ersten Doppellichtpulses (19) mit einem Lichtpuls des zweiten Doppellichtpulses (29) synchronisiert ist.
Lidar-Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, umfassend ein drittes Lidarsystem (30), umfassend:
eine dritte Laserquelle, welche einen dritten Laserstrahl (33) erzeugt; eine dritte Scaneinrichtung, welche den dritten Laserstrahl (33) über einen dritten Scanbereich (34) scannt;
- wobei das dritte Lidarsystem (30) räumlich von dem ersten Lidarsystem
(10) und dem zweiten Lidarsystem (20) beabstandet ist; und
wobei der dritte Scanbereich (34) mit dem ersten Scanbereich (14) und dem zweiten Scanbereich (24) in einem gemeinsamen Scanbereich (40) überlappt, wobei der gemeinsame Scanbereich (40) einen
gemeinsamen Fernbereich (50) umfasst, welcher räumlich von einem die Lidarsysteme (10, 20, 30) umgebenden Nahbereich (51 , 52) getrennt ist; und
wobei der erste Laserstrahl (13), der zweite Laserstrahl (23) und der dritte Laserstrahl (33) derart miteinander synchronisiert sind, dass sich der erste Laserstrahl (13), der zweite Laserstrahl (23) und der dritte
Laserstrahl (33) in dem gemeinsamen Fernbereich (50) gegenseitig verstärken.
10. Lidar-Anordnung (1 ) nach Anspruch 9, wobei sich der erste Scanbereich (14) und der dritte Scanbereich (34) in einem gemeinsamen ersten Scanbereich
(41 ) überlappen, wobei der gemeinsame erste Scanbereich (41 ) einen gemeinsamen ersten Fernbereich (61 ) umfasst, welcher räumlich von dem gemeinsamen Fernbereich (50) und den die Lidarsysteme umgebenden Nahbereich (51 , 52) getrennt ist, und wobei sich der zweite Scanbereich (24) und der dritte Scanbereich (34) in einem gemeinsamen zweiten Scanbereich
(24) überlappen, wobei der gemeinsame zweite Scanbereich (42) einen gemeinsamen zweiten Fernbereich (62) umfasst, welcher räumlich von dem gemeinsamen Fernbereich (50), dem gemeinsamen ersten Fernbereich (61 ) und den die Lidarsysteme umgebenden Nahbereich (51 , 52) getrennt ist.
1 1 . Fahrzeug (100) mit einer Lidar-Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10.
12. Roboter mit einer Lidar-Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen
Ansprüche 1 bis 10.
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