Konoskop Objektive zur LIDAR Prüfung – Qualitätskontrolle und aktive Justage von LIDAR Komponenten

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Ein aus der Displaytechnik etabliertes Werkzeug – das Konoskop, aus dem griechischen konos = Kegel und scopeo = prüfen – zur Untersuchung der Lichtstärkeverteilung erfährt im Zuge der Verbreitung von LIDAR Sensoren in hochentwickelten Fahrassistenzsystemen sowie der notwendigen Prüfung dieser Sensoren neue Anwendungsmöglichkeiten. Mit Konoskop Objektiven erfolgt eine simultane Messung der Winkelverteilung, weil jeder Pixelkoordinate der Kamera ein Emissionswinkel des LIDAR zugeordnet werden kann. Basierend auf diesem speziellen Aufbau haben diese Objektive großes Potential konventionelle Prüfanlagen deutlich zu vereinfachen und die Prüfzeit drastisch zu verkürzen. Dabei reichen die Anwendungen von Konoskopen in der LIDAR-Prüfung von der simultanen Abbildung der Sendereinheit und Empfangseinheit, zur Sicherstellung der korrekten Ausrichtung der jeweiligen Einheiten zueinander, bis hin zu einem neuartigen Reichweitenprüfungskonzept, ohne dabei auf mehrere 100 m lange Messstrecken in der End-of-line Prüfung zurückgreifen zu müssen.

Schematischer Aufbau eines Konoskops mit relevanten Größen der Étendue.

Konoskope zur Winkelmessung

Von einem kleinen Testareal mit Durchmesser ∅T wird ein möglichst großes Winkelfeld von ±ϑT auf einen Sensor der Größe ∅S abgebildet. Die notwendige Eintrittspupille für die LIDAR Prüfung ist in der Regel um eine Größenordnung größer als beim Test von Flüssigkristalldisplays, der Winkelbereich ist jedoch nicht um den gleichen Faktor reduziert. Eintrittspupille und Winkelbereich bestimmen die physikalische Größe Étendue oder auch Lichtleitwert genannt. Ohne Verlust von Licht innerhalb des Konoskops ist dies eine Erhaltungsgröße. Bei der Auswahl möglicher Sensoren ist zu berücksichtigen, dass die Auswahl einer Sensorgröße gleichzeitig den Akzeptanzwinkel ϑS und damit die bildseitige numerische Apertur sowie die Komplexität des Konoskops festlegt. Folglich lässt sich sagen: Je kleiner der Bildsensor, desto größer die numerische Apertur und desto komplexer das notwendige Optikdesign. Greifen Sie bereits hier auf unsere Expertise zurück und lassen Sie uns gemeinsam für Ihre Anwendung die ideale Kombination aus Objektiv und Kamera bestimmen.

Überprüfung der LIDAR Transceiver Ausrichtung mit Hilfe eines Konoskops und einem geeigneten Beleuchtungskonzept.

Emissionswinkelprüfung und Transceiver Ausrichtung

Um in über 100 Meter Entfernung kleine Gegenstände sicher erkennen und nah voneinander getrennte Gegenstände zuverlässig differenzieren zu können, muss sichergestellt werden, dass

  • die Sendeeinheit ein ausreichendes Winkelspektrum aufspannt, z.B. eine Laser-Linie vorgegebener Länge und Breite und
  • die Sende- und Empfangseinheit optimal zueinander justiert sind, z.B. durch den Überlapp der Laserlinien mit einem Photodioden-Array.

Unabhängig von der konkreten Umsetzung des LIDAR Systems ergeben sich für den Großteil der am Markt erhältlichen und sich in Entwicklung befindenden Sensoren gemeinsame Herausforderungen:

  • Die Empfangseinheit selbst ist eine passive Einheit und sendet kein Licht aus. Um die Ausrichtung der Empfangsdetektoren sichtbar zu machen, muss ein Beleuchtungskonzept erarbeitet werden.
  • Um eine zeitgleiche Messung von Sende- und Empfangseinheit ohne Translation der Messoptik zu ermöglichen, muss die Eintrittspupille des Konoskops groß genug sein, um zeitgleich die Austrittspupillen der Sende- und die Eintrittspupille der Empfangseinheit abzudecken.

Nutzen Sie unsere jahrelange Erfahrung in der Auslegung von komplexen optischen Systemen sowie unsere Expertise in der Entwicklung von Objektiven und erhalten Sie ein Konoskop mit präziser Strahlführung und minimaler Pupillenaberration, sodass sichergestellt ist, dass korrespondierende Winkel von Sender- und Empfangseinheit auch tatsächlich am selben Ort auf der Kamera auftreffen. Nur dies ermöglicht eine aktive Justage der Transceiver-Einheit.

Einsatz eines Konoskops zur Optimierung der Reichweitenprüfung.

Reichweitenprüfung neu gedacht

Der Nachweis der Reichweitensensitivität in der End-of-line Prüfung mit einem Freistrahl-Aufbau bedingt meist Aufbauten mit unhandlichen Ausmaßen, beispielsweise mit einem 10 cm großen Target in 60 m Abstand. Mit dem diffus vom Target rückgestreuten Licht werden die Signal-zu-Rausch-Verhältnisse des Sensors gemessen und daraus die Reichweitensensitivität bestimmt.
Unser innovatives Konzept basierend auf unseren Konoskop Objektiven zielt auf eine Verkleinerung der Reichweitenprüfung ab. So lässt sich nun abhängig von der Brennweite des Konoskops beispielsweise ein 1 cm (statt 10 cm) großes Target in einem Abstand von nur 6 m (statt 60 m) platzieren.
Nehmen Sie mit uns Kontakt auf und besprechen Sie mit uns Ihre Reichenweitenprüfung. Sicherlich finden wir gemeinsam, basierend auf unserer Konoskoptechnologie, eine effiziente Lösung.

Unsere Experten freuen sich über ihre Anfragen zu diesem Themengebiet und stehen Ihnen gerne mit Rat und Tat zur Seite.

Sie erreichen Dr. Markus Rollinger unter | +49 6201 650 40-16.